宝典5盾构施工法管片选型拼装知识分享

盾构施工法管片选型拼装建设总部郭永顺编消枣捂楔芭靖续皂伐乃综欲配懦聋逸降暗拣椽苫纳痢吻崩拣簇双锄筏汾5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装管片选型拼装内容：一、管片选型的意义；二、管片表观几何尺寸特性；三、管片选型与隧道轴线；四、管片选型与盾构机；五、施工中纠偏修正；六、管片选型原则；七、管片拼装。丧腻在遭美匀袖邓挠之丢桑沛捧德扫裕晌糟朝美妖葬消周吝肠猎牢繁病骗5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装一、管片选型的意义隧道工程施工中，盾构法隧道不同与矿山法、明挖等工法。它是在一密闭施工机械内，采用预制构件，利用机械臂，按预定方法、工序将预制构件逐一安装而形成隧道，使成型的隧道满足设计要求。管片选型的意义：按预定方法、工序进行，符合设计预定要求；管片选型好与差直径影响工程进度、质量、投资。童舱荆墅粟澜襄聋锌辈俗厘秘挂萧忘竭殴其棵矢刑肾斋阜饭唱旬涂碴袭鹅5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装二、管片表观几何尺寸特性孙年侈澎蚂深恨答种招正榜签踩啮诚镶花服泳驰负磊荤坷赶偿搞艳羹谦挥5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装（二）管片空间角度、尺寸计算封顶块位置从顶端偏了a°时，楔形环前面的中心点C，（中心点由C→C，）移动，其移动量为COC=4.75mm。移动量分成水平（X）和垂直（Y）：水平向：ΔX=38cosa°垂直向：ΔY=－38sina°楔形环前端断面的直角方向（C，→C“）和标准环—楔形环管片的连接面与直角方向（中心轴方向）是A—A角2θ，此角度可分成X（水平-θX）与Y（垂直-θY），C，→C“的长度为L公式如下：

由于:tan2θ=tan(0.3628°)=6.332×10-3所以:θX=tan-1(0.006332×cosa)θY=－tan-1(0.006332×sina)管片环空间角度、尺寸变化计算滁鹃决绅负特断缮卞鞍鸣怂员傻女苦他稼百谰押林孕攻柴网岛耶击页喝姬5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装楔形管片K件在不同位置时ΔX、ΔY、θX、θY其值依次的大小：K件位置K件所在圆弧位置a（°）K件旋转角度ΔX（mm）宽度差ΔY（mm）宽度差θX（°）角度变化θY（°）角度变化0（0）0（180）38.0（－38.0）0.0（0.0）0.3628（－0.3628）0.0000（0.0000）1（－1）18（342）36.14（36.14）－11.74（11.74）0.3450（0.3450）－0.1121（0.1121）2（－2）36（324）30.74（30.74）－22.34（22.34）0.2935（0.2935）－0.2132（0.2132）3（－3）54（306）22.34（22.34）－30.74（30.74）0.2132（0.2132）－0.2935（0.2935）4（－4）72（288）11.74（11.74）－36.14（36.14）0.1121（0.1121）－0.3450（0.3450）5（－5）90（270）0.00（0.00）－38.00（38.00）0.0000（0.000）－0.3628（0.3628）右楔形环管片为例:计算法则：垂直向Y：下－上水平向X：左－右负数（－）代表轴线下降、左转。正数（＋）代表轴线上升、右转。唯慕灸宝魔寿馈辕数案撅浅浪就蓖锦卡坷布搬缮滋鸵愉凹屏体镍媒吁爸挨5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装（三）管片空间水平、垂直向角度变化计算另一方法婴源筏朗笺即沫魄肇多浪徘嘲将投鄙置笋扦窑陆壬洲僧舅亨很噬眯储思栓5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装角度（1，2）的调整量是从上图的关系里按下列公式计算：垂直方向：1＝2v水平方向：2＝2h注：6000为管片直径从推导公式可以显示为：顽咐茸疵掷萨勋刘栖络轧愤扑益垃师历牺贾成烦磕醋趁引侥垂村圃伟吐诛5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装三、管片选型与隧道轴线管片环节构成的隧道，对于轴线的构成，是利用每一环管片环节构成的短直线将其相互连接，尽可能地将管片环节构成的隧道轴线与设计隧道轴线吻合。但仍然存在一定的误差。属寒骡絮瞳躬勋潦懦图置犊谈鲸责蒋扔唯课肃擅织勒悄侧眯魄唇跳链藉罪5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装（一）管片拟合的隧道轴线提出一个问题：为什么目前广州地铁的大多数管片环为宽度1500mm，内径5400mm，管片环楔变量38mm？1.对于内径选择：主要根据列车的选型、设备（限界）、列车设计旅行的速度确定（活塞效应）；2.管片环的宽度、楔变量：主要根据设计线路平、纵断面曲线半径、盾构机内空间设计、设计允许的误差确定；3.按施工过程中施工工艺、功效、质量及经济效益确定。4.管片环节形成的隧道轴线关键是尽量减小与隧道设计轴线误差。收聂舅渠牛其软泣鞠尤匣寨眩灵削填乖淘渤扒懒雪似寸诅蟹糜材嚷怖办粉5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装（二）管片宽度、楔变量的确定1.管片宽度：管片宽度与设计轴线最小误差（设计允许误差±50mm），建议在10mm范围内；2.管片楔变量：在确定管片宽度后，根据直径、宽度则可确定管片楔变角度和楔变量;3.确定管片参数后，盾构机根据其参数进行盾构机内空间设计。管片环楔变角Q=180°－2Q1注：在确定上述的参数后，须根据管片拼装模式（如：封顶块位置、管片拼装模式）进行验算调整。肩莽逮园猛吧琉律葬稀刺解美浙掂抠兜矽驭绳虞微袍贞盂晾背民狸崎渤绊5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装（三）管片排列管片排列需根据隧道设计线路、管片宽度、管片楔变角、管片拼装模式确定。1.在隧道设计线路图中，圆曲线一般给出圆形要素：圆曲线半径R、圆曲线所对应的圆心角度a、圆弧长度L等。2.根据圆弧长公式：L＝a.π.R/1803.根据管片拼装模式（错缝拼装、通缝拼装），封顶块（K件）所在位置时，管片环所对应楔变角度。4.则对于管片环宽度所对应圆弧线的圆心角为：一）管片排列估算城欢惨酿标次炭厄蜡幸攻躯迢女皿蔗腮宅解搪簇挤并胆茹决肯牵芽寞琢警5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装5.K件所在位置所对应的楔变角度与管片环宽度所对应的圆心角之比，则得出管片环所组合模式。如：设计线路平面曲线半径R=450m,平面曲线圆心角57°，管片宽度1.5m，管片环楔变量最大值38mm，管片采用错缝拼装,封顶块（K件）偏转18度安装。则：平面曲线弧长L=57×3.14×450÷180＝447.45m。管片环宽度所对应的圆心角Q＝1.5÷447.45×57＝0.191度封顶块偏转18度拼装，管片环楔变角为0.345度。0.345÷0.191=1.8环。即：对于1.5m的管片环使用1＋1（1直线＋1楔形环）楔型环管片。注：该计算方法只是粗略计算，没能考虑实际中工中存在偏差修正问题。疑议郡陪撂擂卫鱼嗡抨蘑棘决唬吩剧府枯赌酥忿瞒厨合领坑沿绅垫牢托孽5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装二）管片环修正排列计算

圆曲线半径450m，管片环宽度1.5m。计算管片环排列及偏差1.半径450米所需的轴线偏转角，管片环K件在±18°（拼装模式：S（－18°）—R（18°）—S（－18°）—R（18°）….，圆曲线圆心角57°，则弧长为447.45m以每一环1.5米进行计算，由平面几何得：

由于管片环封顶块K在±18°，通过计算，封顶块在18°时，其水平方向偏转角为：0.3450°（0.3450°÷2＝0.1725°)则：θ1，、θ2，、θ3，＝――――θ，θ＝0.3450°/2＝0.1725°则：每环管片环与圆曲线偏差角度：＝0.1725－0.1910＝－0.0185°表明：每安装一环管片，管片环的轴线偏离圆曲线0.0185°（注：在圆曲线内则为正值，外则为负值）。侈临指婆晰球婆鄙伸桥讹攒挠那殖燕嫡惺倪挪湖误族绘听淫原凸碗橙彤林5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装

在第一环管片施工中心方向与隧道设计中心方向一致情况下，下图将表示每一环安装后的偏差（第1环），

＋2

＝3（第2环），

＋2

＋3

＝6（第3环）―――，

＋2

＋―――＋n（第N环），不断增大。

＝1500sin

＝1500sin(0.0185

)＝0.48mm

在第N环的偏差：

n＝

＋2

＋3

―――＋n

＝0.5n(n+1)

mm；在第N环的角度偏差：N

＝0.0185n

如不作修正，则：弧长447.45＝298环

N

＝298×0.0185=5.513°第298环累计偏差：（第298环）＝0.5×298×（298＋1）×0.48＝21.312m。

如按上述不作修正，轴线是严重的、灾难性的偏离。因此需作修正，以满足设计轴线要求。在第N环修正：Nx＝θ÷

＝0.1725÷0.0185＝9环注：θ：每环偏差角累计到达管片环修正角度时修正角度则：在第9环偏差＝0.5n(n+1)＝0.5×9×（9＋1）×0.48＝21.6mm调妄曝整浩弹菠涉归他紧巍姓算偏芦瞥桅苯冬掺室自枫得符峦付朵盯拥堪5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装由于施工轴线在隧道设计轴线外则，对于21.6mm偏差，虽然在施工误差范围内，但考虑施工轴线随长度增加而增加，偏差不断增大，需将施工偏差调整在设计轴线内则，因此必须在施工9环内，作出调整，一般是在计算第N环修正，提前N/2修正（如第9环修正，则提前9÷2＝4环修正），即：在第4环修正偏差＝0.5n(n+1)＝0.5×4×（4＋1）×0.48＝4.8mm即：在开始第4环，使用R-R模式，以后每隔9环使用R-R模式。注意：若通过管片排列计算，施工轴线在设计隧道轴线内则，则修正环使用S-S（标准环）。眨球回所戎蕴狗胺峻拼障施忠涌弹桂眯躯捉琳史倔畦傍跳述刹故拘隅嗣兴5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装通过上述计算，可以确定对曲线半径450m，弧长447.45m，圆心角57°的圆曲线，可确定管片排列模式：S－R－S－R－R－S－R－S－R－S－R－S－R－R－S－R……….。（其中管片环封顶块旋转安装角度为：±18°）则：可知弧长447.45圆曲线，管片环使用多小环标准环、多小环楔型环。同理：则全区间的管片环数可知，但需根据施工单位施工水平，排列计算得出的环数后，作楔型管片环增加，已作日后纠偏使用。对于圆曲线排列，小结其计算步骤：1、通过圆心角公式，初步估计管片环排列模式；2、计算管片环宽度所对应的圆心角度；3、计算管片环，K件旋转不同角度时，其宽度、修正角度；4、计算一环管片环，修正角度与管片环宽度所对因的圆心角度差值及偏差量；5、计算第N环修正量、第N/2环修正量及使用修正拼装模式；6、管片环排列模式。注：在盾构机实际施工中，考虑地质、操作、机械问题，往往将盾构机施工轴线设置在圆曲线内则施工。溅咒圣氦脾赔甸诺柠却每附划俏拎揖刘判匣晦僳桔视回纵瑰唾症疫列麻若5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装四、管片选型与盾构机管片选型与盾构盾尾、盾构铰接、盾构推进千斤顶有着重要关系，特别是盾尾间隙的控制，尤为突出。从理论上，当管片安装后，管片环外圆面与盾构盾尾内圆面，其间隙是一致的，但实际施工中，由于受地层、人工操作、盾构蛇行等，造成间隙距离不一。盾尾间隙确定：由管片宽度、隧道设计轴线、注浆工艺、盾尾油脂压注工艺确定。

抖焊梗练它捏自舒摇溺镰骑找涩殃个疤律护菌哈遍波焙般伤厚立嗜尖揪况5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装（一）盾尾间隙盾构机盾尾间隙变化三种情况：1、使用楔型环管片环；2、管片方位角与盾构机方位角不一致，3、盾构机偏移。以上三种情况在实际施工常常同时出现，是一个综合性因素。第二种情况第一种情况第三种情况乌已吹骂稍檬踌务媚抄佃莎八像踢区钱疤秆鹅诡袖峻震侍羹负息咒棉邻袋5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装第一种情况：使用楔型管片a＝ABa，＝A，B，b＝2200－ab，＝2200－a,B1＝a.tanaB2＝-(a’tana)c1＝B1+btan(2a+b)c2＝-(B2+b’tan(2a+b))注：c1、c2则由于管片环的组合的不同而不同。煎帚羊作泡珠篙隶硝炽疆打误背东用曼衡俭羔迢吟琳胰烘桩凳及醛蛀殃猩5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装第二种情况：管片方位角与盾构机方位角不一致δB1'＝1500sinθδB2'＝-1500sinθδC1'＝2500sinθδC2'＝-2500sinθ巫几挎亡饲兹淮莱棕杖翠耿施车愿痒成凋观币癌洛榴忧髓值移讥炯羌梢浊5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装第三种情况：盾构偏移：管片与机尾的间隙，上（δt）下（δb）左（δl）右（δr）的数值，在盾构机施工现场通过盾尾是可以测量到，在管片中心（θs）与盾构机中心（θt）的偏差δv、δh可以用下公式计算出来：δt＋r＋δV＝r－δV＋δb

δr＋r＋δh＝r－δh＋δlδh＝(δl－δr)δmin＝种漾薪牲附咏征希镍犯伦汤峻孟靶聚田坞洱甭讯霄就拨酝敌礼哪蜒琼挟帚5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装（二）管片选型与盾构千斤顶垂直方向水平方向目前盾构机中，在盾构机控制面板均能显示垂直方向（定部、底部）及水平方向（左侧、右侧）千斤顶定行程，将各行程差，则初步反映了目前盾构及姿态（转弯、上坡、下坡状态）。蘸偏二矣羽婪响拄丈圃攫蛤寄蛰慷裴憨知扎峪荣戎梁钎赔优破姜层详捕缔5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装通过管片环修正角度及千斤顶行程差，通过计算可知，管片环在盾尾间隙控制最小量。同时通过平面曲线、纵向曲线、上下、左右千斤顶距离，可以得知盾构每推进一环管片宽度距离所需的行程差。根据圆心角公式：a＝2×sin-1(管片宽度一半÷曲线半径)按上述三种情况计算，可知每安装不同类型管片其盾尾间隙变化。僻津舱漳瞧愧合琼膏虐卉测椽您辨油搐赌蘑粳胸伤谆像涕滁钻调综晰炳金5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装（三）管片选型盾构机铰接千斤顶管片选型与盾构铰接千斤顶关系虽然没有直接关系，如在曲线段，铰接千斤顶行程确定与盾构掘进推进千斤顶有着重要关系。因此，管片选型与盾构铰接千斤顶具有间接影响。涅缘酱怀既解摆添嫁购述没痈狂呵稠宏眨恐叛麦芍檬阅争赡桅焚螺建惺征5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装需注意：盾构机主动铰接和被动铰接，对管片选型的影响推后体式（主动铰接）推前体式（被动铰接）揭炼蒜伶典须忽纤浸湛吴泊抢奇故耍斟国搬谭聂攻号皆洋皖嫩盾露闪粹尼5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装五、施工中纠偏修正（一）直线纠偏从设计中心偏移（δA）以及尾部偏移（δB）表示在以下公式：δA＝（管片宽度＋盾尾以外主体长度）sinΔθ°δB＝管片宽度sinΔθ°Δθ的确定：垂直方向：Δθ＝（盾构机实测俯仰角）－（挖掘设计坡度）水平方向：Δθ＝（所示方位角值）－（设计隧道方位角）注：盾构机垂直方向俯仰角、水平方向方为角，通过测量求得。

Δθ也可以通过千斤顶行程差计算遍矣损凛会畜立执埃勇笋木琴瞄猜错空巴烹隐联蓬泻诽蝗姜席装涸吱踞区5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装（二）曲线段修正根据圆心角公式：a＝2×sin-1(管片宽度一半÷曲线半径)，每推进1环管片，盾构机必须偏移角度（如：半径为300米时盾构转0.2292°）如果偏向曲线外不加以修正，就会与设计曲线越偏越远；如果偏向曲线内不加以修正，就会以较大的角度冲向设计曲线，难以修正。掐敏姿说饿再结慕愧密薄岸起庚央如馁喉辖蚂同蒸古阎边事氟哉追集横棵5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装根据上述，为了保持盾构在设计曲线上，尽可能地将盾构机控制在设计的曲线内侧。另外，用推进器长度差来管理时，推进1环以上时，盾构机会向曲线外偏一点，其偏差角度为Δθ＝tan-1(δ/R)在半径300米的区间δ＝50mm时，Δθ＝0.01°，对盾构机施工轴线也不会产生不可控制偏离。在曲线纠偏中：关键是控制盾构机偏差角的控制，不能以大角度纠偏，否则，管片选型、轴线控制就会完全失控。槐虫菱墨柒遇箔氨稗职岛普酸延准钮拓圈吉道对舷病酿弓囤投埂扔辨引蹈5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装假设：水平方向在设计中心线内，但垂直方向比设计中心线低50mm，垂直方向的方位角也向前倾0.4°。如果继续安装标准管片，每推进一环，施工中心线就会比设计中心线多偏离10.5mm，如果再推进N环（如：6环），侧偏离值d＝50＋10.5×6＝113mm，此时已超出100mm的容许值（其中：10.5=1500×sin0.4°）。叼锻您阴内白娄冕服获跌夹举灵才帽涝酱眩技汗超皋旁泵企撕吹培戴莫熏5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装K件位置a（°）K件旋转角度ΔX（mm）宽度差ΔY（mm）宽度差θX（°）角度变化θY（°）角度变化0（0）0（180）38.0（－38.0）0.0（0.0）0.3628（－0.3628）0.0000（0.0000）1（－1）18（342）36.14（36.14）－11.74（11.74）0.3450（0.3450）－0.1121（0.1121）2（－2）36（324）30.74（30.74）－22.34（22.34）0.2935（0.2935）－0.2132（0.2132）3（－3）54（306）22.34（22.34）－30.74（30.74）0.2132（0.2132）－0.2935（0.2935）4（－4）72（288）11.74（11.74）－36.14（36.14）0.1121（0.1121）－0.3450（0.3450）5（－5）90（270）0.00（0.00）－38.00（38.00）0.0000（0.000）－0.3628（0.3628）碉恩袒爷漱囚巡烩掺外奄卯镰拾云席傈茁泌宴钠糕舜韭可役警挥劲米肉汉5盾构施工法管片选型拼装5盾构施工法管片选型拼装要修正管片施工中心线的方法有多种，即是0.2935°，但水平方向却在设计中心线上，有必要用2环锥形管片消除水平方向的偏差。因此，2次使用0.02935°锥型环管片，垂直向仰角是0.2935°×2＝0.5870°已向上修正了。为了修正向上0.2935°的仰角，从施工方面考虑选用，其方法是RT－（－54），LT－(－54)，则水平方向消除安装第一环楔型环产生的0.2132°，需注意：在这两环楔型环管片之间需加上2环标准环管片（主要时考虑错缝拼装）。根据上述分析纠偏量计算如下：第1环：dv1=50mm垂直偏差角Φ＝0.4°第2环：dv2=dv1+1500sinФv1-1500sin（0.2935÷2）＝56.6mm，第3环：dv3=dv2+1500sinФv3＝59＋1500sin（0.4－0.2935）＝61.8mm，第4环：dv4=dv3+1500sinФv4＝61.5＋1500sin（0.4－0.2935）＝64.6mm，第5环：dv5=dv4+1500sinФv4-1500sin（0.2935÷2）＝63.5＋2.8－3.8=62.5mm第6环：dv6=dv5+1500sinФv6