盾构机管片选型讨文
管片选型技术
根据盾尾间隙进行管片选型
如果盾尾间隙过小，盾壳上的力直接作用在管 片上，则盾构机在掘进过程中盾尾将会与管片 发生摩擦、碰撞。轻则增加盾构机向前掘进的 阻力，降低掘进速度，重则造成管片错台（通 过调整盾构间隙，可以大大减少管片错台量）， 盾构一边间隙过小，另一边相应变大，这时盾 尾尾刷密封效果降低，在注浆压力作用下，水 泥浆很容易渗漏出来，破环盾尾的密封效果。
但实际拼装过程中不存在12点与6点拼装点位，而 且一般情况下，本着有利于隧道防水的要求，都只 使用上部6个点位。
管片选型要适应盾构机姿态
所谓“盾构姿态”是指盾构机的空间方位和 走向、管片是在盾尾内拼装，所以不可避免 地受到盾构机姿态的限制。 实际施工中盾构姿态失控的主要有两种表现： 一是使盾构主机偏离DTA， 二是使盾尾间隙局部变小。
衬砌管片
管片按其材料可分为钢筋混凝土管片和金属 管片，其中钢筋混凝土管片应用的更广泛。 管片按其形状可分为标准环和转弯环两种。 标准环和转弯环可以按照不同的组合形式拟 合出不同半径的曲线隧道。
隧道设计轴线（DTA）
在理想的情况下，主机是严格按照DTA向前 掘进的，主机的前后产考点应该都位于DTA 上。如果DTA为一段直线，每掘进一环推进 油缸向前推进相同的距离，如果DTA为曲线， 掘进时位于曲线外侧的油缸就会比内侧油缸 距离长一些，在曲线内外两侧的推进油缸上 产生行程差，否则管片的走向就会和主机的 走向偏离。
管片的标准环和转弯环
标准环与转弯环的不同之处在于从拼装好的一整环 管片的顶部看，标准环在平面上的投影为一矩形， 而转弯环在平面上的投影为对称的梯形，梯形长边 比短边长38mm。在管片拼装时，如果正在安装的 一环为转弯环，且转弯环中的楔型块的位置处于隧 道的正上方，这时隧道腰部两侧将会产生衬砌长度 的不同，这种长度的不同称为超前，它的数值称为 超前量。如上介绍的管片，每拼装一环将会在隧道 腰部两侧产生38mm的超前量。
论地铁盾构管片选型
论地铁盾构管片选型世界经济的迅猛发展加速了城市化建设，城市人口和建筑密度的不断增加，加快了城市水电管网及轨道交通的建设。
在城市隧道施工中，由于地面及周边环境复杂，基本上都采用现在已经比较成熟的盾构法施工。
由于城市（重要）建构筑物、桥梁等较多，为节省投资资金，避免风险，保护建构筑物等，盾构隧道的曲线越来越多，半径越来越小，多管片的拼装质量要求越来越高，对管片选型技术要求也越高。
本文结合几个案例分析探讨盾构管片选型技术。
一、管片的结构与拼装形式过去，广州市盾构每环管片由六块管片组成（L1、L2、L3、B、C、K），分为标准环、左转弯、右转弯环，拼装时主要靠调节K块的位置来确定管片的转向，重而与设定的轴线进行耦合。
首先，介绍管片的点位的由来。
考虑管片的受力情况，一般采用错缝拼装的形式进行，由于管片的横向螺栓有十套，因此，管片通常的点位就按10个点位来区分。
如下图所示：图一图二管片的具体形式决定每块管片的角度，任意相邻两点所对应的夹角为36°（图一所示）。
但是，1点和11点中间夹着12点，那么，1点和12点的夹角就是18°，11点和12点的夹角也是18°，同理可证5点和7点的角度是18°。
其次，偏移量的计算公式。
从图二中可得转弯环的管片最大楔形量为38（mm），管片的外径是6000（mm）。
根据Tanа=38/6000=0°21′46.33″ ∵а=в可得到：∴偏移量=Tanв×1500=9.5（mm）通过计算结果得出转弯环的最大偏移量是9.5（mm）。
再次回到正面点位图，可以看出只有12点、3点、6点、9点的时候是最大偏移量的位置，而管片的点位中没有12点和6点，即得3点和9点位置是管片偏移量最大的位置（9.5mm）。
举个例子，左转弯环的管片拼在1点位时，管片的偏移量是如何计算的。
其实1点位的时候，正好是偏离12点位18°，假如左转弯是拼装在12点，根据左手定则（食指和拇指撑开呈90°）可知，食指做指向的方向是代表点位，拇指的方向是最大楔形量的位置（右转弯则用右手定则）。
地铁盾构管片选型技术初探
地铁盾构管片选型技术初探【摘要】针对目前国内盾构施工中盾尾刷损坏造成盾尾漏水影响施工安全的事故,探讨了地铁盾构管片选型应考虑的因素,详细介绍了管片选型方法,指出管片选型时应熟悉管片结构,线路情况及盾构机性能。
【关键词】盾构法,隧道,管片,选型方法目前在中国地铁盾构法施工中存在管片破裂、错台、隧道渗水等诸多问题,盾构施工中盾尾刷损坏造成盾尾漏水影响施工安全的事故频繁,施工过程中如何正确的进行管片选型是影响上述原因的重要因素,本文就管片选型技术进行论述。
1、管片选型考虑的因素1.1管片类型西安市轨道交通二号线盾构4标管片分为三种类型:标准环、左转弯环和右转弯环。
1.2盾尾间隙盾构施工中管片的拼装是在盾尾壳体的保护下在盾体内部进行的,每环管片拼装完成后被推出盾尾(实际上是主机在已拼装好的管片提供的反力作用下向前推进),这要求盾壳和管片外径之间有一定的空隙,这个空隙称为“盾尾间隙”。
本工程盾构机盾尾为一直径6 230 mm、厚度45 mm的钢筒,管片的外径为6 000 mm。
如果管片的中心轴和盾体的中心轴完全重合时,则四周的盾尾间隙值均为(6 150-45×2-6 000) /2=30 mm。
当管片的中心轴和盾体的中心轴不重合时,也就是说当它们的姿态不一致时,盾尾间隙就会发生变化。
1.3推进油缸行程差盾构4标使用的日本小松盾构机有20组推进油缸,掘进过程中通过调整推进油缸的压力,使盾构机沿设计线路掘进。
由于隧道线路的曲线变化以及地质条件的变化,各组推进油缸的压力各不相同,使得各推进油缸的行程也不相同,存在一定的差值。
1.4管片拼装点位我们从管片设计图上能够知道管片的纵向螺栓孔有10个,而且它们沿管片的圆周方向是均匀分布的,任何相邻的两个环向螺栓孔与管片中心所成角度都为36°,也就是说管片沿环向有10个安装位置,每个位置称为管片的一个拼装点位。
管片拼装点位示意图如图1所示。
1.5错缝拼装为了使管片更好的起到防水作用,管片拼装方式采用错缝拼装,即相邻的两环管片不能有相连的纵缝。
盾构管片选型和安装
盾构管片选型和安装在盾构法施工中，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。
选管片的规律如下图1：图1（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。
盾构管片选型与管片安装技术(修改)
盾尾间隙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，海瑞克盾构机
盾尾间隙理论最佳值为75mm。
海瑞克盾构机在盾尾上有一处加强环，高度超过盾尾40mm，
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。
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
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海瑞克盾构机的管片选型
线路轴线是已知的，确保管片走向符合线路走向，即使得管片轴线 与线路轴线。
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） 2、油缸行程差。
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如何由盾构机自动测量系统数 据计算出盾构机的轴线：
海瑞克盾构机设定有两个虚拟参考 点：前点、后点。前点在盾构机切 口环处、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 过测量计算出盾构前点和后点水平 和垂直的偏差。通过偏差我们可以 计算出盾构机轴线的方向。即为盾 构机姿态。
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所以，我们选择右转2点位或 左转8点位的管片，能最好的调 节管片轴向。 原管环轴线与新管环轴线 水平夹角=ΔL/6=3.72mm/m 原管环轴线与新管环轴线 垂直夹角=ΔL/6=5.12mm/m 拼装管片后： 新管环轴线与设计线路轴线 水平夹角=-1.75+3.72=1.97 新管环轴线与设计线路轴线 垂直夹角=11.25-5.12=6.13
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当拼装左转1点管片后，原 管环轴线与新管环轴线水平夹 角=ΔL/6=-6.02mm/m
当拼装左转1点管片后，原 管环轴线与新管环轴线垂直夹 角=ΔL/6=1.96mm/m
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盾构机纠偏及管片选型
盾构机纠偏及管片选型盾构机的姿态控制包括机体滚转控制和前进方向控制。
其控制操作原则有两条：（1）滚角应控制在+-10mm/m以内。
盾构机滚角值太大，盾构机不能保持正确的姿态，影响管片拼装的质量。
（2）如果盾构机水平向右偏，则需要提高右侧千斤顶分区的推力，反之亦然。
一、盾构机姿态控制的一般细则在一般情况下，盾构机的方向偏差应控制在+—20mm以内，在缓和曲线段及圆曲线段，盾构机的方向偏差控制在+—30mm以内，曲线半径越小，控制难度越大。
这将收到设备、地质条件和施工操作等方面原因的影响。
当盾构机遇到上硬下软土层时，为防止盾构机机头下垂，要保持上仰状态；反之则保持下俯。
掘进时要注意上下或者左右千斤顶行程差不能太大，一般控制在+—20mm以内，特殊情况下不能超过60mm。
当开挖面内的地层左右软硬相差很大而且又处在曲线段时，盾构机的方向控制将比较困难。
必要时，可将水平偏角放宽到+—10mm/m，以加大盾构机的调向力度。
当以上操作仍无法将盾构机的姿态调整到合理位置时，将考虑在硬岩区使用仿形刀进行超挖。
在曲线掘进时，管片易往曲线外侧发生偏移，因此，一般情况下让盾构机向曲线内侧偏移一定量。
在进入缓和曲线之前，若右转弯则掘进至20mm，左转弯则掘进至—20mm，以保证隧道成型后与设计轴线基本一致。
在盾构机姿态控制中，推进油缸的行程控制是重点。
对于1.5m宽的管片，原则上推进油缸的行程控制在1700~1800之间，行程差控制在0~50mm之间。
行程过大，则盾尾刷容易露出，管片脱离盾尾较多，变形较大，易导致管片姿态变差；行程差过大，易使盾体与盾尾之间的夹角增大，铰接油缸行程差加大，盾构机推力增大，同时造成管片的选型困难。
二、盾构机的纠偏措施盾构机在掘进时总会偏离设计轴线，按规定必须进行纠偏。
纠偏必须有计划、有步骤地进行，切忌一出现偏差就猛纠猛调。
盾构机的纠偏措施如下：（1）盾构机在每环推进的过程中，应尽量将盾构机姿态变化控制在+—5mm以内。
盾构施工管片质量控制与选型技术要点
盾构施工中常见的质量问题主要围绕管片的外观质量和线性控制，管片质量问 题主要分为错台、破碎、渗漏水三类，线性控制的问题主要表现在成型隧道的轴线 与设计轴线偏差超限。
管片质量问题虽然表现为三类，但产生问题的原因往往是相同的，甚至这些问 题不是单一出现，产生这些问题最主要的原因就是管片选型不当、盾构间隙不足和 管片拼装控制不严；成型隧道超限的问题更多出现在施工程序管控不严，技术管理 不严谨。
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点位
1点 2点 3点 4点 5点 7点 8点 9点 10点 11点
左转环
楔形量：mm
水平
垂直
-36.14 11.74
-22.34 30.74
0
38
22.34 30.74
36.14 11.74
36.14 -11.74
22.34 -30.74
0
-38
-22.34 -30.74
-36.14
-11.74
（a）标准块 （b）邻接块
（c）封顶块
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成都地铁管片基本参数为外径6m，厚度0.3m，幅宽1.5m或1.2m，转弯环楔
形为等腰梯形，楔形量为38mm，封顶块（K块）与最小或最大楔形量位置为90°
关系，以右转管片为例，K块在12点是，最小楔形量在3点，最大楔形量在9点。
右转（ 点）
管片转弯示意图
右转管片楔形量示意图
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楔形量计算： 圆曲线上某段（截取圆环的其中一段），其圆心角为： α=（L/2πR)*360=180L/ πR 具体到单环的楔形量，也就是在圆环上取一环管片的宽度，圆心角α是等于单 环管片的偏转角θ
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楔形量计算： 在管片直径6000mm，管片楔形量38mm的规格下，θ=0.363，将已知条件带入 可得：在300m半径时，L=1.9m，即每隔1.9m要用一环转弯环
盾构管片选型讲解
竖曲线上盾构环的排版
考虑到竖曲线用圆曲线拟合时，一般其半径都比较大，因此 在有竖曲线或平、竖曲线交叉段管片排版时，就不考虑竖曲线的 影响，只考虑平曲线的影响，至于因竖曲线而导致的累计误差， 则用石棉橡胶板等作嵌缝材料来调整和纠偏
管片拼装控制重点方法：
1、管片的运输保护，包括管片由管片厂到达施工场地运输，场地内倒运，管 片下井，管片运送至盾构机内、盾构机内轨道梁将管片吊装至喂片机上的所 有过程。 2、管片清理。包括吊装孔清理、管片表面清理、止水条清理。 3、盾构机盾尾内清理。 4、每环管片的第一片与上一环管片的对位必须准确。 5、当管片拼装第5片的过程中，测量剩余空间的大小，确保K块拼装空间。 否则极易导致K块得错台和破损。 6、按要求对螺栓进行三次复紧，可减少管片因拼装间隙较大时造成的管片面 之间的相对移位而造成的错台和渗水。
举例： VMT系统显示盾构机姿态： 前点： 水平偏差 25 垂直偏差 -21 后点： 水平偏差 11 垂直偏差 -39
油缸行程： P1行程传感器：1788mm P2行程传感器：1767mm P3行程传感器：1760mm P4行程传感器：1739mm
盾构机轴向： 水平趋向：α1=（25-11）/4=3.5 垂直趋向：Ө1=（-21+39）/4=4.25
管片长度 管片厚度 管片外径 转弯环楔形量
1200mm 300mm 6200mm 37mm
管片内径 盾尾内径 转弯环截面 盾尾间隙
5500mm 6290mm 等腰梯形 45mm
上式表明，在800m的圆曲线上，每隔4.912m要用一环转弯环 ，管片宽度按1.2m计算，即在800m的圆曲线上，标准环与转弯 环的拼装关系为3环标准环+1环转弯环。
管片轴向与盾构轴向偏差： 水平夹角：α=(P2-P1)/4=(1767-1788)/4=垂直夹角：Ө=（P1-P3)/4=(1788-1760)/4=7
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隧道盾构法施工中的管片选型
摘要：笔者根据从事盾构隧道施工的经验和心得体会，介绍了盾构施工中影响衬砌管片选型的主要因素及管片选型基本原则，并结合实例，简单的讨论关于管片选型的技术和技巧，以供参考。
关键词：管片管片选型隧道线路盾尾姿态掘进工程地质
1 概述
盾构法施工作为现代隧道施工比较先进的科学的方法，具有对围岩扰动小、施工速度快、作业安全、隧道建成后投入运行早等优点。
盾构法隧道施工中采用预制拼装块（管片）做为永久支护，或永久支护的一部分。
管片一般分为左、右转弯环和标准环。
可以由专门从事砼制品的具有较高水平的厂家提前制作，从而缩小施工用地、加快施工速度，特别对于城市中昂贵的地价、工期相对较短具有重大的意义。
2 影响管片选型的主要因素
2.1隧道设计线路
隧道设计线路各要素的特征原则上决定了管片拼装成环后横断面的走向，也在总量上限制了管片在一个施工合同中的综合类型分布。
2.1.1曲线地段
曲线地段线路的曲线要素、纵向坡度的大小、不同衬砌环和组合特征（楔形量、锥度、偏移量等）决定了要安装的管片类型。
线路所要求提供的圆心角：
α＝180L／πR
式中：L—一段线路中心线的长度；
R—线路曲线半径。
K块（封顶块）不同位置时管片锥度的计算：
β＝2arctg(δ×cosθ／2D)
式中: β—管片成环后的锥度。
标准环为0。
δ—转弯环楔形量，即转弯环管片12：00时水平方向内外宽度差。
D—管片外径。
θ—K块所在位置对应的角度。
如广州地铁二号线越三区间隧道盾构工程中左转弯曲线：R=399.863m, δ=50mm,D=6000mm,通过计算L12+T+L1+T为最佳组合。
（备注：L12为左转弯12：00，T 为标准环，装L1是考虑了线路为下坡。
）
3.2管片适应盾尾间隙
进行下一环管片选型的当务之急就是不能使盾尾间隙≤a ，否则，在掘进时盾尾就有可能破坏管片结构，且对盾构的向前推进造成很大的磨擦阻力。
盾尾和盾构机中体连接的铰接油缸的不均匀伸缩，是造成盾尾间隙不均匀的直接原因。
施工过程中一定要时刻观注着铰接油缸行程差，过大时要在限界范围内指导主司机向有利的方向偏移，使盾尾顺应管片，有必要时可以人工手动控制，接回油缸。
管片成圆度不好也会导致盾尾间隙不均匀。
这就要在管片选型时，尽可能平缓地过度到最佳状态，安装管片时按规程及时的上好连接螺栓，为下一环管片的选型和安装创造条件。
3.3结合盾构机姿态
管片选型时，特别是综合考虑下几环管片选型时一定要结合盾构机姿态。
在盾构施工过程中，我们注意到管片在某种程度上也影响盾构机掘进的易难。
如果盾构机在左右或上下油缸行程差很大，使盾构机趋势过大甚至偏离中心，且使推进油缸的撑鞋不能和管片面接触而形成线接触，要完美地控制盾构沿隧道中线掘进是不容易的，而且使推力在管片上分解出一个接近于径向的分力，此分力可以通过管片及连接螺栓传递到前一环甚至后几环，如果这个分力超过了管片砼的抗剪极限，管片就要破损。
在实际的施工中，这种情况发生的很多。
盾构机推进过程中油缸行程差过大，也是造成小半径曲线隧道和隧道超挖过大的一个重要原因，使隧道背衬注浆在管片四周厚度不均，防水困难等。
所以在管片选型时要尽可能地缩小油缸行程差，并且考虑每掘进完一环线路所形成的油缸行程差，做到预言下几环的管片类型。
3.4结合特殊管片的要求进行管片选型
在地铁线路中，一般两站间区间隧道长度大于1KM时，上下行隧道间设有联络通道，以使区间隧道在列车发生火灾等意外事故时，乘客能就地下车，并通过通道安全疏散至另一条平行隧道内。
在联络通道和隧道连接处往往是一些特殊要求的管片。
另外有些人防设施处也需安装特殊管片。
所以，在进行特殊管片附近管片选型时一定要结合特殊管片的特殊要求，进行合理的选型。
3.5与盾构机操作司机协调
在盾构施工中要使主司机明白现在和将来的线路走向和工程地质情况，以及下一环要安装的管片所能够提供的偏移量和它能抵消的油缸行程差等，以便主司机掘进有一个明确的目标，从而按理论的管片组合来掘进。
当盾构机掘进方向偏离中线较大时，管片选型者要和主司机共同研究在多少环中纠正过来，做到主司机和管片选型者想法一致目标统一。
4管片选型实例
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