盾构隧道管片拼装施工选型与排版总结

盾构隧道管片拼装施工选型与排版总结
区间盾构结构为预制钢筋混凝土环形管片，外径6200mm，内径5500mm，厚度350mm，宽度1200mm。

在盾构施工开工前，应对管片进行预排版，确定管片类型数量.
1）隧道衬砌环类型
为满足盾构隧道在曲线上偏转及蛇形纠偏的需要，应设计楔形衬砌环，目前国际上通畅采用的衬砌环类型有三种：①直线衬砌环与楔形衬砌环的组合；②通用型管片；③左、右楔形衬砌环之间相互组合。

国内一般采用第③种，项目隧道采用该衬砌环。

直线衬砌环与楔形衬砌环组合排版优缺点：优点—简化施工控制，减少管片选型工作量；缺点—需要做好管片生产计划，增加钢模数量。

盾构推进时，依据预排版及当前施工误差，确定下一环衬砌类型。

由于采用衬砌环类型不完全确定性，所以给管片供应带来一定难度。

2）管片预排版
1、转弯环设计
区间转弯靠楔形环完成，分三种：标准换、右转弯环、左转弯环。

即管片环向宽度六块不是同一量，曲线外侧宽，内侧窄。

管片楔形量确定主要因素有三个：①线路的曲线半径；②管片宽度；③标准环数与楔形环数之比u值。

还有一个可供参考的因素：楔形量管模的使用地域。

楔形量理论公式如下：
△=D（m+n）B/nR ①
（D-管片外径，m:n-标准环与楔形环比值，B-环宽，R-拟合圆曲线半径）
本次南门路到团结桥楔形环设计为双面楔形，楔形量对称设置于楔形环的两侧环面。

按最小水平曲线半径R=300m计算，楔形量△=37.2mm，楔形角β=0.334°。

值得注意的是转弯环设计时，环宽最大和最小处是固定的，左转弯以K块在1点位设计，右转弯以K块在11点位设计，即在使用转弯环时，要考虑错缝拼装和管片位置要求。

2、圆曲线预排版
设需拟合圆曲线半径为450m（南门路到团结桥区间曲线半径值），拟合轴线弧长270m，需用总楔形量计算如下：
β=L/R=0.6 ②
△总=（R+D/2）β-（R-D/2）β=3720mm ③
由△总计算出需用楔形环数量：
n1=△总/△=100 ④
标准环数量为：
n2=（L-n1*B）/B=125 ⑤
标准环和楔形环的比值为：
u=n2：n1=5:4 ⑥
即在R=450圆曲线上，标准环和楔形环比例为5:4，根据曲线弧长计算管片数量，确定出各类型管片具体数量，出现小数点时标准环数量减1，转弯环加1。

3）管片实际拼装位置排版
管片拼装采用错缝拼装。

1、管片点位整体排版
由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。

比如某区间，第325、326环是联络通道，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
2、根据盾构姿态选用管片
盾构机是依靠推力油缸顶推在管片上产生的反力向前掘进的，推力油缸按上、下、左、右四个方向分成四组，每一个掘进循环这四组油缸的行程的差值反应了盾构机与管片的平面位置之间的空间关系，可以看出下一个掘进循环盾尾间隙的变化趋势。

当管片平面不垂直于盾构机轴线时，各组推进油缸的行程就会有差异，当这个差值过大时，推进油缸的推力就会在管片环的径向产生较大的分力，从而影响已拼装好的隧道管片以及掘进姿态。

通常我们以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应该拼装转弯环，在两个相反的方向上的行程差值超过4mm时，就应该拼装转弯环来进行纠编。

通过转弯环的调整左右与上下的油缸行程差值就控制在3mm以内，有利于盾构掘进及保护管片不受破坏。

管片是在盾尾内拼装，所以不可避免的受到盾构机姿态的约束。

管片要尽量垂直于盾构机轴线，让盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上，这样使管片受力均匀，掘进时不会产生管片破损。

同时也要兼顾管片与盾尾之间的间隙，避免盾构机与管片发生碰撞而破损管片。

当因地质不均、推力不均等原因，使盾构机偏离线路设计轴线时，管片的选型要适应盾构机的姿态。

根据盾构机姿态选管片的计算方法如下：
假定推进油缸行程：上：1850 mm 下：1830 mm
左：1820 mm 右：1840 mm
铰接油缸行程上：80 mm 下：70 mm
左：62 mm 右：75 mm
盾尾间隙：上：65 mm 下：80 mm 左：60 mm 右：90 mm
因推进油缸、铰接油缸安装在中盾上，反力支座在同一部位，所以推进油缸的行程差减去铰接油缸的行程差是管片要校正的偏移量。

上下（上减下）：（1850-1830）-（80-70）=+10mm
右左（右减左）：（1840-1820）-（75-62）=+7mm
盾构机油缸的行程差大于5mm时，需要选楔型环，下一环所选楔型环管片的最大楔形量应处于右上方，管片走向应左向下，即要选左转环10点或右转环4点。

如果盾尾和管片都处于真圆状态，上下盾尾间隙之和、及左右盾尾间隙之和分别等于150mm。

所选管走向应使盾尾间隙趋于均等。

盾尾间隙差：上下（上减下）： 65-80=-25mm
右左（右减左）： 90-60=+30mm
通过盾尾间隙判断，下一环管片走向应该是右下方，即选右转环11点或10点。

但行程差判断下一环管片走向应是左下方。

综合考虑油缸行程差和盾尾间隙，管片应拼向下，或向右下方，那么只能从右转11点和10点两个里面选一个不通缝的点位。

在进行管片选型的时候，只有盾尾间隙接近警戒值（60mm）时，才根据盾尾间隙选择管片。

3、VMT系统选管片
根据VMT系统程序中对各种相关因素的预先设定，程序会给所有后续管片进行评估，其中不利因素最少的一环会被选中。

程序会沿已经计算好的纠偏曲线进行下一次模拟计算，预测第二环管片选型，即程序把预测的上一管环作为参考管环，进行下一管环顺序的计算。

以下为VMT系统程序管片选择步骤：
在一环掘进当中，主千顶的行程达到1700mm左右时，手动测量上一环管环的盾尾间隙。

当掘进结束，推进油缸未收缩前，按相应格式把测的盾尾间隙输入程序，VMT系统就开始计算管片拼装点位。

当计算结果出来后，接着操作人员应当检查上一环管片选型是否正确。

如果其前面的操作无误，则此类管片应当是正确的。

VMT系统会计算的结果显示在屏幕的中央。

如果对建议的管环满意，则可选择按键“Build”，进行管片拼装。

如果对建议的管环类型不满意，或现有管片的类型限制，则可对其进行更换。

首先选择屏幕中央要被替换的管环，接着从右栏中选定
希望用的管片类型。

利用屏幕上的箭头执行替换操作。

如果一个管环是通过这种方式手动改变的，则管环类型型号码的两边就会有标识。

此时就会对纠偏曲线进行重新计算。

如果管片类型选择错误，后续管片就呈现红色警告。

管片选型、拼装是盾构施工关键环节，根据预排版确定曲线上转弯环数量，给施工指导，考虑到标准+楔形环使用时的不确定性，现场一定要备有左、右转弯环，保证盾构连续推进。