通用环管片点位确定条件下千斤顶行程差范围计算及其对盾构机推进过程的控制.pdf

第36卷,第3期
中国铁道科学
Vol 36 No.3
015年5月
CHINA RAILWAY SCIENCE
May,2015
文章编号:1001-4632(2015)03-0051-07
通用环管片点位确定条件下千斤顶行程差范围
计算及其对盾构机推进过程的控制
胡长明,张文萃,梅源,陆征宇
(西安建筑科技大学土木工程学院,陕西西安710055)
摘要:为保证已计算出点位的待拼装管片可以顺利安装,基于盾构机与当前环管片和待拼装管片的空间
位置关系,建立盾尾间隙改变量的计算模型;通过计算1环管片推进结東后盾构机千斤顶行程差和待拼装管片
点位导致的盾尾间隙改变量,结合当前环管片拼装后盾构机的实际轴线与设计轴线的位置关系,给出管片点位
确定条件下设定“盾尾间隙允许值”的千斤顶行程差范围计算方法;根据计算结果控制盾构机的推进过程。以
宁波城市轨道交通2号线1期工程为例,验证了计算方法的可行性。根据工程实例,进一步给出了点位确定条
件下保持盾尾间隙不变这种特殊情况下的行程差计算方法和计算结果;在实际工程中,可参考特殊情况下的计
算结果选择合适的千斤顶行程差,控制盾构机的推进过程。
关键词:地下铁道;盾构隧道;盾构机推进控制;盾尾间隙;千斤顶行程差;管片点位
中图分类号:U455.43文献标识码:A
doi:10.3969/j.isSn.1001-4632.2015.03.09
盾构法隧道施工对地面扰动小,施工速度快,了顶进推力的计算方法及其影响因素;戴志仁?在
在软土地层城市隧道建设中已经成为首选的隧道施理想的同步注浆条件和不计浆液性状变化影响的前
工方法。作为隧道衬砌形式之一的通用襖形管片,提下,将盾尾后方管片受到的总上浮力分为随地层
由于模具成本低,可拟合不同半径曲线,施工调整条件和隧道埋深而变化的广义动态上浮力以及由液
方便,已逐渐应用在国内外工程。盾构隧道通用环态浆液包裹而产生的静态上浮力两部分,并推导出
管片施工中,在计算出纠偏曲线以及管片和盾构机这2种上浮力的计算公式;李向红?对盾构掘进
的相关参数后,盾构机的推进过程将直接影响待拼过程中土舱内外土压力的相关关系、刀盘扭矩和推
装管片的安装。如果盾构机推进不合理,可能会导力的变化及其影响因素进行了试验研究,同时分析
致计算出点位的管片无法被顺利拼装。因此,研究了不同刀盘开口率对盾构总推力和刀盘扭矩的影响
盾构媵道通用环管片点位确定条件下的盾构机推进规律。除此之外,文献[11-16]对通用环管片选
过程控制具有重要的工程意义
型、轴线拟合和管片力学性能等问题做了大量基础
国内外对通用环管片施工及盾构机推进问题的性研究。这些研究取得了一定的成果,但对通用环
研究已取得了一些成果「。在通用环管片施工技管片施工的研究大多集中在管片测量、结构优化
术方面,赵国旭等的对管片厚度、管片环的整体偏排版纠偏与管片选型等,对盾构机推进过程控制少
转、管片分块与接头位置、管片拼装方式等进行了有涉及。
设计优化;朱成辉等?分析了管片的分块、封顶块
当盾构机推进当前环管片结束后,通常先计算
位置、管片尺寸等构造设计原理;张志华利用坐下一环管片的点位,然后盾构机再推进施工。但
标系变换理论,根据施工中管片的拼装点位参数,是,当下一环管片的点位确定后,目前还没有成熟
推导出管片排版计算方法。在盾构推进方面,徐前的下一环管片盾构推进过程控制的方法,从而可能
卫8从土压平衡盾构机的掘削工作机理人手,研究导致计算出点位的管片无法顺利拼装。因此,本文
收稱日期:2014-05-10;修订日期:2014-12-17
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51408463);西安建筑科技大学科技项目(QN1409,RC1375);包头市科技计划项目
(2011X1006)
作者简介:胡长明(1963),男,河南信阳人,教授,博士研究生导师
中国铁道科学
第36卷
基于盾构机推进结束后千斤顶行程差和待拼装管片的干斤顶行程差控制盾构机的推进过程。
引起的盾尾间隙改变量,结合当前环管片拼装后盾1.3盾尾间隙的计算
构机实际轴线与设计轴线的位置关系,给出管片点
1)当前环管片推进结束后脱出盾尾处盾尾间
位确定条件下设定盾尾间隙允许值的千斤顶行程差隙的计算
范围计算方法,根据计算结果控制盾构机的推进过
推进结束后脱出盾尾的盾尾间隙计算如图2所
程,确保管片顺利拼装。
示。由图2可知,以已拼装管片与千斤顶的接触面
作为计算基准面,人工测量得到盾构推进完成后盾
盾构机推进过程控制指标的计算尾间隙a1。不考虑其他原因引起的盾构机位移,
由几何关系可得脱出盾尾时盾尾间隙a2为
1.1通用环管片及其点位
通用环管片是指在整条隧道施工中只使用1种其中
具有一定模形量的管片树砌。管片组装时,只需要
将通用禊形管片旋转并有序组合,就能满足直线
圆曲线以及缓和曲线等各种设计线形的需要。其特
B
2D
点是模具成本低,施工灵活。每环衬砌由数片管片
装配而成,封顶块位置就是选择的点位,决定了管
式中:△s为千斤顶行程差,mm;B为管片宽度,
片旋转的角度,不同点位组合可以拟合不同的设计
nm;D3为千斤顶组的直径,mm;D.为管片直
线路。
径,mm;お为通用环管片双边楔形量,mm;N1为
1.2指标选择
已拼装管片点位。
1)盾尾间隙
对于上侧和右侧的盾尾间隙,41和d2取正
管片在盾尾中先拼装成环然后被推出盾尾,而
值,对于下侧和左侧的盾尾间隙,d1和d2取
盾构机在掘进过程中总有一定的偏移量,这就要求负值。
千斤行程差引起的盾尾间改变fd
可测的间
盾壳和管片外表面之间应保持一定的空隙,这个空
隙称为“盾尾间隙”,即成型管片前端面的外环到
已拼装管片引起的尾间改变4
盾壳内环的最短距离,如图1所示。
盾尾隙
已拼装管片
钢丝刷
图2推进结東后脱出盾尾的盾尾间隙计算示意图
已拼装管片
2)下一环管片拼装完成后管片处盾尾间隙的
图1盾尾间隙示意图
计算
如果同时考虑到下一环管片拼装后的盾尾间
盾尾间隙是关系到管片能否顺利拼装的最重要隙,可以进一步对千斤顶行程差进行约束。以已拼
因素。如果盾尾间隙过小,盾构机在推进过程中,装管片与千斤顶的接触面作为计算基准面,测得盾
盾尾会与管片发生干扰,轻则加大盾构机向前推进构推进完成后的盾尾间隙a1。设下一环管片拼装
的阻力,重则将使管片错台甚至损坏,造成隧道渗完成后盾尾间隙为a3,由几何关系可得
漏或地表沉降,可见盾尾间隙对推进过程影响较
a3=a1+d1+d3
大,因此选择盾尾间隙作为计算千斤顶行程差的控其中
制指标。
2)千斤顶行程差
る-2分cosエ(NM2-1)
盾构机的推进过程其实质是千斤顶伸长量的分式中:d为待拼装管片引起的盾尾间隙改变量,
配过程。盾构推进主要依靠控制千斤顶伸长量,盾mm;N2为待拼装管片点位
构操作手对千斤顶行程差控制的精度可以达到士2
同样,对于上側和右侧的盾尾间隙,d3取正
mm,满足推进方案的可实施性。因此择千斤顶值,对于下侧和左侧的盾尾间隙,d3取负值。
行程差作为推进过程的控制指标,即通过计算得到