广深港客运专线狮子洋隧道大直径盾构隧道通用楔形管片拼装技术

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盾构姿态
盾尾平面 mm +5 左上
刀盘高程 mm -20 左下 2673 右侧 55
盾尾高程 坡度 mm/m mm -18 右下 2657 下部 30 -3.161 右上 2671 左侧 25
mm +8
推进油缸行程 2691 顶部 盾尾间隙 45
根据上表可以看出,左下部盾尾间隙较小,同时左下部推进油缸 形成比右上部超前 24mm,因此,从两个方面来考虑,1271 环管片安 装点位应当选择 R1~R6 其中的一个。 由于 1270 环管片安装点位为 R17,
m
Δ
W= 2.0 m
直线段,基本排版为 R6、R17 为主。在曲线段,以 R=7000 米的平面左曲线为例,每环管
R= 70
00
图 6 平面曲线楔形量计算示意图
片(见图 7)所需的右超前量计 算如下: Δ=DW/R=10.8×2.0/7000= 0.003m 因此基本排版可采用 R2、 R3、R4、R5、 R6、R7、R8、 R9、R10,满足曲线转弯的需
R D/2 R D/2 W -Δ /2 W Δ / 2
式中:R——管片能满足的最小隧道轴线半径; D——管片外径; W——管片环宽 Δ——管片楔形量 则,本工程管片能满足的最小隧道轴线半径为:
R WD 2000 10800 900000mm 900m Δ 24
所以,管片设计可以满足本隧道最小轴线半径 7000m。 2.3 不同安装点位管片楔形量 在本工程中,盾构机共有 22 组推进油缸(如图 4 所示) ,相对应 管片可全圆周旋转 22 个方位,每次旋转的角度为 16.37° 。在管片旋转 时,纵向的螺栓位置不变。
R B
设计轴线
ΔZ
C A
拟合轴线
α/2
α
-9O
图 7 拟合曲线计算示意图
D= 10 .8 m
成环管片轴线趋势
θ1
θ2
要。
(2)动态轴线拟合
在实际推进中,盾构姿态与管片姿态的关系是相辅相成的。盾构 推进姿态决定了管片拼装姿态,同时成环隧道作为盾构推进的导向, 而在施工中,成环隧道的轴线不可能与设计轴线相吻合,总存在一定 的偏差,因此应根据设计轴线拟合管片拼装的轨迹,从而指导盾构推 进。 设计轴线的动态拟合遵循缓和平稳的原则。 以下以竖曲线拟合设计轴线进行说明(平曲线拟合方法相同)。 轴线 拟合可归类于以下模型,见图 7。 测量上环管片的坡度 θ2,以及管片轴线和与设计轴线的竖直方向 的偏差 ΔZ;测量设计轴线坡度 θ1,设拟合曲线的半径为 R,转弯角度 为 α。计算可得:
广深港客运专线狮子洋隧道大直径通用楔形管片拼装
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技术
摘要:通用楔形管片作为一种较先进的隧道衬砌形式,在盾构法隧道 施工中能够较好地控制隧道轴线和管片成环质量。文中以广深港客运 专线狮子洋隧道工程大直径通用楔形管片的应用为例,介绍了通用楔 形环管片的设计理念和特点、全圆周错缝拼装的施工方法,以及施工 中控制管片拼装质量的方法。 关键词:盾构法隧道;通用楔形管片;错缝拼装;施工技术
δ上 δ右 δ下 δ左 Δ 1 cos (90 θ ) 2 Δ 1 cos (180 θ ) 2 Δ 1 cos (270 θ ) 2 Δ 1 cos (360 θ ) 2
式中:δ 上 、δ 右 、δ 下 、δ 左 ——管片对应上部、右部、下部、左部的 楔形量; Δ——管片楔形量; θ——管片旋转角度。
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1271 环安装 R3、R6、R9、R12、R15、R19 、R22 可以避免通缝,因 此选择安装点位选择 R3。 5 管片拼装技术和质量控制 5.1 管片拼装技术 (1)在拼装过程中要清除盾尾处拼装部位的垃圾和杂物,同时必 须注意管片定位的正确,尤其是第一块管片的定位会影响整环管片成 环后的质量及与盾构的相对位置良好度。 (2)每环管片拼装要精心,尽量做到管片接缝密贴,环面平整。 (3)拼装时,要确保“T”字接头平整。 (4)环面超前量控制:施工中经常测量管片圆环环面与隧道设计 轴线的垂直度,当管片超前量超过控制量时,及时调整管片旋转角度, 从而保证管片环面与隧道设计轴线的垂直度。 (5)每一块管片拼装结束后,伸出千斤顶并控制到所需的顶力, 再进行下一块管片的拼装,这样逐块进行完成一环的拼装。对于不平 整环面的管片,在拼装下一环管片用千斤顶压实时,应先顶“凸”位 置的千斤顶。 (6)在拼装时应注意调整管片的椭圆度,尽量使管片呈竖椭圆状 态。 (7)拼装后及时调整千斤顶的顶力,防止盾构姿态发生突变。
1 工程概况
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广深港客运专线北起广州铁路枢纽的新广州站,经东莞、深圳, 向南延伸至香港的西九龙站,全长 167km,线路基础设置按 350km/h
图 1 狮子洋隧道平面图
设计, 近期运营速度 300km/h; 狮子洋隧道处于广深港客运专线东涌站 -虎门站区间,位于珠江三角洲平原区,沿线地形平坦开阔,隧道要下 穿小虎沥、沙仔沥、狮子洋隧道(见图 1) ,其中狮子洋水道为珠江航 运的主航道。 狮子洋隧道起讫里程为 DIK33+000~DIK43+800,全长 10.8km,其 中过江段采用双洞单线盾构隧道,长度 9340m,使用 4 台气垫式直径 11.2m 气垫式泥水盾构采用“相向掘进,地中对接,洞内解体”的施工技 术组织施工。盾构隧道内径 9.8m、外径 10.8m、管片厚度 500mm、环 宽 2.0m,管片采用“7+1”分块模式的通用楔形环错缝拼装。盾构隧道以 管片自防水为主,接缝采用两道弹性密封止水条防水,隧道内铺设无 碴轨道,轨道类型采用框架板式轨道。隧道最大纵坡为 20‰,最小纵 坡为 3‰,隧道最小曲线半径为 7000m。 在本次盾构施工中,我们采用通用楔形管片的形式作为隧道衬砌, 在满足隧道曲线的基础上,保证了隧道环面的质量。
在推进施工中,根据盾构姿态与管片姿态的相对关系及管片与盾 壳的间隙,可以根据不同旋转角度下管片楔形量的变化对隧道推进轴 线进行微调,从而确保隧道轴线的进度。 3 管片选型 3.1 管片选型考虑因素 在管片拼装前应先确定管片旋转的角度,即选择封顶块 F 的位置, 选型必须考虑以下因素:
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盾构机姿态与隧道轴线相对关系; 盾构机姿态与管片姿态的相对关系; 盾构机各个推进油缸行程; 盾尾间隙; 管片的上、下、左、右超前量; 错缝拼装; 封顶块的位置尽量选择在隧道腰部以上。 3.2 管片选型 (1)设计排版 在推进施工前,应对管片 进行排版以拟合设计轴线。在
毕业论文设计
广深港客运专线狮子洋隧道大直径通用楔形管片拼装技术
专 班 姓 学
业:工 程 造 价 级:06 兰州交大 名:车才才 号:062338042
指导老师:李雪吟
目录
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1.工程概况……………………………………………………………4 2.通用楔形管片的特点……………………………………5 2.1 普通隧道衬砌管片………………………………………….5 2.2 本工程采用的通用楔形管片………………………………5 2.3 管片能满足的最小隧道轴线半径验算…………………….6 3.管片选型………………………………………………..…………..8 3.1 管片选型考虑因素………………………………………....8 3.2 管片选型……………………………….……………………9 4.选型实例………………………………...………………………….11 5.管片拼装技术和质量控制…………………………………………12 5.1 管片拼装技术………………………………………………12 5.2 同步注浆对成环管片的影响………………………………13 结束语……………………………………………………………...…15 参考文献………………………………………………………….......16
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则,各安装点位对应具体楔形量变化见表 1。 表 1 不同安装点位管片楔形量表
点位 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 R18 R19 R20 R21 RLeabharlann Baidu2 楔形量(单位:mm) 顶部 -12 -11 -9 -6 -3 0 3 6 9 11 12 12 11 9 6 3 0 -3 -6 -9 -11 -12 右侧 -2 -5 -8 -10 -12 -12 -12 -10 -8 -5 -2 2 5 8 10 12 12 12 10 8 5 2 下侧 12 11 9 6 3 0 -3 -6 -9 -11 -12 -12 -11 -9 -6 -3 0 3 6 9 11 12 左侧 2 5 8 10 12 12 12 10 8 5 2 -2 -5 -8 -10 -12 -12 -12 -10 -8 -5 -2
在施工中,我们采用 PPS 测量导向系统测量出监测盾构姿态,通 过人工复核测量监测管片姿态,通过盾构机操作控制系统测量油缸行 程,并实时测量盾尾间隙,同时结合前一环管片安装点位考虑错缝安 装,经过综合分析确定本环管片安装点位,并对后几环的掘进及管片 安装情况进行预测。 4 选型实例 在狮子洋隧道出口标段掘进至 1271 环时,设计轴线坡度为 3‰, 测量盾构姿态、管片姿态、推进油缸行程和盾尾间隙报表见表 2。 表 2 盾构推进测量报表 1270 环管片安装点 R17 位 刀盘平面
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2 通用楔形管片的特点 2.1 普通隧道衬砌管片 传统的盾构施工中,隧道衬砌直线段一般采用等宽的普通圆环, 在平面曲线和竖曲线段则采用不同的楔形圆环对隧道轴线进行拟合。 整条隧道就需要设计和加工左转、直线、右转以及特殊形式的圆环, 同时,由于管片楔形量是固定的,从而不利于在盾构施工中对隧道轴 线的精准控制。而管片拼装一般采用通缝拼装和错缝拼装两种形式。 错缝拼装要求在拼装时旋转一定的角度避免通缝,有利于衬砌本身传 递圆环内力,且错缝拼装的隧道比通缝拼装的隧道整体性强,圆环可 以近似按匀质刚度考虑。但在通常的隧道衬砌施工中,错缝拼装的形 式比较单一,且管片的旋转角度相对固定(一般只能旋转 3 个角度,左 右 20 度角范围内)。 2.2 本工程采用的通用楔形管 片 本工程盾构隧道管片外径 10800mm,内径 9800mm,环宽 2000mm,楔形量 24mm,管片 厚 度 500mm , 管 片 设 计 采 用 “7+1”分块模式的双面楔形通用 换。 每换管片由 1 块封顶块 (F) , 2 块邻接块(L1 、L2) 、5 块标
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我们将一环管片 F 块正对 1 号推进油缸安装时的点位定义为 R1,
推进油缸 管片安装机
图 4 推进油缸数量及位置示意图
图 5 管片旋转角度
F 块对应 2 号推进油缸安装时定义为 R2, 依次为 R1~R22。 在管片安装 点位变化的同时,其上部、右部、下部、左部的楔形量(对应 2000mm 的标准环宽)也相应发生变化。 设管片断面上 F 块中心与 B3 块中心连线与竖直方向夹角(定义 逆时针为正)为管片旋转角度 θ(如图 5 所示) ,则对应的上部、右部、 下部、左部楔形量 δ 可用下式计算:
-5Δ
图 2 管片分块及尺寸示意图
图 3 管片能满足的最小隧道轴线半径计算
准块(B1~B5)等八块构成,分块形式为 5 B(49.09° )+2L(49.09° ) +1F(16.37° ) 。每环环向接缝采用 22 只 M36 纵向斜螺栓连接,以承 受隧道纵向弯矩,提高纵向刚度;每环衬砌纵缝内采用 24 只 M36 环 向斜螺栓连接,使纵缝成为具有一定抗弯刚度的弹性铰。螺栓机械强 度等级采用 5.8~8.8 级。管片除在特殊位置采用通缝拼装外,其余均 采用错缝拼装。钢筋混凝土管片设计强度为 C50,抗渗等级 S12,钢筋 采用 HPB235 级、HRB335 级钢。具体管片构造详见图 2。 2.3 管片能满足的最小隧道轴线半径验算 由图 3 可得如下等式:
α θ 1 θ 2
AC Δ Zcosθ 1 sinα
R ACcot(90 -α /2)
拟合曲线长度 AB
DW R AB 需调整环数 n W
π Rα 180
每环楔形量 Δ
(3)施工调整 在设计排版和拟合曲线的基础上应根据施工的具体工况对管片线 路排版进行动态调整。
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