管片选型方法(含曲线)
管片选型与管片安装技术.
左转环 纠偏量 水平 -8.9 -9.63 -8.9 -6.18 -3.69 0 3.69 6.18 8.9 9.63 8.9 6.18 3.69 0 -3.69 -6.18 竖直 -3.69 0 3.69 6.18 8.9 9.63 8.9 6.18 3.69 0 -3.69 -6.188 -8.9 -9.63 -8.9 -6.18
左转环 纠偏量(mm) 竖直 -36 -24 -12 0 12 24 36 48 12 24 36 48 36 24 12 0
-36
-24 -12 0
12
24 36 48
36
24 12 0
-12
-24 -36 -48
12
24 36 48
36
24 12 0
-12
-24 -36 -48
-36
-24 -12 0
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：
D （m ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ） Sk Rn
m （ S K S max） D n D R 2
以大连地铁201标为例
-36
-48 -36 -24
-12
0 12 24
36
48 36 24
-36
-48 -36 -24 -12 0 12 24 36 48
-12
0 12 24 36 48 36 24 12 0
36
48 36 24 12 0 -12 -24 -36 -48
12
0 -12 -24 -36 -48 -36 -24 -12 0
盾构通用环管片选型技术
一、引言
目前国内地铁盾构隧道衬砌管片形式主要有普通环形式和通用环形式。 普通环形式包括标准环和左右转弯环，在直线段使用标准环，曲线段采 用左右转弯环，竖曲线则使用不同厚度的橡胶垫块拟合，需要设计和加 工直线、左转、右转以及特殊形式的圆环，由于转弯环的拼装点位是较 为固定的，从而不利于在隧道施工中对隧道轴线的精确控制。目前北京、 上海、广州、南京、杭州、天津、西安、哈尔滨等城市地铁采用普通环 管片型式。
mm×K21=1 52.80 m-1m7.（2 ≈24.8×172.=2 49.6 mm7.）1
-7.1
K12
-18.6
18.6
0
0
K13
-17.2
17.2
-7.1
7.1
K14
-13.2
13.2
-13.2
13.2
K15
-7.1
7.1
-17.2
17.2
三、通用环管片选型影响因素
如何在盾构掘进完成一环时通过盾构掘进施工参数进行通 用环管片选型？ 错缝拼装 盾尾间隙 推进千斤顶油缸行程差 管片姿态
7.1
-7.1
-17.2
17.2
K2
13.2
-13.2
-13.2
13.2
即沿半K径3 R=3001m7.2的曲线每-1前7.进2 1.2 m-，7.需1 要 24.87.m1 m 的楔形
量以抵K消4 因曲线所18产.6生的内外-1弧8.6长差。 0
0
本工K5程管片环在17平.2 面上的楔-1形7.2量有 37.27.1mm、 34-.73.61 mm、
管片成型轴线与设计轴线的夹角等于盾构轴线与设计轴线夹角加上管 片轴线与盾构轴线夹角。
管片选型
隧道盾构法施工中的管片选型盾构法施工作为现代隧道施工比较先进的科学的方法，具有对围岩扰动小、速度快、作业安全、建成后投入运行早等优点。
在盾构法施工中采用预制钢筋砼块（管片）做为永久支护，或永久支护的一部分。
目前常用的是将管片分为左、右转弯环和标准环三种类型。
管片生产可以由专门从事砼制品的厂家提前制作，从而缩小施工用地、加快施工速度，特别对于城市中昂贵的地价、工期相对较短具有重大的意义，同时也使施工工厂化成为可能。
笔者根据从事盾构施工的经验和心得体会，对盾构施工中管片选型问题进行一下讨论。
一、管片与隧道线路隧道设计线路的特征决定了管片拼装成环后横断面的走向，同时也在总量上限制了管片在一个施工合同中的类型分布。
1、曲线地段曲线地段应根据线路的曲线要素、纵向坡度的大小、不同衬砌环的组合特征（楔形量、锥度、偏移量等）来决定要安装的管片类型。
线路所要求提供的圆心角：α＝180L／πR式中：L—一段线路中心线的长度；R—线路曲线半径。
K块（封顶块）不同位置时管片锥度的计算：β＝2arctg(δ×cosθ／2D)式中: β—管片成环后的锥度。
标准环为0。
δ—转弯环楔形量，即转弯环管片12：00时水平方向内外宽度差。
D—管片外径。
θ—K块所在位置对应的角度。
我们追求的是X环不同类型及封顶块的组合提供的锥度β′和X环管片长线路所需要的圆心角α相等的X环不同类型的组合，管片选型时应按这种组合为基准来实施。
如广州地铁二号线越三区间隧道盾构工程中左转弯曲线：R=399.863m, δ=50mm, D=6000mm, 通过计算L12+T+L1+T为最佳组合。
（备注：L12为左转弯12：00，T为标准环，装L1是满足线路为下坡及管片环与环间错缝拼装的要求。
）2、直线地段直线地段原则上装标准环，只是在适当的时候靠转弯环来完成线路的纵向坡度，以及调整盾构机掘进过程中偏移中线的纠偏量。
二、管片与盾构机姿态1、盾构机姿态决定管片选型盾构机姿态在某种程度上决定了管片选型。
管片选型方法(含曲线)
管片选型方法1、引言管片选型的目的就是按照设计线路的要求，选择适宜的点位将管片拼装成型，尽可能得符合设计线路。
管片选型的基本思路是根据设计线路和盾构机姿态，计算已成型管片与设计线路的相对趋向，选择下一环管片的安装点位，以拟合成型管片与设计线路的相对误差，同时管片选型还需兼顾盾尾间隙。
2、趋向2.1趋向的定义趋向，实际是角度,只是代表的含义不同，趋向表示以此角度的方向上前进1米而在该角度上变化多少毫米，故趋向的单位是mm/m。
例如盾构机与设计线路的相对趋向，实为盾构机轴向与设计线路中线的夹角，若VMT上显示盾构机的水平趋向为4，其意义为盾构机按目前的方向每往前推进1米，则盾构机水平方向要偏离设计线路中线+4毫米。
垂直方向上的趋向理解同上。
盾构机与设计线路的相对趋向为α，后续管片与盾构机的相对趋向为β，则后续管片与设计线路之间相对趋向为α+β。
2.2趋向的计算现以海瑞克盾构机(刀盘6.28米)为例，进行趋向的计算。
按常规操作规定水平方向右为正，左为负；垂直方向上为正，下为负。
海瑞克盾构机VMT测量系统前点位于切口换处，后点位于中盾，前点和后点的距离为3.92米，为计算方便取4米；盾构机推进油缸位置处于中心对称半径为2.85米的圆上，相邻油缸距离约4米。
根据VMT测量系统的显示能得知盾构机前点为（x1，y1），后点为（x2，y2），故盾构机相对设计线路的水平趋向为α1=（x1-x2 ）/4 ，垂直趋向为α2=（y1- y2 ）/4。
同理，管片相对盾构机的趋向可以根据推进油缸的行程计算得出。
设四组油缸行程分别为L A、L B、L C、L D,根据推进油缸中心对称的原理得知，水平方向油缸行程差为L A- L D = L B - L C，垂直方向油缸行程差为L A- L B = L D - L C，故管片相对盾构机的水平趋向为β1=（L A- L D）/4 ，垂直趋向为β2=（L A- L B）/4。
所以管片与设计线路的水平趋向为α1+β1 =（x1- x2 ）/4+（L A- L D）/4，垂直趋向为α2+β2 =（y1- y2 ）/4+（L A- L B）/4；管片选型的目标是尽量使管片与设计线路的趋向接近于零，故下环管片应尽量选取管片自身水平趋向为-（α1+β1），垂直趋向为-（α2+β2）的点位。
城市轨道盾构隧道管片选型及技术要点
城市轨道盾构隧道管片选型及技术要点发布时间：2021-06-22T10:06:34.840Z 来源：《基层建设》2021年第8期作者：席鹏[导读] 摘要：在我国快速发展过程中，轨道交通建设在不断加快，轨道交通的建设有助于缓解城市交通压力，为中心城区与周边郊区提供联系通道。
中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司湖北省武汉市 430000摘要：在我国快速发展过程中，轨道交通建设在不断加快，轨道交通的建设有助于缓解城市交通压力，为中心城区与周边郊区提供联系通道。
根据城市对于地铁工程的要求，多采用快线A+型车，最高时速140km/h，施工中盾构隧道工程较为关键，普遍使用到内径5.5m的管片。
考虑到盾构施工的质量要求，有必要从工程实例出发，围绕管片选型、施工技术等方面做深入的探讨。
关键词：管片选型；拼装；楔形量引言在我国进入21世纪快速发展的新时期，经济在迅猛发展，社会在不断进步，地铁隧道工程施工工法主要包括明挖法、浅埋暗挖法以及盾构法。
其中明挖法隧道施工主要适用于场地开阔、地表建筑物稀少、地面道路交通要求较低的地区;浅埋暗挖法最初由王梦恕院士提出，适用于埋深较浅地铁隧道的施工作业，并在北京地铁复兴门折返线工程中成功应用;盾构法是一种能够适用于多种复杂水文地质条件的地铁区间隧道主流暗挖工法。
自18世纪英国在伦敦泰晤士河首次采用盾构工法修建隧道以来，经过近一个世纪的发展，盾构法隧道修建技术己发展成为几乎可以适用于任何水文地质条件的施工工法，并在公路、铁路、水利水电、城市轨道交通等多方面得到了广泛应用。
由于盾构法对施工区域环境扰动小、地层适应性强以及施工快速安全可控，己成为世界各国修建地铁区间隧道的主流施工工法，对于穿越江海等地表水体的水下隧道修建，盾构工法具有其天然优势。
1盾构法隧道的发展历史与现状目前我国经济持续快速发展，基础建设进程日益加快，城市地铁隧道、铁路隧道、公路隧道、引水隧洞、城市地下路等隧道及地下工程的建设正迎来高速发展期。
地铁管片选型技术
地铁管片选型技术一、设计标准地铁设计标准：1.地铁主体结构设计使用年限为100年。
2.区间隧道防水等级为二级。
3.混凝土允许裂缝开展，管片最大允许裂缝宽度为0.2mm，并不得有贯穿裂缝。
4. 管片混凝土强度等级C50，抗渗等级为P12。
管片设计标准：衬砌环构造：管片外径6000mm，内径5400mm。
管片幅宽：线路曲线半径大于400mm时，采用1500mm宽管片，线路半径小于或者等于400mm时，采用1200mm的管片。
管片厚度300mm。
每环衬砌环由6块管片组成，1块封顶块，2块邻接块，3块标准块。
采用直线+左右楔形环拟合不同曲线。
成都地铁采用的楔形环为双面楔形，单面楔形量为19mm，转角为0.1814°，整环楔形总量为38mm，转角为0.363°。
管片连接：衬砌环纵、环缝采用弯螺栓连接，对于1500mm管片，每环纵缝采用12根M27螺栓，每个环缝采用10根M27螺栓；对于1200mm 管片，每环纵缝采用12根M24螺栓，每个环缝采用10根M24螺栓。
二、管片选型分析拼装点位：管片拼装点位表示每一环管片中封顶块所在的位置。
根据地铁管片设计构造特点，管片拼装分为10个点位。
拼装点位分布如下图所示。
拼装点位的选取原则。
1.相邻环管片不通缝。
2.楔形环不同楔形量使用合理，有利于调整盾尾间隙、油缸行程差和拟合隧道中心线。
拼装点位选择：现为了保证隧道的美观和防水效果，将管片的点位划分为两类：上半区点位（1点、2点、3点、9点、10点、11点），下半区点位（4点、5点、7点、8点）。
其中上半区点位位于隧道中线以上（含中线），有利于管片拼装和隧道的防水质量，因此上半区作为管片点位选择的主要区域。
+1环管片点位选取办法：根据联络通道第一环开口位置对应的管片点位，按里程推算至+1环，相隔偶数环则+1环选用不通缝点位，相隔奇数环则考虑通缝点位。
提醒：1.如果+1环管片点位选择错误，影响联络通道开口方向，则过程中可采用1.2米管片进行调整。
RMSD(6.0)管片选型功能和使用说明
RMSD(6.0)管片选型功能和使用说明一、功能介绍1.管片预测：逐环预测：操作简单，只要每环结束时输入盾尾间隙，就能预测最佳管片拼装点位。
连续多环预测：输入预测环数，可根据设计轴线或纠偏曲线连续预测多环的管片的最佳拼装点位。
2.纠偏曲线：只要输入纠偏里程，软件自动计算水平纠偏曲线和垂直纠偏曲线，显示每环的水平和垂直偏差量。
3.拼装：拼装手可选择预测管片拼装点位，也可根据自选点位拼装，系统提供每个拼装点位的拼装计算结果（盾尾间隙、中心偏差、超前量和错缝等）。
4.导向显示模式：可根据设计轴线进行导向，也可根据纠偏曲线进行导向。
二、初始设置1.盾构参数输入选中复选框使用铰接和使用管片管理此时铰接油缸列表和推进油缸列表变为可修改输入正确的铰接油缸参数和推进油缸参数输入盾首到铰接油缸的距离输入盾首到推进油缸前固定面的距离输入盾首到推进油缸后撑靴面的距离盾构设置完成2.管片参数：设置管片的横断面、纵断面和螺栓的参数管片管理模块的管片参数输入(1)横断面：外径(D1)：管片环衬砌的外表面圆环直径，单位m；内径(D2)：管片环衬砌的内表面圆环直径，单位m；分块总数：管片环衬砌的分块数；常规分块：选中表示管片环按常规分块，同时衬砌环圆心角输入将变成常规分块形式，常规分块如下图；自定义：选中表示管片环按自定义分块，同时衬砌环圆心角输入将变成自定义分块形式，自定义分块如下图，封顶块的编号为1，顺着管片拼装方向看顺时针编号增大；在左图中按照右图所示依次输入相应块所对应的圆心角，单位°。
封顶块(F)：常规分块中封顶块(即F块)对应的圆心角，单位°；相邻分块(L)：常规分块中相邻块(即L块)对应的圆心角，单位°；标准块(B)：常规分块中标准块(即B块)对应的圆心角度，单位°；(2)纵断面：管片环宽度(B)：管片衬砌环的平均环宽，单位mm。
楔形量(Δ)：管片衬砌环最大环宽与最小环宽的差值，单位mm；封顶块边差：顺着拼装前进方向看，封顶块的后侧圆弧长度与前侧圆弧长度的差值，单位mm；最小环宽处到封顶块中心轴的角度：顺着拼装前进方向看，封顶块中线到最小环宽中线所对应的顺时针圆心角，单位°。
论地铁盾构管片选型
论地铁盾构管片选型世界经济的迅猛发展加速了城市化建设，城市人口和建筑密度的不断增加，加快了城市水电管网及轨道交通的建设。
在城市隧道施工中，由于地面及周边环境复杂，基本上都采用现在已经比较成熟的盾构法施工。
由于城市（重要）建构筑物、桥梁等较多，为节省投资资金，避免风险，保护建构筑物等，盾构隧道的曲线越来越多，半径越来越小，多管片的拼装质量要求越来越高，对管片选型技术要求也越高。
本文结合几个案例分析探讨盾构管片选型技术。
一、管片的结构与拼装形式过去，广州市盾构每环管片由六块管片组成（L1、L2、L3、B、C、K），分为标准环、左转弯、右转弯环，拼装时主要靠调节K块的位置来确定管片的转向，重而与设定的轴线进行耦合。
首先，介绍管片的点位的由来。
考虑管片的受力情况，一般采用错缝拼装的形式进行，由于管片的横向螺栓有十套，因此，管片通常的点位就按10个点位来区分。
如下图所示：图一图二管片的具体形式决定每块管片的角度，任意相邻两点所对应的夹角为36°（图一所示）。
但是，1点和11点中间夹着12点，那么，1点和12点的夹角就是18°，11点和12点的夹角也是18°，同理可证5点和7点的角度是18°。
其次，偏移量的计算公式。
从图二中可得转弯环的管片最大楔形量为38（mm），管片的外径是6000（mm）。
根据Tanа=38/6000=0°21′46.33″ ∵а=в可得到：∴偏移量=Tanв×1500=9.5（mm）通过计算结果得出转弯环的最大偏移量是9.5（mm）。
再次回到正面点位图，可以看出只有12点、3点、6点、9点的时候是最大偏移量的位置，而管片的点位中没有12点和6点，即得3点和9点位置是管片偏移量最大的位置（9.5mm）。
举个例子，左转弯环的管片拼在1点位时，管片的偏移量是如何计算的。
其实1点位的时候，正好是偏离12点位18°，假如左转弯是拼装在12点，根据左手定则（食指和拇指撑开呈90°）可知，食指做指向的方向是代表点位，拇指的方向是最大楔形量的位置（右转弯则用右手定则）。
36.2楔形量计算法的盾构管片选型
行文区间左线管片选型一、曲线半径使用管片计算1。
转弯环偏角计算（左转）θ＝2×arctg（δ/D）＝2×arctg（18。
1/6000）＝0.3457°缓和曲线偏角β1＝45/（2＊1000)*180/3.14＝1。
2898°β2＝45/(2*1000）＊180/3.14＝1。
2898°圆曲线偏角α0＝αA－（β1＋β2）＝4.77°－(1.2898°＋1.2898°）＝2.1904°式中：A--平曲线的总转角缓和曲线中转弯环的数量N1＝β1/θ+β2/θ＝1.2898°／0.3457°＋1。
2898°／0.3457°＝7.46环≈8环左转缓和曲线中标准环的数量M1＝（l1＋l2)／1。
5－N1 ＝（45＋45)／1.5－8＝60—8=52环圆曲线中转弯环的数量N2＝α0/θ＝2.1904°/0.3457°＝6。
33环≈7环左转圆曲线中标准环的数量M2＝［Ls－（l1＋l2)］／1.5－N2＝[128.194－（45＋45）］／1。
5－7＝26—7=19环2.转弯环偏角计算 (右转）θ＝2×arctg(δ/D) ＝2×arctg（18.1/6000）＝0.3457°缓和曲线偏角β1＝45/(2＊1000)＊180/3.14＝1。
2898°β2＝45/（2＊1000)＊180/3.14＝1。
2898°圆曲线偏角α0＝αA－（β1＋β2)＝4。
6555°－(1。
2898°＋1.2898°）＝2.0759°式中：A--平曲线的总转角缓和曲线中转弯环的数量N1＝β1/θ+β2/θ＝1.2898°／0.3457°＝3。
7环≈4环右转缓和曲线中标准环的数量M1＝l1／1。
管片基础知识与管片选型
二、管片选型相关基础知识
管片超前量示意图 人工测量管片超前量
二、管片选型相关基础知识
任意点位楔形量的计算
本工程所采用的管片为带双面等腰楔形，楔形量为 40mm。管片各点位的楔形量通用计算公式：
（式1）
式（1）中：B——任意点位与最窄处（即K块中心 ）之间的夹角如图所示。
当小角度时。式（1）可为简化δ =20×（1-
二、管片选型相关基础知识
二、管片选型相关基础知识
错缝拼装点位分布 所谓“拼装点位”，是指管片拼装时封顶块所在的位置。管片划分点位的依据有两 个：管片的分块形式和螺栓孔的布置。
常见的管片环缝连接螺栓有10根和16根，本区间采用16个根环缝连接螺栓，螺栓孔 的沿管片圆周均匀分布，对应的在圆周上一共有16个点位可以选择。
二、管片选型相关基础知识 2.2、管片选型的概念
管片选型是指通过灵活选用盾构管片，从而满足拟合设计线路行进的要求，同时保证 管片的成型质量，达到满足验收及使用的目的。
本区间采用通用楔形管片拼装，每一环除了因埋深不同而配筋不同的区别以外，楔形 量的布置的都是完全相同的，只要通过K块位置的选择从而旋转管片调整管片在各个方向 上的超前量进行符合设计线路的行进，有别于标准环、转弯环设置的管片需要进行不同类 型的管片组合使用。因此此类管片选型的核心就在于选择K块拼装的点位。
二、管片选型相关基础知识 2.3、通缝与错缝的区别
按照相邻两环管片拼装缝的位置不同，管片的拼装可以分成两种形式，通缝拼装 和错缝拼装，通缝即每一坏与上一环相对的位置是完全重合的，错缝即上一环与下一 环之间的纵缝不能重合，错缝拼装比通缝拼装在工程应用上出现的晚，但由于它在承 受纵向力和保持成圆度方面比通缝拼装优越，所以在很多工程中被大量应用。本区间 管片亦是采用错缝拼装。
管片选型
左转弯环盾尾间隙调整量表表2点位
盾尾间隙测量
右方较小
结果
向左调整量
向右调整量
向上调整量
向下调整量-
7.2mm
7.2mm
0mm
0mm较小-5.1mm
5.1mm
5.1mm-5.1mm较小-6.7mm
6.7mm
2.8mm-2.8mm较小-5.1mm
5.1mm
5.1mm-5.1mm较小-2.8mm
2.8mm-6.7mm
1.2管片选型要适应盾构机姿态
管片是在盾尾内拼装，所以不可避免地受到盾构机姿态的约制。管片平面应尽量垂直于盾构机轴线，也就是盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上，这样可以使管片受力均匀，掘进时不会产生管片破损。同时也兼顾管片与盾尾之间地间隙，避免盾构机与管片发生碰撞而损坏管片。在实际掘进过程中，盾构机因为地质不均、推力不均等原因，经常要偏离隧道设计线路。所以当盾构机偏离设计线路或进行纠偏时，都要十分注意管片选型，避免发生重大事故。
2、管片选型
2.1管片的拼装点位
曲线800隧道管片计算
曲线800隧道管片计算摘要：一、曲线800隧道管片简介二、曲线800隧道管片计算方法1.管片厚度计算2.管片强度计算3.曲线段管片角度计算4.曲线段管片长度计算三、曲线800隧道管片施工注意事项四、结论与建议正文：曲线800隧道管片是一种用于隧道工程的结构材料，其独特的曲线设计使得隧道在空间利用率、通风照明等方面具有较大优势。
在实际工程中，对曲线800隧道管片的计算是至关重要的，它直接影响到隧道的安全性、稳定性及施工效果。
本文将对曲线800隧道管片的计算方法进行分析，以期为相关工程提供参考。
一、曲线800隧道管片简介曲线800隧道管片是一种预制的混凝土结构，其特点是曲线形状、半径为800mm。
在隧道工程中，管片主要用于承受地压力、水压力和其他外部荷载，保证隧道的稳定性和安全性。
二、曲线800隧道管片计算方法1.管片厚度计算管片厚度是根据隧道所承受的荷载、地层条件等因素计算得到的。
在计算时，需考虑管片的自重、地压力、水压力、交通荷载等因素。
根据相关规范，曲线800隧道管片的厚度可采用以下公式进行计算：t = (P1 + P2 + P3) / (γ1 × 1.25)其中，t为管片厚度，P1、P2、P3分别为管片自重、地压力、水压力及交通荷载，γ1为混凝土重度。
2.管片强度计算管片强度计算主要包括抗压强度、抗拉强度、抗弯强度等。
在计算时，需根据地质条件、施工方法等因素确定各项强度指标。
曲线800隧道管片的强度计算可参考以下公式：fcm = fck + 0.85σcm其中，fcm为管片混凝土强度，fck为混凝土轴心抗压强度，σcm为管片受压应力。
3.曲线段管片角度计算曲线段管片角度是指管片在曲线段上的倾斜程度。
在计算时，需考虑曲线半径、管片长度等因素。
曲线800隧道管片的角度计算公式如下：α= arcsin(L / (2 × R))其中，α为管片角度，L为管片长度，R为曲线半径。
4.曲线段管片长度计算曲线段管片长度的计算主要包括两种方法：一种是根据曲线半径和管片角度计算，另一种是根据施工要求和使用条件确定。
转弯环管片在曲线上的排版方法
转弯环管片在曲线上的排版方法一、引言目前盾构工程在地下铁路施工中应用越来越多，由于曲线的存在就要用标准环与转弯环配合使用，以适应线路的走势。
曲线是由一条圆曲线和两条缓和曲线组成。
对于圆曲线的管片排版已有了相对较为成熟的理论。
而缓和曲线上的管片排版以往通常是根据盾构机VMT来选择，没有成型的理论支持，为此，结合测量理论和弯环管片的实际探索出在缓和曲线上准确选择弯环管片理论排版的方法，介绍给大家，供参考和借鉴。
二、缓和曲线理论按线路的前进方向，直线与缓和曲线的连接点称为直缓点，依次类推其余各点分别为缓圆点、圆缓点、缓直点，分别记为ZH、HY、YH、HZ。
其相对关系见图1及图2。
图1 曲线要素示意图图2 缓和曲线图由22S L RL β= (rad) 可得 L =β――为缓和曲线上任一点P 处的切线角； L S ――任一点P 所对应的切线长 当L S =L 时，即可得出β=L/2R 02LRβ= (rad)。
2.1.弯环管片偏转角计算依照曲线的圆心角与转弯环产生的偏转角关系可知：图3 标准环、转弯环关系图θ=2γ=2arctg δ/D式中：θ—转弯环的偏转角δ—转弯环的最大楔形量的一半D—管片直径将数据代入得出θ＝0.3629º三、缓和曲线上转弯环管片用量计算在缓和曲线段内，缓和曲线切线角β与一环转弯环的偏转角θ的比值即为曲线上所需管片的数量。
现以某区间右线JD8为例进行计算。
某区间管片技术参数如下：管片长度：1500ｍｍ；管片内径：5400ｍｍ；管片厚度：300ｍｍ；管片外径：6000ｍｍ；转弯环楔形量：38ｍｍ；右线JD8的曲线要素如下：由相关数据计算可得：N=β/θ=10.53(环)N——单条缓和曲线需加设的弯环管片用量由此可以看出在JD8的单条缓和曲线上需放10.53环转弯环管片，但是管片都要成环拼装，0.5环就要和圆曲线组合综合考虑了，整条曲线的弯环数按取整数进行取舍，如果有不足一环的管片存在，就可以多拼出一个转弯环，而不能少拼，即拼66环。
管片选型与管片安装技术
依据： 1、线路参数 2、盾构机的姿态与油缸行程 3、盾尾间隙
海瑞克盾构机的管片选型
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。 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。
1、管片分类 按材质分：钢管片、铸铁管片、钢筋混凝土管片 按管片适应的线性分类：普通楔形管片、通用管片 按连接方式分类：螺栓连接和榫槽连接
2、管片选型 是根据线路走向，通过管片型号和拼装位置的选择，以达到符 合隧道线路的管片组合。
3、管片安装 将已选好的管片按照设定的点位组装起来，形成一个整体的管 环，主要由盾构机管片拼装机实施。 4、管片选型与安装的重要性 管片选型正确与否、安装是否规范直接关系到盾构隧道是否会 发生错台。并导致渗漏水、管片破损等伴生现象。
管片长度 管片厚度 管片外径
1200mm 300mm 6200mm
管片内径 盾尾内径 转弯环截面
5500mm 6290mm 等腰梯形
转弯环楔形量
37mm
盾尾间隙
45mm
上式表明，在800m的圆曲线上，每隔4.912m要用一环转弯环 ，管片宽度按1.2m计算，即在800m的圆曲线上，标准环与转弯 环的拼装关系为3环标准环+1环转弯环。
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。
管片选型
一定的标准环和一定的楔形环按照一定的数量和合适顺序排列,能够拟合出不同半径的曲线隧道,这种管片排列的计算叫做管片对隧道的拟合计算. 当规划管片的总体制造计划和管片的运送计划以及施工场地的管片储存计划时,就要用到拟合计算,拟合计算对管片的选型也有直接的指导作用。
下面分别介绍在直线、缓和曲线、圆曲线段管片对隧道的拟合计算。
隧道直线段管片对隧道的拟合计算。
直线段理论上只需要标准环,但在掘进和管片安装时,油缸推力的不均、主机的蛇行、已安装管片的沉降等因素会造成盾尾间隙和推进油缸行程的不均衡,当这种不利的影响累加到一定程度时就必须安装楔形环进行管片纠偏。
在缓和曲线段,楔形环的数量要满足隧道转弯造成的隧道总的超前量的需要。
例如:缓和曲线的长度为65m;圆曲线半径为400m;管片宽度为1.5m;每环超前量为50mm。
经过计算已经知道整个缓和曲线段隧道内外两侧的超前量总和为463mm。
整个缓和曲线段需要的管片总数量为
65m/1.5m=44环,其中需要的楔形环数量为463mm/50mm=10 环,需要的标准环数量为44-10=34环。
管片对圆曲线的拟合相对缓和曲线要更简单一些。
它的计算步骤如下:
计算在曲线上每掘进一环(1.5m)左右推进油缸产生的油缸行差ΔL;
计算楔形环在对应油缸位置的超前量,为47.5mm(计算过程见前文的介绍);
假设拟合这样曲线半径的隧道需要T块标准环,需要Z块楔形环,找到下面方程式中未知数T、Z的最接近结果的最小整数解: (Z+T)×ΔL=Z×47.5
求解偏差:Δ=(Z+T)ΔL-Z×47.5;
对进行结果进行修正,列出圆曲线段的管片拼装拟合方程式。
地铁隧道常用管片特点与选型计算
地铁隧道常用管片特点与选型计算（王国义中铁十三局集团第二工程有限公司，广东深圳 518083）内容提要：盾构作为地铁隧道施工的主要设备在中国迅速发展，管片作为地铁隧道的永久衬砌应用非常广泛，管片选型的好坏直接影响到地铁隧道的精度和质量，甚至达到隧道重新修改设计线路的严重后果。
从现在最常用管片的特点开始着手，着重讲述现今应用普遍的等腰梯形转弯环管片的楔形量计算、管片排版计算及盾构管片选型依据，首次提出根据实际拼装管片和设计隧道中心线的偏离值与盾构自动导向系统生成管片的偏差相比较，校核人工测量和盾构自动导向测量的准确性理论，对地铁盾构施工有一定的指导作用。
关键词：管片；转弯环；楔形量；选型；校核1 引言在国内各大城市地铁隧道工程中，目前已越来越多地开始使用盾构来掘进区间隧道，用预制钢筋混凝土管片[1]作为永久衬砌。
成型管片的质量直接关系到隧道的质量，而隧道的成型质量直接受到管片选型好坏的影响。
这就需要在盾构施工中掌握管片技术参数及管片楔形量计算知识，达到能够灵活选用盾构[2]管片，保证盾尾间隙和管片成型质量之目的，同时实际成型隧道位置是否正常直接影响到隧道的最终验收及使用。
2 常用地铁管片的特点目前在地铁隧道盾构施工中，各个大中城市主要采用标准环和转弯环管片对设计隧道平纵曲线拟合，管片一般分为标准环、左转弯环、右转弯环三种管片，每环管片一般由六块管片组成，三块标准块，两块邻接块，一块封顶块，由盾构上的拼装机[3]拼装成一个整环(如图1)。
2.1 地铁常用管片技术参数(如表1)表1 地铁常用管片技术参数图1 右转弯环管片示意图2.2 管片拼装点位的分布管片成型的隧道为了能够达到很好的线形，完成隧道的左转弯、右转弯、上坡、下坡等功能，需要使用不同的楔形量管片[4]，这就要求转弯环管片有不同的位置来达到此目的。
现在常用的地铁管片一般采用错缝拼装，有10个点位，来达到转弯所需要的不同楔形量。
管片拼装点位是以封顶块的中线位置来叙述的(管片拼装点位如图2)，转弯环不同的拼装点位在平曲线中有不同的楔形量，达到不同的转弯半径[5]。
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管片选型方法
1、引言
管片选型的目的就是按照设计线路的要求，选择适宜的点位将管片拼装成型，尽可能得符合设计线路。
管片选型的基本思路是根据设计线路和盾构机姿态，计算已成型管片与设计线路的相对趋向，选择下一环管片的安装点位，以拟合成型管片与设计线路的相对误差，同时管片选型还需兼顾盾尾间隙。
2、趋向
2.1趋向的定义
趋向，实际是角度,只是代表的含义不同，趋向表示以此角度的方向上前进1米而在该角度上变化多少毫米，故趋向的单位是mm/m。
例如盾构机与设计线路的相对趋向，实为盾构机轴向与设计线路中线的夹角，若VMT上显示盾构机的水平趋向为4，其意义为盾构机按目前的方向每往前推进1米，则盾构机水平方向要偏离设计线路中线+4毫米。
垂直方向上的趋向理解同上。
盾构机与设计线路的相对趋向为α，后续管片与盾构机的相对趋向为β，则后续管片与设计线路之间相对趋向为α+β。
2.2趋向的计算
现以海瑞克盾构机(刀盘6.28米)为例，进行趋向的计算。
按常
规操作规定水平方向右为正，左为负；垂直方向上为正，下为负。
海瑞克盾构机VMT测量系统前点位于切口换处，后点位于中盾内，前点和后点的距离为3.92米，为计算方便取4米；盾构机推进油缸位置处于中心对称半径为2.85米的圆上，相邻油缸距离约4米。
根据VMT测量系统的显示能得知盾构机前点为（x1，y1），后点为（x2，y2），故盾构机相对设计线路的水平趋向为α1=（x1- x2 ）/4 ，垂直趋向为α2=（y1- y2 ）/4。
同理，管片相对盾构机的趋向可以根据推进油缸的行程计算得出。
设四组油缸行程分别为L A、L B、 L C、L D,根据推进油缸中心对称的原理得知，水平方向油缸行程差为L A- L D = L B - L C，垂直方向油缸行程差为L A- L B= L D- L C，故管片相对盾构机的水平趋向为β1=（L A- L D）/4 ，垂直趋向为β2=（L A- L B）/4。
所以管片与设计线路的水平趋向为α1+β1=（x1-x2 ）/4+（L A- L D）/4，垂直趋向为α2+β2 =（y1- y2 ）/4+（L A- L B）/4；管片选型的目标是尽量使管片与设计线路的趋向接近于零，故下环管片应尽量选取管片自身水平趋向为-（α1+β1），垂直趋向为-（α2+β2）的点位。
当盾构机正常掘进时，|α1+β1|、|α2+β2 |均应控制在0~3之间，在4~6之间应该调整，绝对不允许大于6。
在纠偏线路上，应根据纠偏线路，|α1+β1|、|α2+β2|可略增加，增加幅度与盾构机实际纠偏线路的趋向一致。
3、管片选型实例计算
3.1 直线段管片选型
在直线段盾构掘进过程中，设计线路的自身趋向为0，盾构机相对设计路线的趋向由VMT显示得知，如：
后点前点趋向
水平 2 5 1
垂直 -2 -6 -1
则α1=1，α2=-1。
盾尾内管片与盾构机的相对趋向由推进油缸行程差计算得知，如：A组油缸行程：L A =1842mm，B组油缸行程：L B =1810mm，C组油缸行程L C =1799mm，D组油缸行程：L D =1831mm，则管片相对盾构机的水平趋向为β1=（L A- L D）=（1842-1831）∕4≈3，垂直趋向为β2=（L A- L B）/4=（1842-1810）∕4=8。
因此管片与设计线路的水平相对趋向为α1+β1=1+3=4，垂直相对趋向为α2+β2=-1+8=7。
下环管片应尽量选取管片自身水平趋向为-4，垂直趋向为-7的点位。
下面以广州常用的左右转环管片为例选择点位。
该管片为后楔形，楔形量为38mm。
其中标准块长度为1498mm，左、右转环长边为
1517mm，短边为1479mm。
根据正弦定律可计算K块拼装在各个点位时的水平和垂直的楔形量，计算结果如下表所示：
管片外径为6米，故K块拼装在各个点位时的水平趋向和垂直趋向为相应的楔形量／6米，例如左转1点的水平趋向为-36.14／6≈6，垂直趋向为11.74／6≈2。
上述管片与设计线路的水平相对趋向为α1+β1=4，垂直相对趋向为α2+β2=7。
下环管片应尽量选取管片自身水平趋向为-4，垂直趋向为-7的点位。
根据楔形量计算管片自身趋向得出，左转环K块拼装在10点或者右转环K块拼装在4点的位置时水平自身趋向为-22.34／6=-3.7mm／m，垂直趋向为-30.74／6=-5.1 mm／m，能较好的满足拟合趋向的要求。
3.2 已知半径曲线段管片选型
对已知曲线半径的管片选型方法，基本思路跟上述一致，只需多计算设计线路的自身趋势，在管片选型时叠加。
例如:已知设计线路曲线半径为右转400米，每环转弯楔形量为
6000×1.5／400=22.5mm，即管片拼装完成后的平均楔形量为22.5mm 时就能满足设计线路为400米的半径。
设计线路自身水平趋向为γ=22.5∕6≈4，故管片选型时应选取的管片自身水平趋向为-（α1+β1）+γ=-（α1+β1）+4。
设计线路在纵向坡度竖曲线修正时的曲线半径通常很大，管片选型时可以忽略竖曲线修正时的影响。
4、考虑盾尾间隙选型
在盾尾和管片处于真圆状态时，上下盾尾间隙和左右盾尾间隙之和分别应等于150mm，为了管片的受力均匀，管片的走向应使盾尾间隙趋于均等。
例如测得盾尾间隙为上：65mm 下：80mm 左：60mm 右：90mm，则盾尾间隙差为：上-下=65-80=-25mm；右-左=90-60=30mm，通过盾尾间隙判断，下一环管片走向应是右下方，即选择右转环11点或10点。
盾尾间隙上、下、左、右分别为ζ1、ζ2、ζ3、ζ4，当管片即将拖出盾尾时，对应盾尾间隙ζ1、、ζ2、、ζ3、、ζ4、其关系如下：ζ1、=ζ1 +（L3-L1）L/4 ζ3 、=ζ3 +（L1-L3）L/4
ζ2 、=ζ2 +（L4-L2）L/4 ζ4、=ζ4 +（L2-L4）L/4
注：L为实测管片间隙处距尾刷端部的距离。
当ζ1、、ζ2、、ζ3、、ζ4、值小于ζ时，管片在脱出盾尾地方受到该方向盾尾的附加压力，容易造成管片开裂和变形。
差值越大，受力越大。
根据一般经验差值大于30mm时，管片将会破损。
通常情况下管片选型必须按照设计线路和盾构机的姿态来选择K
快点位，只有盾尾间隙在≦60mm的情况下，才能根据盾尾间隙来选型。
5、小松盾构机管片选型
小松盾构机管片选型的原理与上述原理完全一致，只是由于盾构机和测量系统的自身差异，计算管片选型时选取的数据有所差异。
测量系统上，小松盾构机分前点、中点和后点，由于小松盾构机的主动式铰接在前盾和中盾之间，所以我们选择测量的中点和后点的距离计算盾构机与设计线路的相对趋向；同理，计算管片与盾构机的相对趋向时，应先根据小松盾构机推进油缸安装的位置计算相邻两组油缸的距离，其他计算过程则与海瑞克盾构机完全一样。