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