1、地鐵隧道常用管片特點與選型計算內容提要：盾構作為地鐵隧道施工的主要設備在中國迅速發展，管片作為地鐵隧道的永久襯砌應 用非常廣泛，營片選型的好壞直接影響到地鐵隨道的精度和質星，甚至達到隧道靈新修改設計線路 的嚴愛后果。從現在最常用管片的特點開始看手，舊靈講述現今應用普遍的等腰梯形轉彎環營片的 楔形量計算、管片排版計算及盾構管片選型依據*首次提出根據實際拼裝管片和設計隧道中心線的 偏離值與質構自動導向系統生成管片的偏差相比較，校核人工測量和盾構自動導向測i的準確性理 論.對地鐵盾構施工有一定的指導作用。關鍵詞： 管片；轉穹環；楔形量；選型；校核 1引言在國內各大城市地鐵隧道工程中，目前已越來越多地

2、開始使用盾構來掘進區間隧道，用預制鋼 筋混凝上管片作為永久襯砌。成型皆片的質量宜接關系到隧道的質量，而隧逍的成型質量直接受 到管片選型好壞的影響。這就需要在盾構施工中掌握皆片技術參數及笛片楔形量il算知識，達到能 夠靈活選用盾構皆片，保證盾尾間隙和笛片成型質量之目的，同時實際成型隧逍位苣是否正常宜 接影響到隧道的最終驗收及使用。2常用地鐵管片的特點目前在地鐵隧道盾構施工中，齊個大中城市主要采用標準環和轉彎環管片對設計隧道平縱曲線 擬合，管片一般分為標準環、左轉彎環、右轉彎環三種管片，每環皆片一般由六塊管片組成，三塊 標準塊，兩塊鄰接塊，一塊封頂塊，由盾構上的拼裝機迅拼裝成一個整環（如圖1） &

3、#176; 2.1地鐵常用管片技術參數（如表1）表1地鐵常用管片技術參數管片長1500S&D管片內徑5 lOOmm管片用度300am馬尾內徑GloOmm管片外徑6000sb&轉彎環截面等腰梯形«彎環fit人形ft3 Sam標準 JfifgfuJI®75 H（海瑞克Jfift）圖1右轉彎環管片示意圖8 I Zj2.2管片拼裝點位的分布管片成型的隧道為了能夠達到很好的線形，完成隧道的左轉彎、右轉彎、上坡、下坡等功能, 需要使用不同的楔形量管片這就要求轉彎環管片有不同的位苣來達到此目的。現在常用的地鐵笛片一般采用錯縫拼裝，有10個點位，來達到轉彎所需要的不同楔形量

4、。管片 拼裝點位是以封頂塊的中線位置來敘述的（管片拼裝點位如圖2）,轉彎環不同的拼裝點位在平曲線 中有不同的楔形量，達到不同的轉彎半徑：S為了能夠順利拼裝管片，左轉彎環或右轉彎環一般拼裝1、2、3、8、9、10這六個點位。圖2管片拼裝點位圖2.3管片楔形量的計算管片左右長度或上下長度的差值叫做管片的楔形量。拼裝點位不同楔形量不同，以右轉彎環為 例計算各個點位轉彎的楔形量。轉彎環端而是在同一個平而上，只是管片長度是從HSlnrni至1519mm的一個均勻變化過程。假 設右轉彎環拼裝某一個點位（如圖3）, X為該點位時與橫軸夾角，&為右轉彎的楔形量，根據轉彎環 的設計可知此拼裝點位時右轉彎

5、的楔形量&與AB處的楔形量相等，此時最大的楔形量在C處，值為38mmo第5貢共10貢圖3管片楔形量示意圖右轉彎楔形量&的計算公式為: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轉彎的根據此il 算公式可以算出不同點位右轉彎的楔形量, 楔形量，不同點位右轉彎環訃算楔形量結果如下表（表2）。表2右轉彎環楔形量計算表敢位S mm點位10點1點2點9點8點3點左側長151S. 07151S. 211511, 171511, 1715001500右側長

6、度1181.9311S1. 751483, S31133, S315001500右彎右彎右彎右彎抵形tt0036 1136. 1122. 3122. 31上測長皮1191. 131505. 871515, 371181 631(311519卜側長度1505. 871191. 13l is t 631515, 37151911S1上彎卜丹卜彎上彎上彎卜彎楓形«1L MIt M30. 7430. 74383S根據訃算可知采用錯縫拼裝方式轉彎環轉彎的楔形量最大是36. 14mm,而不是38mnu左轉彎環的情況片右轉彎相反，這里就不再列舉。通過管片不同點位的拼裝，就可以實現隧道的調向。3管片

7、排版盾構掘進完成后需要拼裝預先制作好的管丿h因此管片必須有一世的儲備，才能確保盾構掘進管片及時供應。這就要求對生產的管片進行合理的排版亠根據皆片排版圖.制定生產計劃。3. 1楔形量與轉彎半徑的關系不同的拼裝點位有不同的楔形量，不同的楔形量可以拼裝出不同半徑的曲線。當然在盾構管片拼裝中盡量使用最大楔形量的拼裝點位（1點或10點），不需要轉彎環時使用標準環拼裝，這樣拼裝比較容易，同時理論排版和實際排版才能接近。楔形量與轉彎半徑關系（如圖4）的計算公式如下:依照曲線的圓心角與轉彎環產生的偏轉角的關系（如圖5）,可以計算出區間線路圓曲線段的轉 彎環與標準環的排版方式。D=6000nim圖5標準環與轉彎

8、環關系圖轉彎環偏轉角的計算公式:0 =2 Y =2arctg 5/D式中:0轉彎環的偏轉角5轉彎環的最大楔形量的一半D管片直徑將拼裝1點或10點位楔形量數據5 =36. 14/2=1 & 07mm代入得出0 =0. 3451將拼裝2點或9點位楔形量數據5 =22. 34/2=11. 17mm代入得出0 =0. 21333根據圓心角的訃算公式:X=180L/nR式中：L段線路中心線的長度R曲線半徑，取400m而X= 0 ,將之代入，得出L=2. 408m上式表明.在400m的圓曲線上，毎隔2. 408m要用一環轉彎環，由于轉彎環長度為1. 5米，因此所有轉彎環皆片在拼裝最大楔形量點位的前

9、提下，400米圓曲線理論排版為轉彎環數量：直線環數量=15： 0.908。以此類推，可以算出任意轉彎半徑的理論管片排版。3. 3管片生產計劃制定由于盾構掘進姿態不可能與設計隧道中心線（DTA）完全重合，當偏差“:快要超過允許值時需要在 第6頁共10頁理論排版的前提下使用更多的轉彎環進行糾編，這樣才能確保成型隧道中心與DTA基本重合。同時 轉彎環管片為了保證上下盾尾間隙還要拼裝2點、3點、8點、或9點位，采用左右轉彎環交叉拼裝 可以成近似宜線隧逍，使用標準環無法完成隧逍的轉彎.因此在制世管片生產計劃時轉彎環的生產 量要大于理論排版量。按以往盾構拼裝經驗來看，轉彎環的實際用戢要達到理論用量的1.

10、3-1. 5倍。4盾構姿態的人工校核盾構成型隧道水平允許偏差:巧卜于或等于50mm,因此要求拼裝的皆片水平偏差必須在允許的范 闈內也就是盾構姿態必須在允許的范帀內。盾構姿態的測量一般是盾構自動導向測量系統和人工 測量兩種方法相結合，防止產生測量錯誤。由于地鐵隧道比較長，基準點大部分在盾構始發點處。如果在隧道內導點產生錯誤是很堆發現 的盾構自動導向測量系統也是基于人工測量的基礎上的。因此人工測量產生錯誤.盾構自動導向 測量系統跟著產生錯誤。這就需要找到另一個方法對拼裝的管片位置和設計隧逍中心線（DTA）的偏 離值與盾構自動導向系統測量生成的管片偏差相比.如果相等，同時皆片與盾尾間隙在正常范帀內

11、說明盾構姿態是準確性。如果不等，說明自動導向系統測量出的盾構姿態是錯誤的0進而說明盾構 自動測量系統存在問題，必須找出問題予以解決。4. 1轉彎環水平楔形量與水平偏離值的關系轉彎環由于楔形量的存在造成此環中心線前端點柑對于前一環中心線有一個偏離值，此值與楔 形量有一泄的關系（如圖6）。D=6000mni圖6楔形量與偏離值關系圖計算得出楔形量與偏離值的關系公式為：Lfi/2 =&/4式中，L轉彎環中心線前端點相對于前一環中心線的偏離值:«此拼裝點位下轉彎楔形量的一半:&此拼裝點位下轉彎楔形量。第7貢共10貢將轉彎環拼裝1. 10點的楔形量&=36. 14tnm代

12、入得偏離值L=9. 035o也就是說轉彎環在拼裝1點 或10點位時此轉彎環前端點中心點偏離前一環中心線9. 035mm。將轉彎環拼裝2、9點的楔形量&=2234nim代入得偏離值L=5 585mm。也就是說轉彎環在拼裝2 點或9點位時此轉彎環前端點中心點偏離前一環中心線5. 585mnu將轉彎環拼裝3、8點的楔形量&Rmm代入得偏離值L=0。也就是說轉彎環在拼裝3點或8點位 時此轉彎環前端點中心點與前一環中心線重合。4.2實際拼裝管片與設計隧道中心線偏離值的計算如圖7,設單環管片長度為1.5米，上一環實際拼裝管片中心線前端點與設計隧道中心線偏離 值為L匕（掘進方向左為負，右為正

13、），上一環實際拼裝管片中心線與上一環理論設il管片中心線夾 角為Oh （掘進方向左轉為負，右轉為正人實際拼裝管片對應的理論設訃笛片中心線與上環理論設 計管片中心線夾角為0耳（掘進方向左轉為負，右轉為正），此環管片中心線前端點與上環理論設計 皆片中心線偏離值設為（掘進方向左為負，右為正）：設實際拼裝管片Y點，轉彎楔形量為婦。實際拼裝管片中心線前端點與上環實際拼裝管片中心線偏離值設為Ly（掘進方向左為負，右為正）, 實際拼裝管片中心線與上環實際拼裝笛片中心線夾角設為0食（掘進方向左轉為負，右轉為正），求 本環實際拼裝管片中心線勾對應理論設訃笛片中心線夾角0 （掘進方向左轉為負，右轉為正）和此 環實

14、際拼裝©片中心線前端點與根應設計隧道中心線偏離值L （掘進方向左為負右為正）。計算得:L y=&y/4LF?=1500Xtg(0 W)L = L上+Ly-L殲+1500Xtg(0 I)由訃算式中可以看出，只要找到上一環實際拼裝管片中心線前端點與設il隧道中心線偏離值L匕 和上一環實際拼裝管片中心線與上一環理論設訃笛片中心線夾角0 "根據實際拼裝管片就可以計算 出已經拼裝管片前端點中心與設計隧道中心線的偏離值L和本環實際拼裝管片中心線與相應理論設 il管片的夾角0 O 一環環i|算下去，無論是直線段還是曲線段都可以用此計算方法計算此偏離值和 夾角。假設實際拼裝管片無錯

15、臺的前提下，此偏離值L應該與盾構自動導向系統測量計算生成的實 際拼裝管片的水平偏差值（應小于50mm）相等如果不相等，說明人工測量或盾構自動導向系統測 量有問題，馬上査找原因，給予解決。說明：以上所計算的偏離值實際上是水平偏離值，可以用以上方法再汁算出垂宜偏離值，兩偏 離值的平方和再開方就是實際拼裝管片前端點與設計隧道中心線的徑向偏差。第S貢共10貢圖7實際拼裝管片與設計隧道中心線偏離值圖5管片選型盾構管片選型主要考慮理論排版、盾尾間隙、推進油缸行程差和校接汕缸行程羌等條件，但主要以理論排版和盾尾間隙為主。根據經驗，在直線段以盾尾間隙為主，在緩介曲線和圓曲線段以理論排版為主。實際拼裝管片與設計

16、隧道中心線偏離值的計算最好從盾構始發開始毎環都要汁算，以第9貢共10貢校核自動導向系統測量的準確性，當計算出的0值大于03451°或小于-0. 345r時，需要拼裝轉彎1點或10點位對管片進行調整當計算出的L值大于50mm或小于一50mm時，需要拼裝轉彎環進行訓整，以保證拼裝的管片在允許偏差內。6結束語中國各大城市盾構施工中普遍采用標準環和轉彎環進行行片拼裝形成永久的地鐵隧道.盾構施工者只有熟練掌握管片技術參數，計算齊拼裝點位的楔形量，合理進行管片排版與選型，才能保證行片的正常供應與盾構掘進。對實際拼裝管片與設訃隧逍中心線偏離值與盾構自動導向系統生成的管片偏差相比較，可以對人工測量和自動導向系統測量進行校核.防止由于測量錯誤帶來的嚴重后果。參考文獻： 張反I禪,朱合華Jg毎賜.S構瞇道M人民交運出版比2004 王S義成1血鐵廚栩sits迺 髓道建設，2008,28（4） : 501504. 竺維影，«世健筆復含阪中的盾構施工技術【M】.zltM :中B科輸