地铁隧道经常使用管片特点与选型计算.docx
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地铁隧道经常使用管片特点与选型计算
地铁隧道经常使用管片特点与选型计算
(王国义中铁十三局集团第二工程,广东深圳518083)
内容提要:
盾构作为地铁隧道施工的要紧设备在中国迅速进展,管片作为地铁隧道的永久衬砌应用超级普遍,管片选型的好坏直接阻碍到地铁隧道的精度和质量,乃至达到隧道从头修改设计线路的严峻后果。
从此刻最经常使用管片的特点开始着手,着重讲述现今应用普遍的等腰梯形转弯环管片的楔形量计算、管片排版计算及盾构管片选型依据,第一次提出依如实际拼装管片和设计隧道中心线的偏离值与盾构自动导向系统生成管片的误差相较较,校核人工测量和盾构自动导向测量的准确性理论,对地铁盾构施工有必然的指导作用。
关键词:
管片;转弯环;楔形量;选型;校核
1引言
在国内各大城市地铁隧道工程中,目前已愈来愈多地开始利用盾构来掘进区间隧道,用预制钢筋混凝土管片[1]作为永久衬砌。
成型管片的质量直接关系到隧道的质量,而隧道的成型质量直同意到管片选型好坏的阻碍。
这就需要在盾构施工中把握管片技术参数及管片楔形量计算知识,达到能够灵活选用盾构[2]管片,保证盾尾间隙和管片成型质量之目的,同时实际成型隧道位置是不是正常直接阻碍到隧道的最终验收及利用。
2经常使用地铁管片的特点
目前在地铁隧道盾构施工中,各个大中城市要紧采纳标准环和转弯环管片对设计隧道平纵曲线拟合,管片一样分为标准环、左转弯环、右转弯环三种管片,每环管片一样由六块管片组成,三块标准块,两块邻接块,一块封顶块,由盾构上的拼装机[3]拼装成一个整环(如图1)。
地铁经常使用管片技术参数(如表1)
表1地铁经常使用管片技术参数
管片长度
1500mm
管片内径
5400mm
管片厚度
300mm
盾尾内径
6150mm
管片外径
6000mm
转弯环截面
等腰梯形
转弯环最大楔形量
38mm
标准盾尾间隙
75mm(海瑞克盾构)
图1右转弯环管片示用意
管片拼装点位的散布
管片成型的隧道为了能够达到专门好的线形,完成隧道的左转弯、右转弯、上坡、下坡等功能,需要利用不同的楔形量管片[4],这就要求转弯环管片有不同的位置来达到此目的。
此刻经常使用的地铁管片一样采纳错缝拼装,有10个点位,来达到转弯所需要的不同楔形量。
管片拼装点位是以封顶块的中线位置来表达的(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[5]。
为了能够顺利拼装管片,左转弯环或右转弯环一样拼装一、二、3、八、九、10这六个点位。
图2管片拼装点位图
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。
转弯环端面是在同一个平面上,只是管片长度是从1481mm至1519mm的一个均匀转变进程。
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,依照转弯环的设计可知此拼装点位时右转弯的楔形量&与AB处的楔形量相等,现在最大的楔形量在C处,值为38mm。
图3管片楔形量示用意
右转弯楔形量&的计算公式为:
lOH=lOA×CosX;
lOH/lOC=lFH/lGC;
lFH=lOH×lGC/lOC=lGC×CosX;
&=4×lFH=38×CosX;
依照此计算公式能够算出不同点位右转弯的楔形量,利用此计算方式也能够推算出上下转弯的楔形量,不同点位右转弯环计算楔形量结果如下表(表2)。
表2右转弯环楔形量计算表
单位:
mm
点位
10点
1点
2点
9点
8点
3点
左侧长度
1518.07
1511.17
1511.17
1500
1500
右侧长度
1481.93
1488.83
1488.83
1500
1500
楔形量
右弯
右弯
右弯
右弯
0
0
上侧长度
1494.13
1505.87
1515.37
1484.63
1481
1519
下侧长度
1505.87
1494.13
1484.63
1515.37
1519
1481
楔形量
上弯
下弯
下弯
上弯
上弯
38
下弯
38
依照计算可知采纳错缝拼装方式转弯环转弯的楔形量最大是36.14mm,而不是38mm。
左转弯环的情形与右转弯相反,那个地址就再也不列举。
通过管片不同点位的拼装,就能够够实现隧道的调向。
3管片排版
盾构掘进完成后需要拼装预先制作好的管片,因此管片必需有必然的储蓄,才能确保盾构掘进管片及时供给。
这就要求对生产的管片进行合理的排版[6],依照管片排版图,制定生产打算。
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。
固然在盾构管片拼装中尽可能利用最大楔形量的拼装点位(1点或10点),不需要转弯环时利用标准环拼装,如此拼装比较容易,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:
图4楔形量与转弯半径关系图
依照圆心角的计算公式:
X=180L/πR
式中:
L―――一段线路中心线的长度(mm)
R―――--曲线半径(mm),
X―――一圆心角
将圆心角公式代入得,
180×(1500-&/2)/[π×(R-3000)]=180×(1500+&/2)/[π×(R+3000)]
简化得楔形量与转弯半径关系公式:
(1500-&/2)/(R-3000)=(1500+&/2)/(R+3000)
R=9000000/&
将管片拼装的最大楔形量&=36.14mm代入上式计算得此转弯环管片的理论最大转弯半径为:
R=249032mm。
若是考虑此管片利用在250m转弯半径中,必需保证所有管片都拼装在1点或10点位,任何一环管片未拼装在此点位都会造成拼装的管片偏离设计隧道中心线(DTA)现象,同时盾构掘进姿态无任何误差,不能进行管片纠偏。
由于在盾构掘进中不可幸免存在纠偏现象,因此此转弯环管片能够利用的最大转弯半径为300m,这在以往的施工中是能够达到的。
管片理论排版
依照曲线的圆心角与转弯环产生的偏转角的关系(如图5),能够计算出区间线路圆曲线段的转弯环与标准环的排版方式。
图5标准环与转弯环关系图
转弯环偏转角的计算公式:
θ=2γ=2arctgδ/D
式中:
θ―――转弯环的偏转角
δ―――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δ=2=18.07mm代入得出θ=
将拼装2点或9点位楔形量数据δ=2=11.17mm代入得出θ=0.21333
依照圆心角的计算公式:
X=180L/πR
式中:
L―――一段线路中心线的长度
R―――曲线半径,取400m
而X=θ,将之代入,得出L=2.408m
上式说明,在400m的圆曲线上,每隔2.408m要用一环转弯环,由于转弯环长度为1.5米,因此所有转弯环管片在拼装最大楔形量点位的前提下,400米圆曲线理论排版为转弯环数量:
直线环数量=:
。
以此类推,能够算出任意转弯半径的理论管片排版。
管片生产打算制定
由于盾构掘进姿态不可能与设计隧道中心线(DTA)完全重合,当误差[8]快要超过许诺值时需要在理论排版的前提下利用更多的转弯环进行纠编,如此才能确保成型隧道中心与DTA大体重合。
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,采纳左右转弯环交叉拼装能够成近似直线隧道,利用标准环无法完成隧道的转弯,因此在制定管片生产打算时转弯环的生产量要大于理论排版量。
按以往盾构拼装体会来看,转弯环的实际用量要达到理论用量的~倍。
4盾构姿态的人工校核
盾组成型隧道水平许诺误差[7]小于或等于50mm,因此要求拼装的管片水平误差必需在许诺的范围内,也确实是盾构姿态必需在许诺的范围内。
盾构姿态的测量一样是盾构自动导向测量系统和人工测量两种方式相结合,避免产生测量错误。
由于地铁隧道比较长,基准点大部份在盾构始发点处。
若是在隧道内导点产生错误是很难发觉的,盾构自动导向测量系统也是基于人工测量的基础上的。
因这人工测量产生错误,盾构自动导向测量系统随着产生错误。
这就需要找到另一个方式对拼装的管片位置和设计隧道中心线(DTA)的偏离值与盾构自动导向系统测量生成的管片误差相较,若是相等,同时管片与盾尾间隙在正常范围内,说明盾构姿态是准确性。
若是不等,说明自动导向系统测量出的盾构姿态是错误的。
进而说明盾构自动测量系统存在问题,必需找出问题予以解决。
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相关于前一环中心线有一个偏离值,此值与楔形量有必然的关系(如图6)。
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:
L≈δ/2=&/4
式中,L―――转弯环中心线前端点相关于前一环中心线的偏离值;
δ―――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。
将转弯环拼装一、10点的楔形量&=36.14mm代入得偏离值L=。
也确实是说转弯环在拼装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。
将转弯环拼装二、9点的楔形量&=22.34mm代入得偏离值L=5.585mm。
也确实是说转弯环在拼装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5.585mm。
将转弯环拼装3、8点的楔形量&=0mm代入得偏离值L=0。
也确实是说转弯环在拼装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。
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上(掘进方向左为负,右为正),上一环实际拼装管片中心线与上一环理论设计管片中心线夹角为θ上(掘进方向左转为负,右转为正),实际拼装管片对应的理论设计管片中心线与上环理论设计管片中心线夹角为θ理(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管片中心线偏离值设为L理(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&Y。
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管片中心线夹角设为θ实(掘进方向左转为负,右转为正),求本环实际拼装管片中心线与对应理论设计管片中心线夹角θ(掘进方向左转为负,右转为正)和此环实际拼装管片中心线前端点与相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:
LY=&Y/4
L理=1500×tg(θ理)
θ=θ上+θ实-θ理
L=L上+LY-L理+1500×tg(θ上)
由计算式中能够看出,只要找到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L上和上一环实际拼装管片中心线与上一环理论设计管片中心线夹角θ上,依如实际拼装管片就能够够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计管片的夹角θ。
一环环计算下去,不管是直线段仍是曲线段都能够用此计算方式计算此偏离值和夹角。
假设实际拼装管片无错台的前提下,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误差值(应小于50mm)相等,若是不相等,说明人工测量或盾构自动导向系统测量有问题,马上查找缘故,给予解决。
说明:
以上所计算的偏离值事实上是水平偏离值,能够用以上方式再计算出垂直偏离值,两偏离值的平方和再开方确实是实际拼装管片前端点与设计隧道中心线的径向误差。
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
盾构管片选型要紧考虑理论排版、盾尾间隙、推动油缸行程差和铰接油缸行程差等条件,但要紧以理论排版和盾尾间隙为主。
依照体会,在直线段以盾尾间隙为主,在缓合曲线和圆曲线段以理论排版为主。
实际拼装管片与设计隧道中心线偏离值的计算最好从盾构始发开始每环都要计算,以校核自动导向系统测量的准确性,当计算出的θ值大于°或小于°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-50mm时,需要拼装转弯环进行调整,以保证拼装的管片在许诺误差内。
6终止语
中国各大城市盾构施工中普遍采纳标准环和转弯环进行管片拼装,形成永久的地铁隧道。
盾构施工者只有熟练把握管片技术参数,计算各拼装点位的楔形量,合理进行管片排版与选型,才能保证管片的正常供给与盾构掘进。
对实际拼装管片与设计隧道中心线偏离值与盾构自动导向系统生成的管片误差相较较,能够对人工测量和自动导向系统测量进行校核,避免由于测量错误带来的严峻后果。
参考文献:
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