盾构隧道管片姿态计算
盾构姿态及管片拼装质量控制QC
管片拼装质量分析会
五、原因分析
1、管片错台原因分析 1）盾构姿态较差，盾尾间隙不均匀出现局部过小，管片拼装完成 后再拖出盾尾时，由于盾尾间隙过小，盾尾刷保护块强制将管片向内压 缩，导致管片错台。 2）管片选型不合理，导致盾构机与管片趋势不匹配。 3）管片螺栓未按要求进行复紧，导致管片失圆错台。 4）盾尾本身失圆也是可能导致管片错台的原因之一。
三、现状调查
第 第 第 第 第 第 第 第 第 第 第 第 第
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22
环 环 环 环 环 环 环 环 环 环 环 环 环
612 590 473 777 395 420 413 236 475 228 825 111 226
A1 2 A1 2 A1 2 A1 3 A1 2 A1 2 A1 2 A1 2 A1 3 A1 2 A1 3 A1 5 A1 2
六、 要因确认
人员因素 附表6-3
确认三：管片拼装手操作是否符合规范 确认方式 考试加现场拼装考核 标准 考试成绩和现场操作均达标 2013年8月14日，对管片拼装手组织了集体测试，考试平均成绩均在95分 以上，管片拼装准确率达100%。 结论：此项不是主要原因。
机械因素 附表6-4
确认四：管片拼装机存在微调不灵敏的情况 确认方式 标准 现场检查 在人为操作无误的情况下拼装管片是否符合要求
A3 2 A3 3 A3 1 A3 1 A3 1 A3 2 A3 2 A3 3 A3 2 A3 4 A3 3 A3 4 A3 3
A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2 A2
5 否 4 否 6 否 4 否 4 否 4 否 5 否 7 否 5 否 8 否 5 否 4 否 5 否 8 裂缝 已修复
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]。
浅析盾构掘进施工的姿态控制
浅析盾构掘进施工的姿态控制作者：任青山来源：《城市建设理论研究》2013年第17期摘要：本文结合广州地铁广佛线某盾构区间地层软硬不均，线路曲线多、坡度变化大，针对土压平衡盾构掘进姿态控制问题，介绍了盾构姿态控制的基本概念，总结了影响盾构掘进姿态的因素并从地质条件、盾构掘进、管片选型、测量及注浆控制等几个方面提出了盾构姿态的控制分析。
关键词：盾构；姿态控制中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1 概述盾构是隧道工程施工的专用机械，由于掘进开挖面和盾壳外围土压力的不均衡、隧道线形变化、复合地层软硬不均等方面的影响，盾构的实际推进轴线无法与理论轴线保持一致，本文结合广州地铁广佛线某区间隧道施工，研究土压平衡盾构在变化地层中的姿态控制。
广佛线某盾构区间隧道主要穿越地层为淤泥质土、粉质粘土、〈6〉全风化泥质粉砂岩、〈7〉强风化泥质粉砂岩、〈8〉中风化粉砂岩、〈9〉微风化粉砂岩，岩石单轴抗压强度最高达到61.9MPa，曲线最小半径为350m，最大纵坡为29‰，采用土压平衡盾构施工，由于地层不均、小半径掘进、坡度变化等影响，增加了盾构姿态控制的难度。
盾构区间部分地质断面图2 盾构姿态及偏差盾构姿态是施工过程中，根据测量而得的盾构机相对于设计轴线的状态，盾构姿态偏差主要分为方向偏差与滚动偏差。
方向偏差是盾构在水平、垂直方向上偏离设计轴线的情况，滚动偏差反映盾构自身的旋转情况，盾构姿态的好坏直接影响已成型隧道偏离设计轴线的程度及隧道的施工质量。
（1）方向偏差：方向偏差包含水平偏差与垂直偏差。
盾构不同部位推进千斤顶参数的偏差易引起掘进方向的偏差，盾构表面与地层间的摩擦阻力不均衡,掌子面土压力以及切口环切削欠挖地层所引起的阻力不均衡,也会引起一定的偏差，掌子面地层分界面起伏较大、软硬不均,都易引起方向偏差，即使掌子面地质的物理性质均衡,受盾构刀盘自重的影响也会有低头的趋势。
（2）滚动偏差：盾构掘进的推力是由管片提供的,刀盘切削地层的扭矩主要由盾构壳体与洞壁之间形成的摩擦力矩来平衡。
盾构-12-盾构姿态测量
编号：盾构-12
序号
工序名称
作业控制要点
1
测量准备
1、确定盾构姿态需要的参数，盾首三维坐标、盾构轴线平面偏角、倾角、旋角。
2、通过给定资料计算管片中心坐标，并建立隧道线形。
3、安装自动测量系统，通过不同手段进行复测，确保盾构零位姿态正确。
2
布点
1、盾构机上安装３个不在一个平面的三棱镜，以便来自过对该棱镜测量反算盾构中心坐标。
角的偏转（全站仪发出的激光束方位角已知）；利用盾构机上安装的测斜仪自动测量盾构机的倾角和旋角。
2、利用全站仪直接测量盾构机上安装的3个不在一个平面上的测量参考点，获得其地面三维坐标（X、Y、Z），通过坐标方程解算（3个以上点可以利用平差方法）就可以直接得到盾构机盾头、盾尾的三维坐标，利用盾头－盾尾矢量确定姿态参数。
2、在管片上设置吊篮以便设置测站和后视，吊篮安装要稳定，且距离不宜距离盾构机过近，以减小施工扰动。
3
测量方法
1、盾构机三维坐标用全站仪测定，仪器在已知三维坐标的测站上首先后视地下控制点，然后测量前方盾构机上的参考点，即可确定盾构机的三维坐标；在该参考点上配激光标靶，该标靶能够根据激光测量仪器射出的激光束，利用折射角和反射角来确定盾构机的平面方位
盾构机管片选型和安装
盾构管片选型和安装林建平在盾构法施工中，管片的选型和安装好坏直接影响着隧道的质量和使用寿命。
本文根据广州地铁三号线客～大区间的实际施工情况，就盾构管片选型和安装技术做总结分析。
一、工程概况客～大盾构区间分为两条平行的分离式单线圆形盾构隧道，总长度为3016.933米，管片生产与安装2011环。
管片外径6000mm，内径5400mm，宽度1500mm，防渗等级S10，砼C50。
依据配筋将管片分为A、B、C三类，C类配筋最高、B类配筋最低；管片的楔形量38mm，分左转、右转、标准三类。
二、管片的特征1、管片的拼装点位本区间的管片拼装分10个点位，和钟表的点位相近，分别是1、2、3、4、5、7、8、9、10、11。
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。
拼环时点位尽量要求ABA（1点、11点）形式。
在广州盾构隧道管片要求错缝拼装，相邻两环管片不能通缝。
管片拼装点位有很强的规律，管片的点位可划分为两类，一类为1点、3点、5点、8点、10点；二类为11点、2点、4点、7点、9点。
同一类管片不能相连，例如1点后不能跟3、5、8、10这四个点位，只能跟11、2、4、7、9五个点位。
在成型隧道里两联络通道之间的奇数管片是同一类，偶数管片是同一类。
（竖列表示拼装好的管片，横向：√-表示可选后续的管片；×-表示不可选后续的管片）2、隧道管片排序鉴于管片拼装的规律性，所以盾构施工前必须对隧道管片做好排序，并根据设计，模拟出联络通道和泵房位置，管片拼到联络通道处时，点位要正好和设计点位符合，否则联络通道位置会被改变。
在本工程中，是从左线始发，第325、326环处是联络通道，此处拼装点位是11点，将标准块A3块拼到洞门位置。
盾构始发时的负环是6环，1环零环。
从负环到325环共332环，第325环是11点，相当于第332环是11点，那么负环第一环点位应该是1点，或3点、5点、8点、10点。
管片排序时，要优化洞门的长度，在广州洞门长度要求在400mm以上，一环管片的长度是1500mm，在条件允许的条件下，通过调整始发负环的位置，把每节隧道两端的洞门长度之和控制在1500mm以内，当隧道长度除以管片长度的余数大于两倍最小洞门宽度800mm（各地洞门的最小宽度要求不同）时，就取余数的一半为洞门长度。
城市地铁隧道盾构管片选型及姿态控制技术
城市地铁隧道盾构管片选型及姿态控制技术发布时间：2021-01-27T13:55:54.193Z 来源：《建筑实践》2020年第30期作者：杨虎[导读] 现以建设项目资料为研究背景，希望给相关工程技术人员提供一些参考。
杨虎中交二公局第三工程有限公司陕西西安 710016摘要：结合广东省深圳市城市轨道交通八号线一期工程梧桐山南站-沙头角盾构TBM（双护盾岩石硬岩隧道掘进机ZTT6470,简称TBM）区间实际情况，解析盾构管片选型依据和判断方法，拼装前后楔形量的变化计算，盾尾间隙对管片拼装的影响，分析VMT测量导向系统，施工注意事项。
现以建设项目资料为研究背景，希望给相关工程技术人员提供一些参考。
关键词：双护盾岩石硬岩隧道掘进机TBM；盾构管片；选型；控制技术；VMT测量导向;豆砾石现代城市的快速发展的生活离不开城市交通建设，发展的节奏离不开城市轨道交通。
它为市民出行带来更好的服务，为城市商业化提供了更多的、更全面的优势。
城市地铁隧道工程，可以节约大量的土地资源和缓解城区交通拥堵。
由于城市地表周边环境复杂，在全国范围内使用比较成熟的有盾构法或TBM工法。
减小了对地面建筑物或构筑物的扰动，对地表构筑物沉降控制标准高。
TBM掘进时管片的拼装质量要求越来越高、对管片选型技术要求高。
TBM管片拼装施工工序复杂，对不同地层之间应该采用完全不同的施工方法，伴随着我国地铁盾构隧道施工要求的逐渐提高，并且要求零误差，所以在工作时间中应该积极的总结实践经验，及时的进行工程指导，全面提升工程的质量以及技术精度。
本文对此分析探讨盾构管片选型技术。
结合深圳地铁8132标的实际情况谈一谈笔者的体会。
1.工程概况及地质情况梧桐山南站-沙头角TBM本区间采用矿山法初支+TBM空推及TBM法施工，区间穿越地层主要为全～微风化泥灰岩，隧道围岩综合分级为Ⅲ～Ⅴ级。
其中矿山法初支+TBM空推法段，右线里程740.7m；左线里程746.7m。
盾构机姿态控制与纠偏
土压平衡盾构机姿态控制与纠偏目录一、姿态控制31 、姿态控制基本原则32、盾构方向控制33、影响盾构机姿态及隧道轴线的主要因素6二、姿态控制技术101 、滚动控制102 、盾构上下倾斜与水平倾斜11三、具体情况下的姿态控制121 、直线段的姿态控制122 、圆曲线段的姿态控制133 、竖曲线上的姿态控制144 、均一地质情况下的姿态控制155 、上下软硬不均的地质且存在园曲线段的线路156 、左右软硬不均且存在园曲线段的线路157 、始发段掘进调向168 、掘进100m 至贯通前50m 的调向169 、贯通前50米的调向1710 、盾构机的纠偏1711 、纠偏的方法18四、异常情况下的纠偏191 、绞接力增大,行程增大192、油缸行程差过大203、特殊质中推力增加仍无法调向204 、蛇形纠偏225 、管片上浮与旋转对方向的影响22五、大方位偏移情况下的纠偏23一、姿态控制1 、姿态控制基本原则盾构机的姿态控制简言之就是，通过调整推进油缸的几个分组区的推进油压的差值，并结合绞接油缸的调整，使盾构机形成向着轴线方向的趋势,使盾构机三个关键节，是(切口、绞接、盾尾)尽量保持在轴线附近。
以隧道轴线为目标，根据自动测量系统显示的轴线偏差和偏差趋势把偏差控制在设计范围内，同时在掘进过程中进行盾构姿态调整，确保管片不破损及错台量较小。
通常的说就是保头护尾。
测量系统主要的几个参数：盾首(刀盘切口）偏差：刀盘中心与设计轴线间的垂足距离。
盾尾偏差：盾尾中心与设计轴线间的垂足距离。
趋势:指按照当前盾构偏差掘进，每掘进1m产生的偏差，单位mm/m 。
滚动角：指盾构绕其轴线发生的转动角度。
仰俯角:盾构轴线与水平面间的夫角.2、盾构方向控制通过调节分组油缸的推进力与油缸行程从而实现盾构的水平调向和垂直调向。
不同的盾构油缸分组不同,分组的数量越多越利于调向。
所有的油缸均自由的方式对调向最为有利。
方向控制要点：（ 1 ）控制要点：以盾尾位置为控制点1例如在盾构通过富水岩层中,管片己上浮和旋转,因此需要提前对盾构头部姿态作出调整，一般情况下会通过人工测量反馈一定的上浮量,将垂直姿态适当的下调一定的比例，如上浮100mm 时，需将整体姿态向下50mm 。
盾构施工测量技术要求
盾构施工测量技术要求为了进一步加强盾构施工测量的管理，更好的在掘进过程中监控盾构姿态，确保盾构掘进方向正确，并且使各相关单位、部门及时掌握盾构掘进姿态情况，现对盾构施工测量要求如下：一、控制测量1、地面控制测量与联系测量应同步进行，在隧道贯通前，测量次数不能少于四次。
宜在盾构始发前、隧道掘进至100m、300m以及距贯通面100~200m时分别进行一次。
当地下起始边方位角较差小于12″时，可取各次测量成果的平均值作为后续测量的起算数据指导隧道贯通。
2、地下平面控制点布设应采用强制对中装置，隧道内控制点间平均边长宜为150m，曲线隧道控制点间距不应小于60m。
地下控制点应避开强光源、热源、淋水等地方，控制点间视线距隧道壁应大于0.5m。
每次向前延伸地下控制导线前，应从地下起始边开始进行延伸测量。
3、地下控制点布设完毕，在隧道贯通前应至少测量三次，地下控制导线的起始边应取第1条规定的平均值。
重合点重复测量坐标值的较差应小于30×d/D（mm），其中d为控制导线长度，D为贯通距离，单位为米。
满足要求时，应取逐次平均值作为控制点的最终成果指导隧道贯通。
4、地下控制点延伸测设，施工单位每次向前延伸新的控制点时，新控制点的测量成果必须经过监理单位检验复核，第三方复测审批。
施工导线延伸布设新点时，测量成果需报送监理检验。
5、对于控制测量、联系测量必须遵循“施工单位先测，监理单位检验复核，第三方复测审批”的原则，施工单位的测量成果必须经过监理单位、第三方审批合格后，方能用于指导施工。
二、盾构姿态及管片姿态测量1、盾构机姿态测量的内容包括平面偏差、高程偏差、俯仰角、方位角、滚转角及切口里程；管片姿态测量内容至少包括平面偏差、高程偏差。
2、盾构机姿态测量标志不少于3个，且标志点间距离应尽量大。
3、对于配备导向系统的盾构机，在始发前，必须利用人工测量的方法测定盾构机的初始姿态，成果应与导向系统测得的成果一致；在始发10环内，每一环都应对盾构机姿态进行人工测量；在盾构机正常掘进过程中，盾构人工姿态测量应在导向系统换站后进行；在到达接收井前50环内应增加人工测量频率。