管片选型与管片安装技术.pptx

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300mm3、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、错缝拼装第1页/共31页标准环与楔形环第2页/共31页管片型号与点位的选择：管片型号与点位的选择：大连地铁的管片为六分块，共大连地铁的管片为六分块，共16点位，点位，22.5一个点位。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。第3页/共31页第4页/共31页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，楔形环的楔形量为楔形角为盾构外径D标准环宽度Sk楔形环宽度Smax=Sk+/2,Smin=Sk-/2第5页/共31页由简单几何关系知L0=n*Sk+m*SmaxL=（m+n）*SkLi=m*Sk+n*Smin=L/R=L0/(R+D/2)=Li/(R-D/2)整理得：第6页/共31页以大连地铁201标为例R=300m，u=1:1，D=6m，Sk=1.2则=48mm，则=/D=0.46=第7页/共31页二、管片选型的技术原则：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。的最低要求。依据：依据：1、线路参数、线路参数2、盾构机的姿态与油缸行程、盾构机的姿态与油缸行程3、盾尾间隙、盾尾间隙第8页/共31页盾构管片选型盾构管片选型 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。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：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）、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。、油缸行程差。第9页/共31页由盾构机自动测量系统数由盾构机自动测量系统数据计算出盾构机的轴线：据计算出盾构机的轴线：盾构机设定有两个虚拟参考点：盾构机设定有两个虚拟参考点：前点、后点前点、后点。前点在盾构机切口环。前点在盾构机切口环处、后点在盾构机中盾与尾盾的连处、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量计算出盾构前点和后点水平和垂水平和垂直的偏差直的偏差。通过偏差我们可以计算。通过偏差我们可以计算出盾构机轴线的出盾构机轴线的方向方向。即为盾构机。即为盾构机姿态。姿态。第10页/共31页前点前点O1坐标坐标:X1,Y1,Z1 其中其中X1是水平偏差、是水平偏差、Y1是垂直偏差、是垂直偏差、Z1是是里程里程后点后点O2坐标坐标:X2,Y2,Z2 其中其中X2是水平偏差、是水平偏差、Y2是垂直偏差、是垂直偏差、Z2是是里程里程上述两坐标均由盾构机测量系统自动测量得出。上述两坐标均由盾构机测量系统自动测量得出。水平趋向、垂直趋向水平趋向、垂直趋向是角度值，数值以弧度来表示。是角度值，数值以弧度来表示。水平趋向水平趋向1=（X1-X2）/L L为前后点的距离，约为为前后点的距离，约为4米。米。垂直趋向垂直趋向1=（Y1-Y2）/L L为前后点的距离，约为为前后点的距离，约为4米。米。第11页/共31页盾构机轴线为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=(L3-L1)/Lp1p3;竖直夹角=（L4-L2）/Lp4p2第12页/共31页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。管片与设计轴线夹角。管片与设计轴线水平夹角管片与设计轴线水平夹角2=1+管片与设计轴线垂直夹角管片与设计轴线垂直夹角2=1+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平夹角2、管片与设计轴线垂直夹角、管片与设计轴线垂直夹角2 向零靠近。向零靠近。第13页/共31页盾尾间隙盾尾间隙在盾构管片中所起到的作用：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号盾尾号盾尾间隙理论最佳值为间隙理论最佳值为95mm。中铁中铁15号盾构机在盾尾上有一处加强环，高度超过盾尾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，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。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。素考虑。我工点在施工过程中一般以我工点在施工过程中一般以63mm为临界参数，当盾尾间隙低为临界参数，当盾尾间隙低于该值时，必须以盾尾间隙为要因进行选型。于该值时，必须以盾尾间隙为要因进行选型。63mm74mm为中间为中间参数，管片选型时，两者重要性各占参数，管片选型时，两者重要性各占50%，可综合两重因素考虑。，可综合两重因素考虑。当盾尾间隙大于当盾尾间隙大于74mm时，选型以管片轴线作为最重要因素考虑，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。可不考虑盾尾间隙。第14页/共31页举例举例：盾尾间隙：盾尾间隙：上部：上部：70下部：下部：85左部：左部：95右部：右部：100盾尾间隙状态良好优先按照隧道盾尾间隙状态良好优先按照隧道轴线选择管片。轴线选择管片。VMT系统显示盾构机姿态：系统显示盾构机姿态：前点前点:水平偏差水平偏差25 垂直偏差垂直偏差 -21 后点后点:水平偏差水平偏差11 垂直偏差垂直偏差 -39 油缸行程：油缸行程：P1行程传感器：行程传感器：1778mm P2行程传感器：行程传感器：1851mm P3行程传感器：行程传感器：1766mm P4行程传感器：行程传感器：1749mm第15页/共31页盾构机轴向：盾构机轴向：水平趋向：水平趋向：1=（25-11）/4=3.5 垂直趋向：垂直趋向：1=（-21+39）/4=4.25 管片轴向与盾构轴向偏差：管片轴向与盾构轴向偏差：水平夹角：水平夹角：=(P3-P1)/5.7=(1766-1778)/5.7=-2 垂直夹角：垂直夹角：=（P4-P2)/5.7=(1749-1851)/5.7=-18 管片轴向与设计轴线水平夹角：管片轴向与设计轴线水平夹角：2=1+=1.5 管片轴向与设计轴线垂直夹角管片轴向与设计轴线垂直夹角 2=1+=-13.75第16页/共31页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第17页/共31页 当拼装左转当拼装左转1点管片后，原点管片后，原管环轴线与新管环轴线水平夹管环轴线与新管环轴线水平夹角角=L/6=-4mm/m 当拼装左转当拼装左转1点管片后，原点管片后，原管环轴线与新管环轴线垂直夹管环轴线与新管环轴线垂直夹角角=L/6=4mm/m第18页/共31页 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。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第19页/共31页 管片轴向与设计轴线水平夹角：管片轴向与设计轴线水平夹角：2=1+=1.5 管片轴向与设计轴线垂直夹角管片轴向与设计轴线垂直夹角 2=1+=-13.75所以，我们选择右转所以，我们选择右转11点位或左点位或左转转3点位的管片，能最好的调节点位的管片，能最好的调节管片轴向，但是管片轴向，但是11点不是常用的点不是常用的点位，且不好拼装所以选择左转点位，且不好拼装所以选择左转3点。点。原管环轴线与新管环轴线原管环轴线与新管环轴线水平夹角水平夹角=L/6=0mm/m原管环轴线与新管环轴线原管环轴线与新管环轴线垂直夹角垂直夹角=L/6=8mm/m拼装管片后：拼装管片后：新管环轴线与设计线路轴线新管环轴线与设计线路轴线水平夹角水平夹角=1.5+0=1.5新管环轴线与设计线路轴线新管环轴线与设计线路轴线垂直夹角垂直夹角=-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第20页/共31页曲线段管片选型的方法：曲线段管片选型的方法：以以R=300m的右转曲线为例的右转曲线为例取取1.2m小段，外圈边长小段，外圈边长L1，内圈边长内圈边长L2，L1-L2=6000*1.2/300=24mm。由于管片错缝拼装，无法保由于管片错缝拼装，无法保证每环管片的纠偏量均为证每环管片的纠偏量均为24mm，则需将线路分为小，则需将线路分为小段，以小段为单位（不超过段，以小段为单位（不超过5环），通过管片的不同点位环），通过管片的不同点位组合，保证平均纠偏量为组合，保证平均纠偏量为24mm每环即可。每环即可。第21页/共31页曲线段管片选型的方法：曲线段管片选型的方法：以以R=300m的左转曲线为例的左转曲线为例取取1.2m小段，外圈边长小段，外圈边长L1，内圈边长，内圈边长L2，L1-L2=6000*1.2/300=24mm。由于管片错缝拼装，无法保证每环管片由于管片错缝拼装，无法保证每环管片的纠偏量均为的纠偏量均为24mm，则需将线路分为小，则需将线路分为小段，以小段为单位（不超过段，以小段为单位（不超过5环），通过环），通过管片的不同点位组合，保证平均纠偏量为管片的不同点位组合，保证平均纠偏量为24mm每环即可。每环即可。选取选取R15、P1管片组合，可消除垂直方向管片组合，可消除垂直方向的纠偏，同时可以将水平纠偏控制在的纠偏，同时可以将水平纠偏控制在24mm/环，可以较好的适应环，可以较好的适应300m的曲线的曲线半径，基本可以消除因曲线纠偏问题造半径，基本可以消除因曲线纠偏问题造成的管片错台。成的管片错台。但个别因盾构机姿态太差的问题除外。但个别因盾构机姿态太差的问题除外。第22页/共31页例例2盾尾间隙：盾尾间隙：上部：上部：70下部：下部：85左部：左部：45右部：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第23页/共31页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第24页/共31页第25页/共31页第26页/共31页缓和曲线上转弯环管片位置的确定考虑切线角累计超过转弯环偏转角一半时，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。第27页/共31页例3大连地铁201标300m右转缓和曲线：a=1505620Ls=60R=300T=1176.304YH=DK17446.286HZ=DK17506.286=24第28页/共31页=2=2arctan（/D）=0.4584=L/2R=0.1=5.7324曲线上右转环数量N=/=12.5经计算得出下表第29页/共31页谢谢 谢谢第30页/共31页感谢您的观看。感谢您的观看。第31页/共31页