论文地铁隧道常用管片特点与选型计算

1、地铁隧道常用管片特点与选型计算内容提要：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，營片选型的好坏直接影响到地铁随道的精度和质星，甚至达到隧道靈新修改设计线路 的严愛后果。从现在最常用管片的特点开始看手，舊靈讲述现今应用普遍的等腰梯形转弯环營片的 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 偏离值与质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i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；转穹环；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

2、开始使用盾构来掘进区间隧道，用预制钢 筋混凝上管片作为永久衬砌。成型皆片的质量宜接关系到隧道的质量，而隧逍的成型质量直接受 到管片选型好坏的影响。这就需要在盾构施工中掌握皆片技术参数及笛片楔形量il算知识，达到能 够灵活选用盾构皆片，保证盾尾间隙和笛片成型质量之目的，同时实际成型隧逍位苣是否正常宜 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，齐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，每环皆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，由盾构上的拼装机迅拼装成一个整环（如图1） &

3、#176; 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管片长1500S&D管片内径5 lOOmm管片用度300am馬尾内径GloOmm管片外径6000sb&转弯环截面等腰梯形«弯环fit人形ft3 Sam标准 JfifgfuJI®75 H（海瑞克Jfift）图1右转弯环管片示意图8 I Zj2.2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这就要求转弯环管片有不同的位苣来达到此目的。现在常用的地铁笛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

4、。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：S为了能够顺利拼装管片，左转弯环或右转弯环一般拼装1、2、3、8、9、10这六个点位。图2管片拼装点位图2.3管片楔形量的计算管片左右长度或上下长度的差值叫做管片的楔形量。拼装点位不同楔形量不同，以右转弯环为 例计算各个点位转弯的楔形量。转弯环端而是在同一个平而上，只是管片长度是从HSlnrni至1519mm的一个均匀变化过程。假 设右转弯环拼装某一个点位（如图3）, X为该点位时与横轴夹角，&为右转弯的楔形量，根据转弯环 的设计可知此拼装点位时右转弯

5、的楔形量&与AB处的楔形量相等，此时最大的楔形量在C处，值为38mmo第5贡共10贡图3管片楔形量示意图右转弯楔形量&的计算公式为:IceIqaX CosX:lea/ locIm/ lee：InFlgX lcc/loc=lccX CosX:&=4XlrM=38XCosX：利用此il 算方法也可以推算出上下转弯的根据此il 算公式可以算出不同点位右转弯的楔形量, 楔形量，不同点位右转弯环讣算楔形量结果如下表（表2）。表2右转弯环楔形量计算表敢位S mm点位10点1点2点9点8点3点左侧长151S. 07151S. 211511, 171511, 1715001500右侧长

6、度1181.9311S1. 751483, S31133, S315001500右弯右弯右弯右弯抵形tt0036 1136. 1122. 3122. 31上测长皮1191. 131505. 871515, 371181 631(311519卜側长度1505. 871191. 13l is t 631515, 37151911S1上弯卜丹卜弯上弯上弯卜弯枫形«1L MIt M30. 7430. 74383S根据讣算可知采用错缝拼装方式转弯环转弯的楔形量最大是36. 14mm,而不是38mnu左转弯环的情况片右转弯相反，这里就不再列举。通过管片不同点位的拼装，就可以实现隧道的调向。3管片

7、排版盾构掘进完成后需要拼装预先制作好的管丿h因此管片必须有一世的储备，才能确保盾构掘进管片及时供应。这就要求对生产的管片进行合理的排版亠根据皆片排版图.制定生产计划。3. 1楔形量与转弯半径的关系不同的拼装点位有不同的楔形量，不同的楔形量可以拼装出不同半径的曲线。当然在盾构管片拼装中尽量使用最大楔形量的拼装点位（1点或10点），不需要转弯环时使用标准环拼装，这样拼装比较容易，同时理论排版和实际排版才能接近。楔形量与转弯半径关系（如图4）的计算公式如下:依照曲线的圆心角与转弯环产生的偏转角的关系（如图5）,可以计算出区间线路圆曲线段的转 弯环与标准环的排版方式。D=6000nim图5标准环与转弯

8、环关系图转弯环偏转角的计算公式:0 =2 Y =2arctg 5/D式中:0转弯环的偏转角5转弯环的最大楔形量的一半D管片直径将拼装1点或10点位楔形量数据5 =36. 14/2=1 & 07mm代入得出0 =0. 3451将拼装2点或9点位楔形量数据5 =22. 34/2=11. 17mm代入得出0 =0. 21333根据圆心角的讣算公式:X=180L/nR式中：L段线路中心线的长度R曲线半径，取400m而X= 0 ,将之代入，得出L=2. 408m上式表明.在400m的圆曲线上，毎隔2. 408m要用一环转弯环，由于转弯环长度为1. 5米，因此所有转弯环皆片在拼装最大楔形量点位的前

9、提下，400米圆曲线理论排版为转弯环数量：直线环数量=15： 0.908。以此类推，可以算出任意转弯半径的理论管片排版。3. 3管片生产计划制定由于盾构掘进姿态不可能与设计隧道中心线（DTA）完全重合，当偏差“:快要超过允许值时需要在 第6页共10页理论排版的前提下使用更多的转弯环进行纠编，这样才能确保成型隧道中心与DTA基本重合。同时 转弯环管片为了保证上下盾尾间隙还要拼装2点、3点、8点、或9点位，采用左右转弯环交叉拼装 可以成近似宜线隧逍，使用标准环无法完成隧逍的转弯.因此在制世管片生产计划时转弯环的生产 量要大于理论排版量。按以往盾构拼装经验来看，转弯环的实际用戢要达到理论用量的1.

10、3-1. 5倍。4盾构姿态的人工校核盾构成型隧道水平允许偏差:巧卜于或等于50mm,因此要求拼装的皆片水平偏差必须在允许的范 闱内也就是盾构姿态必须在允许的范帀内。盾构姿态的测量一般是盾构自动导向测量系统和人工 测量两种方法相结合，防止产生测量错误。由于地铁隧道比较长，基准点大部分在盾构始发点处。如果在隧道内导点产生错误是很堆发现 的盾构自动导向测量系统也是基于人工测量的基础上的。因此人工测量产生错误.盾构自动导向 测量系统跟着产生错误。这就需要找到另一个方法对拼装的管片位置和设计隧逍中心线（DTA）的偏 离值与盾构自动导向系统测量生成的管片偏差相比.如果相等，同时皆片与盾尾间隙在正常范帀内

11、说明盾构姿态是准确性。如果不等，说明自动导向系统测量出的盾构姿态是错误的0进而说明盾构 自动测量系统存在问题，必须找出问题予以解决。4. 1转弯环水平楔形量与水平偏离值的关系转弯环由于楔形量的存在造成此环中心线前端点柑对于前一环中心线有一个偏离值，此值与楔 形量有一泄的关系（如图6）。D=6000mni图6楔形量与偏离值关系图计算得出楔形量与偏离值的关系公式为：Lfi/2 =&/4式中，L转弯环中心线前端点相对于前一环中心线的偏离值:«此拼装点位下转弯楔形量的一半:&此拼装点位下转弯楔形量。第7贡共10贡将转弯环拼装1. 10点的楔形量&=36. 14tnm代

12、入得偏离值L=9. 035o也就是说转弯环在拼装1点 或10点位时此转弯环前端点中心点偏离前一环中心线9. 035mm。将转弯环拼装2、9点的楔形量&=2234nim代入得偏离值L=5 585mm。也就是说转弯环在拼装2 点或9点位时此转弯环前端点中心点偏离前一环中心线5. 585mnu将转弯环拼装3、8点的楔形量&Rmm代入得偏离值L=0。也就是说转弯环在拼装3点或8点位 时此转弯环前端点中心点与前一环中心线重合。4.2实际拼装管片与设计隧道中心线偏离值的计算如图7,设单环管片长度为1.5米，上一环实际拼装管片中心线前端点与设计隧道中心线偏离 值为L匕（掘进方向左为负，右为正

13、），上一环实际拼装管片中心线与上一环理论设il管片中心线夹 角为Oh （掘进方向左转为负，右转为正人实际拼装管片对应的理论设讣笛片中心线与上环理论设 计管片中心线夹角为0耳（掘进方向左转为负，右转为正），此环管片中心线前端点与上环理论设计 皆片中心线偏离值设为（掘进方向左为负，右为正）：设实际拼装管片Y点，转弯楔形量为妇。实际拼装管片中心线前端点与上环实际拼装管片中心线偏离值设为Ly（掘进方向左为负，右为正）, 实际拼装管片中心线与上环实际拼装笛片中心线夹角设为0食（掘进方向左转为负，右转为正），求 本环实际拼装管片中心线勾对应理论设讣笛片中心线夹角0 （掘进方向左转为负，右转为正）和此 环实

14、际拼装©片中心线前端点与根应设计隧道中心线偏离值L （掘进方向左为负右为正）。计算得:L y=&y/4LF?=1500Xtg(0 W)L = L上+Ly-L歼+1500Xtg(0 I)由讣算式中可以看出，只要找到上一环实际拼装管片中心线前端点与设il隧道中心线偏离值L匕 和上一环实际拼装管片中心线与上一环理论设讣笛片中心线夹角0 "根据实际拼装管片就可以计算 出已经拼装管片前端点中心与设计隧道中心线的偏离值L和本环实际拼装管片中心线与相应理论设 il管片的夹角0 O 一环环i|算下去，无论是直线段还是曲线段都可以用此计算方法计算此偏离值和 夹角。假设实际拼装管片无错

15、台的前提下，此偏离值L应该与盾构自动导向系统测量计算生成的实 际拼装管片的水平偏差值（应小于50mm）相等如果不相等，说明人工测量或盾构自动导向系统测 量有问题，马上査找原因，给予解决。说明：以上所计算的偏离值实际上是水平偏离值，可以用以上方法再汁算出垂宜偏离值，两偏 离值的平方和再开方就是实际拼装管片前端点与设计隧道中心线的径向偏差。第S贡共10贡图7实际拼装管片与设计隧道中心线偏离值图5管片选型盾构管片选型主要考虑理论排版、盾尾间隙、推进油缸行程差和校接汕缸行程羌等条件，但主要以理论排版和盾尾间隙为主。根据经验，在直线段以盾尾间隙为主，在缓介曲线和圆曲线段以理论排版为主。实际拼装管片与设计

16、隧道中心线偏离值的计算最好从盾构始发开始毎环都要汁算，以第9贡共10贡校核自动导向系统测量的准确性，当计算出的0值大于03451°或小于-0. 345r时，需要拼装转弯1点或10点位对管片进行调整当计算出的L值大于50mm或小于一50mm时，需要拼装转弯环进行训整，以保证拼装的管片在允许偏差内。6结束语中国各大城市盾构施工中普遍采用标准环和转弯环进行行片拼装形成永久的地铁隧道.盾构施工者只有熟练掌握管片技术参数，计算齐拼装点位的楔形量，合理进行管片排版与选型，才能保证行片的正常供应与盾构掘进。对实际拼装管片与设讣隧逍中心线偏离值与盾构自动导向系统生成的管片偏差相比较，可以对人工测量和自动导向系统测量进行校核.防止由于测量错误带来的严重后果。參考文献： 张反I禅,朱合华Jg毎賜.S构瞇道M人民交運出版比2004 王S义成1血铁厨栩sits迺 髓道建设，2008,28（4） : 501504. 竺维影，«世健筆复含阪中的盾构施工技术【M】.zltM :中B科输