线路及盾构管片姿态计算

管片选型方法1、引言管片选型的目的就是按照设计线路的要求，选择适宜的点位将管片拼装成型，尽可能得符合设计线路。

管片选型的基本思路是根据设计线路和盾构机姿态，计算已成型管片与设计线路的相对趋向，选择下一环管片的安装点位，以拟合成型管片与设计线路的相对误差，同时管片选型还需兼顾盾尾间隙。

2、趋向趋向的定义趋向，实际是角度,只是代表的含义不同，趋向表示以此角度的方向上前进1米而在该角度上变化多少毫米，故趋向的单位是mm/m。

例如盾构机与设计线路的相对趋向，实为盾构机轴向与设计线路中线的夹角，若VMT上显示盾构机的水平趋向为4，其意义为盾构机按目前的方向每往前推进1米，则盾构机水平方向要偏离设计线路中线+4毫米。

垂直方向上的趋向理解同上。

盾构机与设计线路的相对趋向为α，后续管片与盾构机的相对趋向为β，则后续管片与设计线路之间相对趋向为α+β。

趋向的计算现以海瑞克盾构机(刀盘米)为例，进行趋向的计算。

按常规操作规定水平方向右为正，左为负；垂直方向上为正，下为负。

海瑞克盾构机VMT测量系统前点位于切口换处，后点位于中盾内，前点和后点的距离为米，为计算方便取4米；盾构机推进油缸位置处于中心对称半径为米的圆上，相邻油缸距离约4米。

根据VMT测量系统的显示能得知盾构机前点为（x1，y1），后点为（x2，y2），故盾构机相对设计线路的水平趋向为α1=（x1-x2 ）/4 ，垂直趋向为α2=（y1- y2 ）/4。

同理，管片相对盾构机的趋向可以根据推进油缸的行程计算得出。

设四组油缸行程分别为L A、L B、 L C、L D,根据推进油缸中心对称的原理得知，水平方向油缸行程差为L A- L D = L B - L C，垂直方向油缸行程差为L A- L B = L D - L C，故管片相对盾构机的水平趋向为β1=（L A- L D）/4 ，垂直趋向为β2=（L A- L B）/4。

所以管片与设计线路的水平趋向为α1+β1=（x1-x2 ）/4+（L A- L D）/4，垂直趋向为α2+β2 =（y1- y2 ）/4+（L A- L B）/4；管片选型的目标是尽量使管片与设计线路的趋向接近于零，故下环管片应尽量选取管片自身水平趋向为-（α1+β1），垂直趋向为-（α2+β2）的点位。

盾构管片排版计算公式
盾构管片排版计算公式F e=安全储备系数AX盾构推进总阻力F d 安全储备系数A---一般取1.5---2.0。

盾构推进总阻力F d=盾壳与周边地层间阻力F1+刀盘面板推进阻力F2+管片与盾尾间摩擦力F3+
切口环贯入地层阻力F4+转向阻力F5+牵引后配套拖车阻力F6
1、依据盾构隧道平竖曲线要素、横纵断面及螺栓等设计信息，自动对通用管片进行通缝或错缝拟合排版；
2、管片和螺栓布局用户可指定；
3、通用管片环形式有：等腰梯形和直角梯形；
4、是否错缝拼接可控制，封顶块位置亦可控制；
5、由交点信息确定平曲线和竖曲线；
6、自动进行管片拟合排版，可生成三维管片排版图和二维展开图；
7、可生成拟合排版偏差图；
8、排版结果可以导入到CAD中；
9、计算结果图可自动输出到文件中，里程间隔用户可以指定。

盾构法施工管片拼装点位如何决定在管片拼装过程中，当上一环管片拼装完毕后，根据盾尾间隙和油缸行程怎样决定下一环管片的型号和点位？最佳答案简单讲由油缸行程差可以确认下一环管片的楔形量，根据楔形量和隧道线路要求选择管片，在这个过程中要考虑盾尾间隙是否能满足选择管片的要求。

具体讲从以下方面得出管片拼装方式管片形式分为L1、L2、B1、B2、B3、F六种，每块管片都有不同的楔形量，我们依靠这个楔形量来实现隧道的转向及盾构机的辅助控制，其中F管片的楔形量最小，拼装顺序F管片位置的选择在盾构机前进时，管片的拼装位置极其重要，对盾构机前进时的姿态控制很有效。

当管片与推进千斤顶接触平面不重合时，在千斤顶产生推力时管片即出现裂缝导致漏水，并且此时出现盾构机的姿态难以控制，很难遵循预定线路前进。

由于管片与推进千斤顶接触平面有个夹角，近似于线接触，管片混凝土的拉伸强度为50kg／平方厘米左右，而千斤顶产生的拉伸应力远远超过该值，由此判断管片开裂起因于千斤顶与管片平面不重合。

并且由于管片碎裂使得盾构机各个千斤顶不同步，导致很难控制方向。

所以应使管片与推进千斤顶接触平面尽量重合，这可以通过选择管片的拼装位置来实现。

在选择管片位置时，有两个参数需要考虑，一个是盾尾间隙的保证；另一个是管片平面走向趋势。

管片趋势相关的参数有：推进汕缸行程，铰接油缸行程，管片平面位置，由此我们就可以得到管片走向趋势：CH(水平走向趋势)=Fb—Fd；CV(垂直走向趋势)=Fa-Fc。

其中，Fa=Pa-Aa Fb=Pb-Ab Fc=Pc-Ac Fd=Pd-Ad当我们用管片的不同楔形量来使CH、CV为。

时，管片平面就与盾构机前进平面重合，此时盾构机的千斤顶受力情况最好，便于整个掘进工序，当楔形量不能使CH与CV同时为0时。

时，应尽量使其中一个保持最小，使盾构机能获得最大的推进力，并使侧向分力减小，便于盾构机遵循预定线路前进。

因此，应优先考虑管片趋势。

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。

盾构管片内力计算方法及应用实例陈飞成徐晓鹏卢致强【摘要】埋置于地下土层中的盾构管片结构，由于所受外荷载复杂及接头的存在，其内力计算方法根据不同力学假定，种类繁多。

本文对常用的自由变形圆环法、弹性多铰环法、弹性地基梁法进行了理论推导，并针对某软土地区地铁盾构区间三个断面进行了实例计算，通过对计算结果的对比分析，得出了一些有助于盾构管片结构设计的结论。

【关键词】盾构管片设计荷载结构法1 引言盾构法以其地层适应性强、施工速度快、施工质量有保证、对周边环境干扰少等优点，得到了越来越广泛的应用。

目前盾构管片结构的设计方法有：①经验类比法②荷载结构法③地层结构法④收敛限制法，常用荷载结构法和地层结构法。

荷载结构法将盾构管片视为埋置于土层中的混凝土结构，周围土体对管片的作用力为施加于结构上的荷载；而地层结构法认为盾构管片与埋置地层一起构成受力变形的整体，并可按连续介质力学原理来计算管片和周围土体的内力和位移，其特点是在计算盾构衬砌结构内力的同时也得到周边土层的应力。

地层结构法力学本构模型复杂，土性参数较难确定，计算过程中影响因素多，并且目前工程界还无太多可靠经验来评定其结果的准确性，因此对具体工程的盾构管片结构设计仍主要采用荷载结构法，计算图示如图1。

本文就是应用荷载结构法对盾构管片进行内力计算。

陈飞成（1980—），研究生，毕业于同济大学道路与铁道工程专业，现为设计部结构设计人员。

徐晓鹏（1979—），工程师，硕士，毕业于中国矿业大学结构工程专业，现任公司设计项目部项目经理。

卢致强（1974—），工程师，硕士，毕业于西南交通大学结构工程专业，现任公司设计部经理。

上覆荷载0图1 荷载结构法计算图示Fig.1 Load-Structure method2 荷载结构法设计理论用荷载结构法计算盾构管片内力，关键点有两个，一是对土层抗力的处理，二是对管片接头的处理。

对土层抗力的处理方法有：①不考虑土层抗力②土层抗力按假定分布于管环拱腰两侧③加土弹簧，用弹簧力来模拟土层抗力。

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。

构施工最常用的衬砌方式。 管片按其材料可分为砼管片和金属管片，其中砼管片的应用更为广泛一些， 这是因为砼管片整体刚度大，耐久性好，成本较低。管片按其形状可分为平行环 或称标准环、楔形环或称转弯环两种，平行环和楔形环按照不同的组合形式可以 拟合出不同半径的曲线隧道。也有的隧道只用楔形环一种管片，这样的好处是可 以减少模具的数量，但管片排列时要复杂一些，也有的隧道只用平行环，当隧道 转弯时在管片间加不同厚度的垫块使管片能随线路的走向偏转， 但这样的隧道在 防水上要复杂些，而且在隧道曲线半径较小时很难实现。
Hale Waihona Puke 推进油缸共有 30 个，分成单缸和双缸两种，单缸和双缸在安装圆环上相间 均匀分布，每一个单缸或者每一对双缸为一组油缸，全部油缸共分 20 组，在安 装管片模式时，每一组油缸可以单独控制。每四组油缸（保含两个单缸和两个双 缸，共六个）成为一区，全部油缸共分 A、B、C、D、E 五个区，每区油缸有一个 油压调节器，分别称为第 A、B、C、D、E 区油压调节器，在掘进模式时，分别调 节这五个调节器，可使不同区的油缸推力不同，从而控制它们的推进速度，或使 主机产生偏转按操作者的意愿向前掘进。 在每个区各有一个油缸安装了行程传感器，由上图可以看是第 4、9、17、 22、28 号油缸安装了行程传感器。掘进控制时，我们需要了解上下左右四个位 置的油缸行程，但这个位置的油缸没有安装行程传感器，这时要把已知的油缸行 程换算成这相当于这四个位置的油缸行程。在理论上，只要知道任意三个位置的
盾构施工姿态控制和管片选型 绪论
第一章
盾构施工技术在世界上的发展和应用已有上百年的历史，目前已经成为一种 国际上较为普遍的隧道工程施工方法。而在我国，盾构施工大规模的应用尚未真 正开始，传统的明挖法、矿山法以及应用新奥法原理施工的隧道仍然占有很大的 比重。随着我国对城市地下空间开发领域的重视，诸如地下铁路、电力隧道、水 工隧道以及城市共同沟等地下结构开始越来越多的被提上建设舞台。 由于盾构施 工相对传统施工更能满足城市施工对环保、高效、安全等标准的高要求，所以将 会被建设和施工单位更加重视和广泛的应用。 盾构施工相对传统施工有着明显不同的特点。这种差别主要存在与管理和技 术上。从管理的角度来说，盾构施工是高度流水化，自动化的工厂作业，要求管 理要适应作业协调性、平衡性、连续性、密集性的特点。下面我们将重点讨论盾 构施工在技术上的不同特点。 传统方式施工对地质的变化很敏感，在不同地质条件下，地层处理、开挖方 法，支护手段甚至是支护原理以及衬砌的构成方式都有很大的区别，因此技术上 的矛盾主要集中在“地质”和“支护”上。盾构施工把复杂的地质条件变的简单， 不同的地质条件只对施工中掘进模式的选择产生影响， 但盾构施工中不同掘进模 式的选择采取的地质分类标准又和传统方式施工的分类标准有很大的差别。 而且 由于现代化的机械式盾构对地质条件有很强的自适应性， 使得地质条件对施工的 影响相对传统施工也减弱了很多。 所以盾构施工的主要技术矛盾已经不再集中在 “地质”和“支护”上，掘进姿态控制、管片选型、注浆工艺成为同样重要的技 术控制点。其中盾构掘进中的姿态控制和管片选型对隧道质量起的影响最大，也 是盾构施工的一个难点， 因此本文将对盾构施工中的姿态控制和管片选型方法作 详细的分析。 在此之前，先介绍一些盾构和管片的基本知识。

盾构姿态调整作业指导书一、姿态控制1.1姿态控制基本原则以隧道轴线为目标，根据自动测量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不破坏管片。

通俗的说就是“保头护尾”。

1.2盾构机方向控制要点通过分组油缸的推进力和推进行程从而实现盾构的左转、右转、抬头、低头和直行。

方向控制要点：（1）控制基点：以盾尾位置为控制基点；（2）调节量控制：一环掘进调节10mm较为合理，线性最佳；（3）趋势调节：趋势调节不能变化太大，急于纠偏，大趋势变化由大方位变化而来；（4）铰接操作：铰接油缸位置总处于最大伸出与最小缩回行程之和。

满足铰接弯曲。

1.3盾构机姿态控制一般细则（1）一般情况下，盾构机的方向纠偏应控制在±20mm 以内，在缓和曲线及圆曲线段，盾构机的方向纠偏应控制在±30mm 以内。

曲线半径越小，控制难度越大。

纠偏量受到设备状况，地质条件和施工操作等方面原因的影响。

当开挖面地质均匀或软硬上下相差不大时，保持盾构机轴线与隧道设计轴线平行较容易。

方向偏角应控制在5mm/m以内，特殊情况下不宜超过10mm/m；否则，会因盾构急转弯过急造成盾尾间隙过小破坏盾尾刷和管片错台破裂漏水。

（2）当盾构机遇到上硬下软土层时，为防止盾构机机头下垂，要保持上仰姿态；反之保持下俯状态。

掘进时要注意上下两段及左右两侧的千斤顶形程差不能相差太大，一般控制在20mm以内，特殊情况下不能超过60mm。

（3）当开挖面内的左，右低层软硬相差很大而且又处于曲线段时，盾构机的方向控制比较难。

此时，可降低掘进速度，合理分配各区的千斤顶推理，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。

当以上操作无法将盾构机的姿态跳到合理位置时，将考虑使用超挖刀。

（4）在曲线掘进时，管片易往曲线外侧偏移，因此，一般情况下让盾构机往曲线内侧偏移一定量。

根据曲线半径不同，偏移量通常取10-30mm。

地铁盾构管片姿态的水平偏差算法研究黄志伟;王克荣;龚率;乔燕燕;蒲星钢【摘要】针对管片姿态的水平偏差计算复杂、人工干预大等局限,提出一种基于设计参数的管片姿态水平偏差的自动计算方法.文中介绍地铁盾构管片姿态的测量方法,推导出直线段、圆曲线段以及缓和曲线段的姿态水平偏差的数学模型.通过工程实例,验证该方法数学模型的正确性,且能准确地、高效地反馈管片姿态水平偏差的信息.【期刊名称】《测绘工程》【年(卷),期】2019(028)004【总页数】4页(P38-41)【关键词】管片姿态;水平偏差;里程;缓和曲线【作者】黄志伟;王克荣;龚率;乔燕燕;蒲星钢【作者单位】成都市勘察测绘研究院 ,四川成都 610081;成都西汇市政规划设计有限公司 ,四川成都 611700;成都市勘察测绘研究院 ,四川成都 610081;四川水利职业技术学院 ,四川成都 611231;成都市勘察测绘研究院 ,四川成都 610081【正文语种】中文【中图分类】TU621随着多个城市掀起地铁轨道交通建设热潮，盾构施工以其环保、高效、安全等优势被建设和施工单位广泛的应用[1]。

盾构掘进过程中，刚拼接装的管片受注浆加固、盾构机实时姿态误差及地质条件的影响，经常发生管片位移现象，若忽视盾构掘进中成型管片姿态的重要性，没有及时发现掘进偏差并加以有效纠偏的话，容易发生成洞隧道偏离设计轴线较大的质量事故，轻者修改设计进行调线调坡，重者二次改造，这势必会对业主方与施工方造成无法挽回的损失与影响[2]。

《成都地铁工程施工测量管理细则》关于管片姿态偏差，警情等级划分黄((50，100] mm)、橙((100，150]mm)、红(大于150 mm)3类，并规定对应的处置要求。

为了控制管片位移超限，提高控制测量精度的同时，通过每天的管片姿态测量，实测出管片的位移趋势，及时采取措施尽量减小位移量，并起到复核盾构导向系统的作用[3]。

管片姿态的测量频率高，重复作业量大，尤其是水平偏差，控制难度大，计算较为复杂。

参数值 0.50 常规 梯形
否
地层弹簧数值种类：单一地层弹簧 地层弹簧的剪切刚度 ks: 1.000 kN/m^2 弹性抗力系数法向 kn: 20000.000 kN/m^2
1.4 设计参数
计算模型：梁弹簧模型 管片拼装模式：通缝拼装 网格大小：0.20
1.5 管片验算参数
管片及连接缝验算参数：
参数名 截面高度h(mm) 混凝土标号 管片外侧配筋量As(mm2) 管片外侧钢筋保护层厚度as(mm)
1.2.1 断面信息
说明：角度按逆时针旋转，0°表示水平直径右端点处。以下除特别说明外均相同，不再赘 述。
隧道断面基本几何参数:
管片总数：6 片
衬砌外直径 D1：6.200m
衬砌内直径 D2：5.500m
第一管片块的右侧与 Y 轴的夹角θs：7.500°
螺栓总数：10
相邻螺栓（组）间夹角：36.000°
夹角 (°) 15.00 64.50 72.00 72.00 72.00 64.50
隧道位置:
地表至隧道顶部的距离 H(m):
16.93
地下水面至隧道顶部的距离 Hw(m): 10.00
1.2.2 土层参数
-2.78 -1.72 -0.00 1.72
土层参数表:
土层 土层名称
土类型
厚度 (m)
1
土层1 淤泥质粉质粘土 35.300
100.0
拉压 Ks(-) MN/m 1000000.0
剪切 Kn(-) MN/m 1000000.0
转动Kθ (+)
MN.m/rad 100.0
拉压 Ks(+) MN/m 1000000.0
剪切 Kn(+) MN/m 1000000.0

管片选型
之二：选型正确的判断标准
管片选型合理正确主要体现在以下几个方面： A）隧道轴线偏差很小，管片拼装的外观质量很好。 B）上下左右的盾尾间隙比较均匀。 C）推进千斤顶的行程差较小。
管片选型
之三：根据线路特点管片预排版
转弯环偏转角： θ=2γ=2arctgδ/D
线路曲线圆心角： α＝180L/πR θ＝α，将曲线半径R代
10.1 管片的拼装点位
转弯环在实际拼装过程中，可以根据不同的拼装点位来控制不同方向 上的偏移量。这里所说的拼装点位是管片拼装时K块所在的位置。管 片拼装点位为在圆周上均匀分成10个点，即管片拼装的10个点位，相 邻点位的旋转角度为36度。由于是错缝拼装，所以相邻两块管片的点 位不能相差2的整数倍。一般情况下，本着有利于隧道防水的要求， 都只使用上部5个点位。根据工程实际情况，选择拼装不同点位的转 弯环，就可以得到不同方向的楔形量（如左、右、上、下等）。下面 是管片左转弯环不同点位的楔形量计算表：
在对这环管片进行选型的时候，就应选择一环左转弯环且还要 有向上的偏移量。对照表1后得出，此环应选择左转弯环在1点 拼装。拼装完管片后掘进之前油缸行程的初始数据理论为：A 组（上）：454mm B组（右）：465mm C组（下）：453m D组（左）：450mm。这样左右与上下的油缸行程差值基本控 制在20mm之内，有利于盾构掘进及保护管片不受破坏。（如 果上述数据在左转弯曲线上，下一环管片仍安装一环左转弯环 管片，那么盾构姿态基本调整过来）。
左转弯环盾尾间隙调整量表
பைடு நூலகம்表2
点位
15点
14点
16点
13点
1点
12点
2点
盾尾间隙测量 结果
向左调整量 向右调整量 向上调整量 向下调整量

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总第 ７ 期 ８
西 部探矿工程
Ｗ ＥＳ Ｔ— ＣＨＩ ＮＡ ＸＰ Ｅ Ｌ０ＲＡＴ１ ０Ｎ ＮＧＩ Ｅ ＮＥＥＲＩ ＮＧ
ｓ ｒｅ Ｏ ８ ｅ ｉｓ Ｎ ．７
２０ ０ ２年第 ５期
Ｓ ｐ ０ ２ ｅ ｔ２ ０
文章 编号 ： 。 ４ ５ １ （ ０ ２ Ｏ — １ ４ Ｏ １０— ７ ６ ２０ ） ５ ２ 一 ２
１３ 掘 进 导 向 系统 ．
多地采用盾构施 工 ， 构施工 中掘 进姿 态 控制 、 片选 型等 技术 盾 管
控制点对隧道质 量 影 响较 大 。本 文 结合 广 州 地铁 二 号 线 ［ ～ 越 －１ 区间盾 构施工情况 ， 对盾 构施 工 中姿态 控 制 和管 片选 型 方法
－
作一 些介绍 。 １ 盾 构 机 简 介
施 工准备要充 分 ， 由于本 次施 工准 备不 充分 ， 助工 作耗 时 辅
太多 ， 既要考虑 到环境 因素 和地 质 因素的影 响 ， 又要 考虑 施工 机
经调整 ， 增长轨道 、 加 工 具管 长 度 ， 一 段 １ ｍ 工具 管 一 增 第 ２ 次性夯入 ， 连续 ３ ｈ完 成夯 进 ； 二 段 管 长 １ ｍ， 内径 ９０ 第 ２ 管 ５ ｍｍ， 其夯管 累计时 间为 ９ ， ｈ 比上一涵管 提高 了工作效率 。 涵管偏斜满 足设计 要求 。
构主机上 的激光耙 系统 ， 由姿 态测 量 精 密传感 器 和 测量 棱镜 它 组成 。姿态测 量精密传感 器的作用是 接受来 自全站 仪的激光 ， 测
利用夯管推 动工具管 切 削土 层 ， 而推进 涵管 前行 至 终端 。 从 第一 段 涵 管 长 １ ｍ， 径 １ ０ ｍ； 二 段 涵 管 长 １ｍ，内径 ２ 内 ００ 第 ３ ９０ ５ ｍｍ。根据夯管锤 在不 同土层 中所能 夯入 的极 限程度 ， 当调 适 整管径 、 管长来完 成夯管工作 。两段不 同管径 的涵 管采用 焊接 连 接 。管 内土柱采用人工挖 除 ， 完成破土 。

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：优点一简化施工控制，减少管片选型工作量；缺点一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（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P =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:P 二L/R=0.6△总=(R+D/2) P - (R-D/2) P =3720mm由△总计算出需用楔形环数量:n1= △总/ △=100标准环数量为:n2= (L-n 1*B ) /B=125标准环和楔形环的比值为:u=n2: n1=5:4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。

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盾构直线掘进姿态控制
• 4、在盾构机姿态控制中，推进油缸的行程控 制是重点。对于1.5米宽的管片，原则上推进 油缸的行程在1850mm左右，行程差控制在0～ 50mm之间。
• 5、铰接油缸的伸出长度直接影响掘进时盾 构机的姿态，故减小铰接油缸的长度差，尽 量控制在30mm以内，将铰接油缸的行程控 制在40-80mm之间为宜。
用； • ⑺ 防止相邻管片纵缝两侧受力不同
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盾构直线掘进姿态控制
推
21 22 1
20
2
进
19
3
油
18
46
6
示
15
7
意
14
8
图
13
9
12 11 10
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盾构直线掘进姿态控制
• 方向控制要点： • ⑴ 控制基点：以盾尾位置为控制基点 • ⑵ 调节量控制：一环掘进调节6mm较为合理
• ⑤根据曲线的特点做好管片选型； • ⑥为防止盾构机抬头以及管片上浮及
向圆曲线外侧移动，通过自动测量系 统调整盾构机姿态为：垂直方向控制 在-30～-40mm之间，水平方向应控制 在曲线内侧20～40mm之间。
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盾构曲线掘进姿态控制
• 根据管片监测情况，如管片上浮量较大， 则垂直偏差可调整为-40～-50mm之间。 同时应加密自动测量移站频率，减少移站 后出现的轴向偏差。
步纠偏。 8、纠偏时要注意盾构机姿态，控制住设计轴
线中心±50mm以内，盾尾间隙要均匀平衡。
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盾构直线掘进姿态控制
• 盾构姿态蛇行变化，主要是通过调整盾构 分区推力来实现的。盾构姿态调整，要在 各种地质情况下推进参数基础上，加大局 部推力或把另外两个或者三个方向的推力 降低，来调整盾构姿态。 除了通过推力调整盾构机姿态外，还可以 调整盾尾间隙，如盾尾上半部间隙小就适 当加大盾尾上半部推力,推进油缸行程和盾 尾间隙相应跟着变大。

盾构姿态控制与管片拼装技术盾构姿态控制与管片拼装相互影响，相互制约的两个过程。

盾构姿态控制与管片拼装应以隧道设计轴线控制为目标，同时两者相互协调，保证管片拼装质量，避免管片产生破损。

盾构的姿态控制是盾构施工中的一个重要环节。

盾构姿态控制的基本原则：以隧道设计轴线为目标，偏差控制在设计范围内，同时在掘进过程进行盾构姿态调整确保不破坏管片。

盾构推进过程中，依靠千斤顶不断向前推进，为便于轴线控制，将千斤顶设置分成不同区域。

在切口水压正确设定的前提下，应严格控制各区域油压，同时控制千斤顶的行程，合理纠偏，做到勤纠，减小单次纠偏量，实现盾构沿设计轴线方向推进。

设计轴线控制范围：平面控制： 100mm，高程控制：-100mm。

本工程采用通用楔形管片作为隧道衬砌。

其不同的旋转位置，将产生不同的上、下、左、右超前量，通过不同位置管片的拼装，实现对隧道轴线的拟合。

因此拼装前管片的选型至关重要。

选择正确的管片旋转角度，能保证拼装工作的顺利进行提高拼装质量，保证构筑隧道符合设计轴线。

另外，盾构推进施工中，成环管片作为盾构推进后座，对盾构推进起到一种导向作用。

为此，在盾构推进尤其是曲线推进时，应通过严格的计算和量测来确定管片的超前量。

同时应用盾构本身PPS系统综合系统，合理选取管片旋转位置，以达到管片相应的超前量，使管片环面始终垂直于设计轴线。

1.盾构姿态控制与管片拼装的基本原则1.1直线段施工直线段施工最理想的状态是隧道设计中线与盾构轴线管片中线重合。

但实际施工情况，三条线之间存在偏差。

下面分几种基本情况进行讨论：（1）三条线基本重合：理论上，管片拼装时K块可以交替放在圆心对称的位置。

但是，为了保证拼装精度，应避免K出现隧道下部。

最好 K块交替放°与270°位置。

K块在右侧，左右油缸行程差25mm，K块在左侧，左右油缸行程差－25mm。

（2）盾构轴线与隧道轴线重合假设管片端面与隧道设计轴线的垂直面存在夹角θ，最不利的情况是两平面在水平面上的投影夹角为θ(顺时针为正)。

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。