管片选型与管片安装技术.

管片基本知识与管片选型技术中铁十局——王旭一、管片基本知识以大连地铁为例：1、材料强度等级C50、抗渗等级P10.2、衬砌外径6000mm、内径5400mm，管片宽度1200mm，管片厚度300mm3、衬砌环由1个封顶块（K块）、两个邻接块（L1/L2型）、3个标准块（B型）组成。衬砌环向分6块，即3块标准块（中心角67.5°）2块相邻块（中心角67.5°），一块封顶块（中心角22.5°）为了满足曲线拟合施工纠偏的需要，管片分三种，左转弯环、右转弯环、标准环。其中标准弯环不具备拟合曲线和纠偏能力。左转弯、右转弯环是将封顶块置于顶部的时候，管片所能拟合的曲线进行命名的通过与标准环的各种组合来拟合不同曲线。4、衬砌的链接，衬砌的环缝纵缝均采用弯螺栓连接，其中每环纵缝采用12根螺栓，每个环缝采用16根螺栓，未设置榫槽。5、错缝拼装标准环与楔形环管片型号与点位的选择：大连地铁的管片为六分块，共16点位，22.5°一个点位。以封顶块所在位置，参考时钟进行点位编号，分别为0、1、2、3、4、5、7、8、9、10、11、12、13、14、15。管片楔形量楔形角与路线的关系假定在半径为R的圆曲线上管片的中心弧长L外弧L0内弧Li圆心角θ曲线偏转角a，由m环标准环个n环楔形环组成，其比例u=m：n，楔形环的楔形量为δ楔形角为β盾构外径D标准环宽度Sk楔形环宽度Smax=Sk+δ/2,Smin=Sk-δ/2由简单几何关系知L0=n*Sk+m*SmaxL=（m+n）*SkLi=m*Sk+n*Sminθ=L/R=L0/(R+D/2)=Li/(R-D/2)整理得：nRnmSk）（D2DRDSSnmmaxK）（以大连地铁201标为例R=300m，u=1:1，D=6m，Sk=1.2则δ=48mm，则β=δ/D=0.46°δ=3300622.12.1(）二、管片选型的技术原则：确保管片的走向符合线路走向，且拼装后的管片满足盾尾间隙的最低要求。依据：1、线路参数2、盾构机的姿态与油缸行程3、盾尾间隙盾构管片选型线路轴线是已知的，确保管片走向符合线路走向，即使得管片轴线与线路轴线最大限度的拟合。如何计算管片轴线方向，需要：1、盾构机的轴线方向（由盾构机自动测量系统换算得来）2、油缸行程差。由盾构机自动测量系统数据计算出盾构机的轴线：盾构机设定有两个虚拟参考点：前点、后点。前点在盾构机切口环处、后点在盾构机中盾与尾盾的连接处。盾构自动测量系统会通过测量计算出盾构前点和后点水平和垂直的偏差。通过偏差我们可以计算出盾构机轴线的方向。即为盾构机姿态。前点O1坐标:X1,Y1,Z1其中X1是水平偏差、Y1是垂直偏差、Z1是里程后点O2坐标:X2,Y2,Z2其中X2是水平偏差、Y2是垂直偏差、Z2是里程上述两坐标均由盾构机测量系统自动测量得出。水平趋向、垂直趋向是角度值，数值以弧度来表示。水平趋向α1=（X1-X2）/LL为前后点的距离，约为4米。垂直趋向Ө1=（Y1-Y2）/LL为前后点的距离，约为4米。盾构机轴线为Z轴，管片轴向也分解为水平方向X竖直方向Y，假设4个行程传感器油缸的长度为L1、L2、L3、L4则:水平夹角α=(L3-L1)/Lp1p3;竖直夹角θ=（L4-L2）/Lp4p2知道盾构机与设计轴线的夹角、管片与盾构机的夹角，则可计算出管片与设计轴线夹角。管片与设计轴线水平夹角α2=α1+α管片与设计轴线垂直夹角Ө2=Ө1+Ө管片选型就是要通过选择管片的型号和点位来使管片与设计轴线水平夹角α2、管片与设计轴线垂直夹角Ө2向零靠近。盾尾间隙在盾构管片中所起到的作用：盾尾间隙即指管片外壁与盾尾内壁之间的空隙，中铁15号盾尾间隙理论最佳值为95mm。中铁15号盾构机在盾尾上有一处加强环，高度超过盾尾50mm，加强环的主要作用是确保盾尾的环向刚度，使盾尾不易变形，其次是保护尾刷。如果盾尾间隙如果过小，会导致管片受加强环的挤压而造成破碎。所以在盾构管片选型过程中盾尾间隙要作为考虑的对象。一般只有当盾尾间隙很小的情况下，盾尾间隙才作为选型的最重要的因素考虑。我工点在施工过程中一般以63mm为临界参数，当盾尾间隙低于该值时，必须以盾尾间隙为要因进行选型。63mm~74mm为中间参数，管片选型时，两者重要性各占50%，可综合两重因素考虑。当盾尾间隙大于74mm时，选型以管片轴线作为最重要因素考虑，可不考虑盾尾间隙。举例：盾尾间隙：上部：70下部：85左部：95右部：100盾尾间隙状态良好优先按照隧道轴线选择管片。VMT系统显示盾构机姿态：前点:水平偏差25垂直偏差-21后点:水平偏差11垂直偏差-39油缸行程：P1行程传感器：1778mmP2行程传感器：1851mmP3行程传感器：1766mmP4行程传感器：1749mm盾构机轴向：水平趋向：α1=（25-11）/4=3.5垂直趋向：Ө1=（-21+39）/4=4.25管片轴向与盾构轴向偏差：水平夹角：α=(P3-P1)/5.7=(1766-1778)/5.7=-2垂直夹角：Ө=（P4-P2)/5.7=(1749-1851)/5.7=-18管片轴向与设计轴线水平夹角：α2=α1+α=1.5管片轴向与设计轴线垂直夹角Ө2=Ө1+Ө=-13.75右转环左转环点位纠偏量(mm)点位纠偏量(mm)水平竖直水平竖直036-120-3612124-241-2424212-362-123630-4830484-12-36412365-24-24524246-36-12636127-48074808-3612836-129-2424924-2410-12361012-3611048110-4812123612-12-3613242413-24-2414361214-36-121548015-480当拼装左转1点管片后，原管环轴线与新管环轴线水平夹角=ΔL/6=-4mm/m当拼装左转1点管片后，原管环轴线与新管环轴线垂直夹角=ΔL/6=4mm/m根据上述计算管片轴向，则表明管片水平轴向与设计轴线基本相近，下一环的调节重点是减小管片轴向与设计轴线的垂直夹角。右转环左转环点位纠偏量(mm)点位纠偏量(mm)水平竖直水平竖直036-120-3612124-241-2424212-362-123630-4830484-12-36412365-24-24524246-36-12636127-48074808-3612836-129-2424924-2410-12361012-3611048110-4812123612-12-3613242413-24-2414361214-36-121548015-480管片轴向与设计轴线水平夹角：α2=α1+α=1.5管片轴向与设计轴线垂直夹角Ө2=Ө1+Ө=-13.75所以，我们选择右转11点位或左转3点位的管片，能最好的调节管片轴向，但是11点不是常用的点位，且不好拼装所以选择左转3点。原管环轴线与新管环轴线水平夹角=ΔL/6=0mm/m原管环轴线与新管环轴线垂直夹角=ΔL/6=8mm/m拼装管片后：新管环轴线与设计线路轴线水平夹角=1.5+0=1.5新管环轴线与设计线路轴线垂直夹角=-13.75+8=-5.75右转环左转环点位纠偏量(mm)点位纠偏量(mm)水平竖直水平竖直036-120-3612124-241-2424212-362-123630-4830484-12-36412365-24-24524246-36-12636127-48074808-3612836-129-2424924-2410-12361012-3611048110-4812123612-12-3613242413-24-2414361214-36-121548015-480曲线段管片选型的方法：以R=300m的右转曲线为例取1.2m小段，外圈边长L1，内圈边长L2，L1-L2=6000*1.2/300=24mm。由于管片错缝拼装，无法保证每环管片的纠偏量均为24mm，则需将线路分为小段，以小段为单位（不超过5环），通过管片的不同点位组合，保证平均纠偏量为24mm每环即可。曲线段管片选型的方法：以R=300m的左转曲线为例取1.2m小段，外圈边长L1，内圈边长L2，L1-L2=6000*1.2/300=24mm。由于管片错缝拼装，无法保证每环管片的纠偏量均为24mm，则需将线路分为小段，以小段为单位（不超过5环），通过管片的不同点位组合，保证平均纠偏量为24mm每环即可。选取R15、P1管片组合，可消除垂直方向的纠偏，同时可以将水平纠偏控制在24mm/环，可以较好的适应300m的曲线半径，基本可以消除因曲线纠偏问题造成的管片错台。但个别因盾构机姿态太差的问题除外。例2盾尾间隙：上部：70下部：85左部：45右部：100盾尾间隙过小优先按照盾尾间隙的要求来选择管片选择R0或者L0拼装后的理论盾尾间隙：上部：70下部：85左部：55右部：90（纯理论值，与实际相差较大但是具有指导意义）右转环左转环点位纠偏量点位纠偏量水平竖直水平竖直08.93.690-8.9-3.6919.6301-9.63028.9-3.692-8.93.6936.18-6.183-6.186.1843.69-8.94-3.698.950-9.63509.636-3.69-8.963.698.97-6.18-6.1876.186.188-8.9-3.6988.93.699-9.63099.63010-8.93.69108.9-3.6911-6.186.18116.18-6.18812-3.698.9123.69-8.91309.63130-9.63143.698.914-3.69-8.9156.816.1815-6.18-6.18缓和曲线上管片的选型方法缓和曲线的概念曲率半径从直线的曲率半径（无穷大）逐渐变化到圆曲线的半径R这样的曲线称为缓和曲线。性质：在此曲线上任一点p的曲率半径与曲线长度成反比，比例常数C缓和曲线上转弯环管片位置的确定考虑切线角β累计超过转弯环偏转角θ一半时，即应该拼装一个转弯环，经计算可得出转弯环的位置，但是本排版未考虑施工中的蛇形纠偏。例3大连地铁201标300m右转缓和曲线：a=150°56′20″Ls=60R=300T=1176.304YH=DK17446.286HZ=DK17506.286δ=24θ=2γ=2arctan（δ/D）=0.4584°β=L/2R=0.1=5.7324°曲线上右转环数量N=β/θ=12.5经计算得出下表谢谢