dA5盾构施工法管片选型拼装

向外偏离
向内偏离 设计轴线
如果偏向曲线外不加以修正，就会与设计曲线越偏越远；如果偏向 曲线内不加以修正，就会以较大的角度冲向设计曲线，难以修正。
根据上述，为了保 持盾构在设计曲线上， 尽可能地将盾构机控制 在设计的曲线内侧。
另外，用推进器长 度差来管理时，推进1 环以上时，盾构机会向 曲线外偏一点，其偏差 角度为Δθ＝tan-1(δ/R) 在半径300米的区间δ ＝50mm时，Δθ＝ 0.01°，对盾构机施工 轴线也不会产生不可控 制偏离。
在第4环修正偏差＝ 0.5n(n+1)＝0.5×4×（4＋1）×0.48＝4.8mm 即：在开始第4环，使用R-R模式，以后每隔9环使用R-R模式。
设计轴线 计划施工轴线
注意：若通过管片排列计算，施工轴线在设计隧道轴线内则， 则修正环使用S-S（标准环）。
通过上述计算，可以确定对曲线半径450m，弧长447.45m，圆心 角57°的圆曲线，可确定管片排列模式：
曲线半径
－(－18)
第1环
第2环
第3环
第4环
圆曲线
外则 内则
在第一环管片施工中心方向与隧道设 计中心方向一致情况下，下图将表示 每一环安装后的偏差（第1环），＋ 2＝3（第2环），＋2＋3＝6 （第3环）―――，＋2＋―――＋ n（第N环），不断增大。
约等于
＝1500sin
＝1500sin(0.0185)＝0.48mm
在第N环的偏差：n＝＋2＋ 3―――＋n＝0.5n(n+1) mm；
在第N环的角度偏差：N ＝ 0.0185n
如不作修正，则：弧长447.45＝298 环
N ＝298×0.0185=5.513°
第298环累计偏差： （第298环）＝ 0.5×298×（298＋1）×0.48＝ 21.312m。
如按上述不作修正，轴线是严重的、 灾难性的偏离。因此需作修正，以满 足设计轴线要求。
4.则对于管片环宽度所对应圆弧线 的圆心角为：
管片宽度对应的 ＝管 圆弧 片 心长 宽 角度 3600
楔型环 标准环
管片环直径
5. K件所在位置所对应的楔变角度 与管片环宽度所对应的圆心角之 比，则得出管片环所组合模式。
如：设计线路平面曲线半径R=450m,平面曲 线圆心角57°，管片宽度1.5m，管片环 楔变量最大值38mm，管片采用错缝拼 装,封顶块（K件）偏转18度安装。
轴线
O
管片封顶块旋转后管片 环顶端管片宽度
管片宽度最大处
Kl管片左端宽度最大值：kl＝1500＋19cosа Kr管片右端宽度最大值：kr＝1500－19cosа
ta1n1 2(151 19 4) 8t1 a1n190.181
6000 6000
注：a角为管片环封顶块任意旋转角度
（一）管片拟合的隧道轴线
管片宽度 管片宽度
（三）管片排列
管片环楔变量 管片环宽度
一）管片排列估算
管片排列需根据隧道设计线路、管片 宽度、管片楔变角、管片拼装模式确
定。
1. 在隧道设计线路图中，圆曲线一 般给出圆形要素：圆曲线半径R、 圆曲线所对应的圆心角度a、圆 弧长度L等。
2.根据圆弧长公式：L＝a.π.R/180
3.根据管片拼装模式（错缝拼装、 通缝拼装），封顶块（K件）所 在位置时，管片环所对应楔变角 度。
1、通过圆心角公式，初步估计管片环排列模式； 2、计算管片环宽度所对应的圆心角度； 3、计算管片环，K件旋转不同角度时，其宽度、修正角度； 4、计算一环管片环，修正角度与管片环宽度所对因的圆心角度差值及偏差量； 5、计算第N环修正量、第N/2环修正量及使用修正拼装模式； 6、管片环排列模式。 注：在盾构机实际施工中，考虑地质、操作、机械问题，往往将盾构机施工 轴线设置在圆曲线内则施工。
则：平面曲线弧长L=57×3.14×450÷180 ＝447.45m。
管片环宽度所对应的圆心角Q＝ 1.5÷447.45×57＝0.191度
封顶块偏转18度拼装，管片环楔变角为 0.345度。0.345÷0.191=1.8环。
即：对于1.5m的管片环使用1＋1（1直线＋
1楔形环）楔型环管片。
注：该计算方法只是粗略
四、管片选型与盾构机
管片选型与盾构盾尾、盾构铰 接、盾构推进千斤顶有着重要关系， 特别是盾尾间隙的控制，尤为突出。
从理论上，当管片安装后，管 片环外圆面与盾构盾尾内圆面，其 间隙是一致的，但实际施工中，由 于受地层、人工操作、盾构蛇行等， 造成间隙距离不一。
盾尾间隙确定：由管片宽度、 隧道设计轴线、注浆工艺、盾尾油 脂压注工艺确定。
S－R－S－R－R－S－R－S－R－S－R－S－R－R－S－R……….。
（其中管片环封顶块旋转安装角度为：±18°） 则：可知弧长447.45圆曲线，管片环使用多小环标准环、多小环楔型环。
同理：则全区间的管片环数可知，但需根据施工单位施工水平，排列计算得
出的环数后，作楔型管片环增加，已作日后纠偏使用。 对于圆曲线排列，小结其计算步骤：
（一）盾尾间隙
盾构机盾尾间隙变化三种情况：
1、使用楔型环管片环； 2、管片方位角与盾构机方位角不一 致，
3、盾构机偏移。
以上三种情况在实际施工常常同时出 现，是一个综合性因素。
盾尾间隙
标准环 楔型环
盾构机
盾尾间隙
第一种情况
盾尾间隙
标准环 标准环
盾构机
方位角变化
盾尾间隙
第二种情况
管片环半径 管片环半径＋盾尾间隙
盾构机 盾构机
盾构机
需注意：盾构机主动铰接和被动铰接， 对管片选型的影响
推后体式（主动铰接）
推前体式（被动铰接）
五、施工中纠偏修正
（一）直线纠偏
Δθ的确定：
垂直方向：Δθ＝（盾构机实测俯 仰角）－（挖掘设计坡度）
水平方向： Δθ＝（所示方位角值） －（设计隧道方位角）
注：盾构机垂直方向俯仰角、水 平方向方为角，通过测量求得。
以每一环1.5米进行计算，由平面几何得：
2si n10.750.191 0
450
由于管片环封顶块K在±18°，通过计算， 封顶块在18°时，其水平方向偏转角为： 0.3450°（0.3450°÷2＝0.1725°) 则：θ1，、θ2，、θ3，＝――――θ，θ ＝0.3450°/2＝0.1725° 则：每环管片环与圆曲线偏差角度 ： ＝0.1725－0.1910＝－0.0185° 表明：每安装一环管片，管片环的轴线偏 离圆曲线0.0185°（注：在圆曲线内则为 正值，外则为负值）。
管片选型的意义：按预定方法、工序进行， 符合设计预定要求；管片选型好与差直径影响 工程进度、质量、投资。
二、管片表观几何尺寸特性
（一）管片外观尺寸计算
管片水平、垂直方向宽度尺寸计算
Kt管片顶部宽度最大值：kt＝1500＋19sinа
管片宽度
Kb管片底部宽度最大值：kb＝1500－19sinа
管片宽度最小处
3.确定管片参数后，盾构机根据其 参数进行盾构机内空间设计。
管片拟合轴线
管片宽度
曲线半径
误差值
楔变量
设计轴线
管片 X2 宽 .sicn 度 o 1R s C .R R
管片环楔变角Q=180°－2Q1
注：在确定上述的参数后，须 根据管片拼装模式（如：封顶 块位置、管片拼装模式）进行 验算调整。
曲线半径
曲线半径)
按上述三种情况计算，可知每
安装不同类型管片其盾尾间隙
变化。
每环管片行 度 (平 程面 ＝曲 管 左 线 片 右 半 宽 千 径)斤 平面曲线半径
每环管片行 度 (平 程面 ＝曲 管 左 线 片 右 半 宽 千 径)斤 平面曲线半
（三）管片选型盾构机铰接千斤顶
管片选型与盾构铰接千斤顶关系虽然没有直接 关系，如在曲线段，铰接千斤顶行程确定与盾构掘 进推进千斤顶有着重要关系。因此，管片选型与盾 构铰接千斤顶具有间接影响。
计算，没能考虑实际中工
中存在偏差修正问题。
二）管片环修正排列计算
圆曲线半径450m，管片环宽度 1.5m。计算管片环排列及偏差
1.半径450米所需的轴线偏转角，管片环K件在
±18°（拼装模式：S（－18°）—R （18°）—S（－18°）—R（18°）….，
圆曲线圆心角57°，则弧长为447.45m
dA5盾构施工法管片选型拼装
▪ 管片选型拼装内容： 一、管片选型的意义； 二、管片表观几何尺寸特性； 三、管片选型与隧道轴线； 四、管片选型与盾构机； 五、施工中纠偏修正； 六、管片选型原则； 七、管片拼装。
一、管片选型的意义
隧道工程施工中，盾构法隧道不同与矿 山法、明挖等工法。它是在一密闭施工机械 内，采用预制构件，利用机械臂，按预定方 法、工序将预制构件逐一安装而形成隧道， 使成型的隧道满足设计要求。
水平方向
垂直方向
通过管片环修正角度及千斤 顶行程差，通过计算可知， 管片环在盾尾间隙控制最小 量。同时通过平面曲线、纵 向曲线、上下、左右千斤顶 距离，可以得知盾构每推进 一环管片宽度距离所需的行 程差。
盾尾间隙
盾尾长度
千斤顶回缩后净空
间隙控制量
千斤顶距离
行程差
盾尾间隙
根据圆心角公式：
a＝2×sin-1(管片宽度一半÷
注： θ：每环偏差角累计到达管片环
在第N环修正：Nx＝θ÷
修正角度时修正角度
＝0.1725÷0.0185
＝9环 则：在第9环偏差＝ 0.5n(n+1)＝0.5×9×（9＋1）×0.48＝21.6mm
由于施工轴线在隧道设计轴线外则，对于21.6mm偏差，虽然在施工 误差范围内，但考虑施工轴线随长度增加而增加，偏差不断增大，需将 施工偏差调整在设计轴线内则，因此必须在施工9环内，作出调整，一般 是在计算第N环修正，提前N/2修正（如第9环修正，则提前9÷2＝4环修 正），即：
提出一个问题：为什么目前广州地铁的大多数管片 环为宽度1500mm，内径5400mm，管片环楔变量 38mm？
1.对于内径选择：主要根据列车的选型、设备（限界）、 列车设计旅行的速度确定（活塞效应）；
2.管片环的宽度、楔变量：主要根据设计线路平、纵断面 曲线半径、盾构机内空间设计、设计允许的误差确定；
δt＋r＋δV＝r－δV＋δb
V 12(b t)
δr＋r＋δh＝r－δh＋δl
δh＝
1 2
(δl－δr)
δmin＝ (V)2 (h)2
管片环半径 管片环半径＋盾尾间隙
（二）管片选型与盾构千斤顶
目前盾构机中， 在盾构机控制面 板均能显示垂直 方向（定部、底 部）及水平方向 （左侧、右侧） 千斤顶定行程， 将各行程差，则 初步反映了目前 盾构及姿态（转 弯、上坡、下坡 状态）。
盾尾间隙
第二种情况：管片方位角与盾构机方位角不一致
δB1'＝1500sinθ δB2'＝-1500sinθ δC1'＝2500sinθ δC2'＝-2500sinθ
盾尾间隙
第三种情况：盾构偏移：管片与机尾的间隙，上（δt）下（δb）左（δl） 右（δr）的数值，在盾构机施工现场通过盾尾是可以测量到，在管片中 心（θs）与盾构机中心（θt）的偏差δv、δh可以用下公式计算出来：
千斤顶净空 盾尾长度 盾尾以主体外长度
设计轴线 施工轴线
从设计中心偏移（δA）以及尾部偏移（δB）表示在以下公式： δA＝（管片宽度＋盾尾以外主体长度）sinΔθ°
δB＝管片宽度sinΔθ°
Δθ也可以通过千斤顶行程差计算
tan1
千斤顶行程差 水平（或垂直）千距斤离顶
（二）曲线段修正
根据圆心角公式： a＝2×sin-1(管片宽度一半÷曲线半径)，每推进1环管片，盾构机 必须偏移角度（如：半径为300米时盾构转0.2292°）
在曲线纠偏中：关键是控制盾构机偏差角的控 制，不能以大角度纠偏，否则，管片选型、轴 线控制就会完全失控。
假设：水平方向在设计中心线内，但垂直方向比设计中 心线低50mm，垂直方向的方位角也向前倾0.4°。
实际轴线
第4环
3.按施工过程中施工工艺、功效、质量及经济效益确定。 4.管片环节形成的隧道轴线关键是尽量减小与隧道设计轴
线误差。
（二）管片宽度、楔变量的确定
1.管片宽度：
管片宽度与设计轴线最小误差（设 计允许误差±50mm），建议在 10mm范围内；
2.管片楔变量：在确定管片宽度后， 根据直径、宽度则可确定管片楔 变角度和楔变量;
第三种情况
第一种情况：使用楔型管片
a＝AB a，＝A，B，
盾尾长度
千斤顶回缩后净空
Baidu Nhomakorabea
盾尾间隙
b＝2200－a
盾构机
b，＝2200－a,
B1＝a.tana
盾尾间隙
B2＝-( a’tana)
c1＝B1+btan(2a+b)
c2＝-(B2+b’tan(2a+b))
注：c1、c2则由于管片环的组合的不同而不同 。