成都地區(qū)管片選型技術(shù)

PAGEPAGE5成都地鐵管片選型技術(shù)一、成都地鐵管片設(shè)計參數(shù)1、襯砌環(huán)構(gòu)造成都地鐵采用的襯砌環(huán)外徑6000mm，內(nèi)徑5400mm。管片幅寬分為1500mm，1200mm，管片厚度300mm。混凝土強(qiáng)度等級C50，抗?jié)B等級P12。每環(huán)襯砌環(huán)由6塊管片組成，其中1塊封頂塊、2塊鄰接塊、3塊標(biāo)準(zhǔn)塊。為了滿足與曲線段線路的擬合及施工糾偏的需要，設(shè)計了標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左轉(zhuǎn)彎楔形環(huán)和右轉(zhuǎn)彎楔形環(huán)，通過合理的組合來擬合不同的曲線。成都地鐵采用的楔形環(huán)為雙面楔形，單面楔形量為19mm，轉(zhuǎn)角為0.1814°，整環(huán)楔形總量為38mm，轉(zhuǎn)角為0.363°。2、管片連接襯砌環(huán)縱、環(huán)縫連接采用彎螺栓連接，其中1500mm幅寬的管片每環(huán)縱縫采用12根M27螺栓，每個環(huán)縫采用10根M27螺栓；1200mm幅寬的管片每環(huán)縱縫采用12根M24螺栓，每個環(huán)縫采用10根M24螺栓。二、管片選型的分析根據(jù)設(shè)計線路進(jìn)行掘進(jìn)，避免產(chǎn)生不必要的偏差。在實(shí)際掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)因?yàn)榈刭|(zhì)不均、推力不均等原因，盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)經(jīng)常會偏離隧道設(shè)計線路，當(dāng)盾構(gòu)機(jī)偏離設(shè)計線路進(jìn)行糾偏時，要特別注意管片選型，避免因盾尾間隙過小而造成管片破損等事故。1、管片拼裝點(diǎn)位的分析管片的拼裝點(diǎn)位表示每一環(huán)管片中封頂塊所在的位置。根據(jù)成都地區(qū)管片的設(shè)計構(gòu)造圖，將管片拼裝分為10個點(diǎn)位，分別是1點(diǎn)（封頂塊右偏18°）、2點(diǎn)（封頂塊右偏54°）、3點(diǎn)（封頂塊右偏90°）、4點(diǎn)（封頂塊右偏126°）、5點(diǎn)（封頂塊右偏162°）、6點(diǎn)（封頂塊左偏162°）、7點(diǎn)（封頂塊左偏126°）、8點(diǎn)（封頂塊左偏90°）、9點(diǎn)（封頂塊左偏54°）、10點(diǎn)（封頂塊左偏18°）。管片點(diǎn)位的劃分是以管片的分塊形式和螺栓孔的位置為依據(jù)，合適的點(diǎn)位才能確保兩環(huán)之間所有的縱向螺栓孔的位置能夠重合。在成都地鐵盾構(gòu)隧道管片采用錯縫拼裝，拼環(huán)時點(diǎn)位盡量優(yōu)先選用ABA（1點(diǎn)、10點(diǎn)）形式，其中第一環(huán)的封頂塊管片從正上方右偏18°，第二環(huán)的封頂塊管片從正上方左偏18°。根據(jù)相鄰兩環(huán)管片不能通縫的原則，對每一環(huán)管片的點(diǎn)位進(jìn)行選擇，并優(yōu)選合理的點(diǎn)位來擬合隧道的線形與盾構(gòu)機(jī)的糾偏。管片的拼裝點(diǎn)位有一定的規(guī)律性，現(xiàn)為了保證隧道的美觀和防水效果，將管片的點(diǎn)位劃分為兩類：上半?yún)^(qū)點(diǎn)位（1點(diǎn)、2點(diǎn)、3點(diǎn)、8點(diǎn)、9點(diǎn)、10點(diǎn)），下半?yún)^(qū)點(diǎn)位（4點(diǎn)、5點(diǎn)、6點(diǎn)、7點(diǎn)）。其中上半?yún)^(qū)點(diǎn)位位于隧道中線以上（含中線），有利于管片拼裝和隧道的防水質(zhì)量，因此上半?yún)^(qū)作為管片點(diǎn)位選擇的主要區(qū)域。從管片拼裝點(diǎn)位的位置模擬看出成都地鐵的管片點(diǎn)位可分位奇數(shù)和偶數(shù)點(diǎn)位。相鄰的兩環(huán)管片不能為同類型的點(diǎn)位。即，如果上一環(huán)封頂塊的位置在奇數(shù)點(diǎn)位上，則下一環(huán)管片選擇時只能選擇封頂塊位置在偶數(shù)點(diǎn)位上，只有這樣才可確保拼裝的相鄰管片不通縫；反之，如果上一環(huán)封頂塊的位置在偶數(shù)點(diǎn)位上，則下一環(huán)管片選擇時只能選擇封頂塊位置在奇數(shù)點(diǎn)位上。例如：上一環(huán)選擇3點(diǎn)，則下一環(huán)就可優(yōu)先選擇2點(diǎn)、8點(diǎn)、10點(diǎn)。在成都地鐵中聯(lián)絡(luò)通道處管片封頂塊的位置為正上方左偏18°楔形量最大處盾尾間隙增大4.75mm，楔形量最小處盾尾間隙減小4.75mm。（3）1.2m管片第一次調(diào)整（直線+轉(zhuǎn)彎模式）：轉(zhuǎn)彎環(huán)楔形量最大處盾尾間隙變化量：§1=SIN（Q）·（1200+19（1-COS(B)））=sin（arctg（19/6000））×1219=3.86mm（增大）轉(zhuǎn)彎環(huán)楔形量最小處盾尾間隙變化量：§1=SIN（Q）·（1200-19（1-COS(B)））=sin（arctg（19/6000））×1181=3.74mm（減小）鑒于兩者相差較小，便于計算在圖中兩者均取為3.86mm。（4）1.2m管片第二次調(diào)整（轉(zhuǎn)彎+直線模式）：轉(zhuǎn)彎環(huán)+直線環(huán)拼裝完成后，上一環(huán)轉(zhuǎn)彎環(huán)楔形量最大和最小所對應(yīng)的直線環(huán)位置處盾尾間隙變化量：§2=1200·SIN（Q）=1200×sin（arctg（19/6000））=3.8mm楔形量最大處盾尾間隙增大3.8mm，楔形量最小處盾尾間隙減小3.8mm。三、影響管片選型的因素及管片選型的方法1、影響管片選型的因素（1）盾尾間隙的影響盾尾間隙是管片選型的一個重要依據(jù)。如果盾尾間隙過小，則盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)過程中盾尾將會與管片發(fā)生摩擦，增加盾構(gòu)機(jī)向前的阻力和造成管片壓壞引起隧道滲漏水，同時使盾尾密封效果減弱造成盾尾漏漿。根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)盾尾圓周上任意一點(diǎn)的盾尾間隙量不宜小于45mm，否則可能會造成盾尾將管片背側(cè)拉爛的情況。（2）推進(jìn)油缸行程和鉸接油缸行程差對管片的選型的影響。盾構(gòu)機(jī)是依靠推力油缸頂推在管片上產(chǎn)生的反力向前掘進(jìn)的，推力油缸按上、下、左、右四個方向分成四組，每一個掘進(jìn)循環(huán)這四組油缸的行程的差值反應(yīng)了盾構(gòu)機(jī)與管片的平面位置之間的空間關(guān)系，可以看出下一個掘過循環(huán)盾尾間隙的變化趨勢。當(dāng)管片平面不垂直于盾構(gòu)機(jī)軸線時各組推進(jìn)油缸的行程就會有差異，當(dāng)這個差值過大時，推進(jìn)油缸的推力就會在管片環(huán)的徑向產(chǎn)生較大的分力，從而影響已拼裝好的隧道管片以及掘進(jìn)姿態(tài)。通常我們以各組油缸行程的差值的大小來判斷是否應(yīng)該拼裝轉(zhuǎn)彎環(huán)，在兩個相反的方向上的行程差值超過40mm時，就應(yīng)該拼裝轉(zhuǎn)彎環(huán)來進(jìn)行糾編。通過轉(zhuǎn)彎環(huán)的調(diào)整左右與上下的油缸行程差值就控制在30mm以內(nèi)，有利于盾構(gòu)掘進(jìn)及保護(hù)管片不受破壞。鉸接油缸可以被動收放，有利于曲線段的掘進(jìn)及盾構(gòu)機(jī)的糾偏。同樣鉸接油缸的行程差也影響管片的選型。這時應(yīng)將上下或左右的推進(jìn)油缸行程差值減去上下或左右的鉸接油缸行程差值，最后的結(jié)果作為管片選型的依據(jù)。（3）管片選型要符合設(shè)計線路和有利于盾構(gòu)機(jī)糾偏。2、管片選型的方法（1）根據(jù)隧道中線的平曲線和豎曲線的走向，管片分為標(biāo)準(zhǔn)環(huán)、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎三類。直線上選標(biāo)準(zhǔn)環(huán)，左轉(zhuǎn)曲線上選左轉(zhuǎn)環(huán)，右轉(zhuǎn)曲線上選右轉(zhuǎn)環(huán)。其中轉(zhuǎn)彎環(huán)數(shù)量的計算公式如下：θ=2γ=2*arctg（δ/D）式中：θ——轉(zhuǎn)彎環(huán)的偏轉(zhuǎn)角δ——轉(zhuǎn)彎環(huán)的最大楔型量的一半（成都地鐵19mm）D——管片直徑根據(jù)圓心角的計算公式α=180L/（πR）式中：L——段線路中心線的長度R——曲線半徑而θ=α，以400mm的曲線半徑為例，將之代入的到L=2.53m，所以在圓曲線上每隔2.53m一個轉(zhuǎn)彎環(huán)（N=2.53（2）根據(jù)盾尾間隙和油缸行程差來選擇管片盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，理論盾尾間隙為75mm，施工中一般控制任何一個位置不能小于60mm，如果小于60mm需要立即采用轉(zhuǎn)彎環(huán)來調(diào)整管片的盾尾間隙，調(diào)整的方法是將管片楔形量最大的位置放在管片盾尾間隙最小的地方。管片的盾尾間隙絕對不能小于45mm，否則會造成管片破碎和盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)阻力增大。同樣，當(dāng)相對方向上的油缸行程傳感器反映出的油缸行程差值大于40mm時，應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整的方法是將管片楔形量最大的位置放在油缸行程最大的地方，這樣了縮短兩個相對位置油缸之間的行程差，縮短多少可通過管片楔形量的計算公式進(jìn)行計算。舉例如下：假定pushrams(推進(jìn)油缸)上：1850mm下：1830mm左：1820mm右：1840mmArticulationramas（鉸接油缸）上：80mm下：70mm左：62mm右：75mm盾尾間隙：上：65mm下：80mm左：60mm右：90mm上下：（1850-1830）-（80-70）=10mm左右：（1820-1840）-（62-75）=-7mm盾尾間隙：上：75-65=10mm，下：70-80=-10mm左：75-60=15mm，右：70-90=-20mm查表需要右轉(zhuǎn)向下所以選擇R2；在進(jìn)行管片選型的時候，既考慮盾尾間隙影響時，又要考慮油缸行程差對管片選型的影響。只有盾尾間隙接近警戒植（60mm）時，才根據(jù)盾尾間隙進(jìn)行管片選型。（3）管片選型要適應(yīng)盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)管片是在盾尾內(nèi)拼裝，所以不可避免的受到盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的制約。管片平面盡量垂直于盾構(gòu)機(jī)軸線，讓盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)油缸能垂直地推在管片上，這樣使管片受力均勻，掘進(jìn)時不會產(chǎn)生管片破損。同時也要兼顧管片與盾尾之間的間隙，避免盾構(gòu)機(jī)與管片發(fā)生碰撞而破損管片。當(dāng)因地質(zhì)不均、推力不均等原因，使盾構(gòu)機(jī)偏離線路設(shè)計軸線時，管片的選型要適宜盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)。（4）根據(jù)現(xiàn)有的管模數(shù)量和類型，及生產(chǎn)能力管片的需求量要與管片廠所配備的管模數(shù)量及生產(chǎn)能力進(jìn)行管片型號的選擇。如果計劃的轉(zhuǎn)彎環(huán)數(shù)量比較多可用一套左轉(zhuǎn)環(huán)和一套右轉(zhuǎn)環(huán)來代替兩個標(biāo)準(zhǔn)環(huán)。（5）海瑞克VMT選管片技術(shù)VMT系統(tǒng)程序中對各種有關(guān)的因素預(yù)先設(shè)定重要性的不同，程序會進(jìn)行給所有的可能的后續(xù)管片評估打分，其中不利因素得分最少的一種類型勝出。這就是程序建議的可拼裝的最好的一環(huán)后續(xù)管片。此時程序會沿已經(jīng)計算好的糾偏曲線進(jìn)行一次模擬掘進(jìn)，預(yù)測當(dāng)前掘進(jìn)路徑最可能的后續(xù)掘進(jìn)路徑。接著程序?qū)ι厦嫣岬降母鞣N影響因素可能出現(xiàn)的改變進(jìn)行預(yù)測，然后把預(yù)測的上一管環(huán)作為參考管環(huán)，進(jìn)行下一管環(huán)順序的計算：先前預(yù)測到的第一環(huán)被作為預(yù)測下一環(huán)的理論參考管環(huán)，第二管環(huán)的選擇過程同第一環(huán)的選擇過程。以下為VMT系統(tǒng)程序管片選擇步驟：在一環(huán)掘進(jìn)快要結(jié)束時，當(dāng)主千頂?shù)男谐檀蠹s法1800mm時，在現(xiàn)場值班的土建工程師對上一環(huán)管環(huán)的盾尾間隙進(jìn)行手動測量。當(dāng)掘進(jìn)結(jié)束且推進(jìn)油缸仍在上一環(huán)管片時，則可通過選擇“SurveyOff”,可使VMT系統(tǒng)進(jìn)入管片拼裝模式，此時屏幕右側(cè)的模式框中的模式從“Advance”轉(zhuǎn)為“RingErection”。利用“Next”或“F10”，轉(zhuǎn)換功能鍵菜單，找到功能健“F4”即“RingBuiling”。出現(xiàn)管片拼裝的主屏幕，在此處選擇“InitialValues”（初始值），在屏幕左下角輸入盾尾間隙的值。接著操作人員應(yīng)當(dāng)檢查“Referncering”的類型（上一環(huán)管片）是否正確。如果其前面的操作無誤，則此類管片應(yīng)當(dāng)是正確的。現(xiàn)在選擇按鍵“Acceptance”及“OK”鍵，返回到管片拼裝主模式下。此時在屏幕的中央就會顯示上一環(huán)管環(huán)的信息。按下“Calculate”則從當(dāng)前位置開始計算一個新的糾偏曲線，計算完畢后，計算的結(jié)果顯示在屏幕的中央。如果對建議的管環(huán)滿意，則可選擇按鍵“Build”，進(jìn)行管片拼裝。如果對建議的管環(huán)類型不滿意，或現(xiàn)有管片的類型限制，則可對其進(jìn)行更換。首先選擇屏幕中央要被替換的管環(huán)，接著從右欄中選定希望用的管片類型。利用屏幕上的箭頭執(zhí)行替換操作。如果一個管環(huán)是通過這種方式手動改變的，則管環(huán)類型型號碼的兩邊就會有“**”標(biāo)識。此時就會對糾偏曲線進(jìn)行重新計算。如果管片類型選擇錯誤，后續(xù)管片就呈現(xiàn)紅色警告。當(dāng)系統(tǒng)返回到“Advance”模式下的時候（拼裝完畢，將要掘進(jìn)下一環(huán)時），可看到屏幕右上角的管環(huán)號碼已經(jīng)增加一環(huán)。附圖：管片楔形量及盾尾間隙變化量簡圖（以1.5m左轉(zhuǎn)彎環(huán)為例）。3、管片選型錯誤引起的后果分析除過起填充作用的背后漿液外，管片是隧道唯一襯砌、唯一受力體系。所以管片的正確選型非常重要，當(dāng)管片選型錯誤時，會引起隧道滲水、管片開裂、管片錯臺。如圖所示，由于選型錯誤，盾尾間隙小過45mm（針對海瑞克盾構(gòu)機(jī)），管片和盾殼切在一起，管片的外棱和邊角會被盾殼剮裂，導(dǎo)致管片止水條部位的混凝土開裂吊塊，管片拼起來后，止水條部位就會形成漏水通道。造成隧道漏水。由于選型錯誤，導(dǎo)致油缸行程差過大，油缸作用在管片上的力