一种盾构管片排版及选型方法与流程

本发明涉及盾构施工，特别是涉及一种盾构管片排版及选型方法。

背景技术：

1、盾构隧道曲线部分是通过管片楔形量控制拟合出来的，而且从整个盾构掘进过程来看，盾构机是一个蛇形前进的过程，以隧道中心线为基准，考虑盾尾间隙的影响等因素，利用管片的楔形量不断调整盾构机姿态，确保成型隧道偏差在允许偏差范围内。

2、目前，国内的盾构隧道管片设计主流分为：“通用环”和“标准环+楔形环”两个主要类型。但是从曲线隧道部分的楔形量拟合原理来看，其理论基础还是一样的，区别仅在于封顶块位置选择的灵活度。

3、“标准环+楔形环”类型可以通过合理选择左、右楔形环类型并辅以标准环，封顶块全部选择上半圆的点位就能够满足整个曲线隧道管片排版和管片选型的要求，一定程度上便于管片拼装。但是管片厂需要设置至少左、右楔形环和标准环三种类型的管片生产模具。

4、“通用环”类型只有一种管片类型，管片厂只需要设置一个类型的管片生产模具即可。但是，在现场盾构隧道掘进施工中，管片排版和管片选型需要用到几乎整个圆上的所有的点位，才能拟合设计隧道的曲线要素。当所选择点位封顶块位置位于下半圆时，会在一定程度上增大拼装难度，进而会引起管片拼装质量下降。

5、因此，精确的管片排版和选型是盾构施工控制成型隧道质量，减少错台、开裂、渗漏水的关键。目前，管片排版和选型还是属于一种较为粗放的计算和管理方式，实际施工中考虑：①盾构机姿态与隧道中心线关系；②油缸的行程差(推进油缸+铰接油缸)；③盾尾间隙三个因素，大概判断一个趋向，用于推定管片拼装点位选择，并没有进行严格的计算。在直线段这种依靠经验，粗略估计进行选型，可能还不至于造成过于严重的成型隧道质量缺陷，但是在曲线段，尤其是曲线半径＜500m的小半径平曲线段掘进中，粗略估计进行选型，往往会造成轴线偏差超过设计限制、管片错台增加、甚至出现管片开裂的情况。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种盾构管片排版及选型方法，能够降低因管片选型不够准确造成的成型隧道错台、甚至管片开裂情况，提高成型隧道质量。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种盾构管片排版及选型方法，包括以下步骤：

3、根据管片设计参数确定管片数量、拟合最小曲线半径、转弯角度、楔形环与标准环的比值、以及楔形环上每一点的楔形量；

4、按照楔形环与标准环的比值作为参考，结合楔形环上每一点的楔形量计算出一个循环对应环数及循环内每环管片的最佳管片排版选择点位。

5、所述根据管片设计参数确定管片数量、拟合最小曲线半径、转弯角度、楔形环与标准环的比值、以及管片楔形面圆周上每一点的楔形量，具体包括：

6、将管环外径、管环宽度和最大楔形量作为管片设计参数；

7、根据所述最大楔形量、管环外径和管环宽度计算拟合一条圆环形隧道需要的最少管片数量；

8、根据所述最大楔形量和管环外径计算转弯角度；

9、根据最大楔形量、管环外径、管环宽度和线路转弯曲线半径计算楔形环与标准环的比值；

10、根据最大楔形量计算楔形环上每一点的楔形量。

11、所述拟合一条圆环形隧道需要的最少管片数量通过计算得到，其中，n为拟合一条圆环形隧道需要的最少管片数量，d为管环外径，l为最大楔形量。

12、所述转弯角度θ＝l/d*(180/π)通过计算得到，其中，θ为转弯角度，d为管环外径，l为最大楔形量。

13、所述楔形环与标准环的比值通过计算得到，其中，μ为楔形环与标准环的比值，r1为线路转弯曲线半径，l为最大楔形量，d为管环外径，w为管环宽度。

14、所述楔形环上每一点的楔形量通过计算得到，其中，x为楔形环上一点的楔形量，l为最大楔形量，楔形环上一点投影到楔形管片最窄处的一点所在圆形面p上的点与所述圆形面p的圆心的连线与楔形管片最窄处的一点与所述圆形面p的圆心的连线的夹角为b。

15、所述按照楔形环与标准环的比值作为参考，结合楔形环上每一点的楔形量计算出一个循环对应环数及循环内每环管片的最佳管片排版选择点位，具体为：

16、根据楔形环与标准环的比值确定标准环和楔形环的数量，选择拼装点位；

17、计算不同排版下的累计超前量，将累计超前量误差最小的排版作为循环对应环数的最佳管片排版，其中，超前量根据楔形环上拼接点位的楔形量计算得到。

18、有益效果

19、由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明通过对管片设计参数进行分析，得出各点位管片超前量的函数计算公式，用以精确计算所选型号的管片对应点位的左右超前纠偏楔形量和上下超前纠偏楔形量，通过对采用“标准环+楔形环”类型管片设计，确定针对某一小半径平曲线盾构隧道进行分析，给出分段最佳拟合管片排版计算方法，精确给出盾构隧道的最佳管片排版图，从而大大降低因管片选型不够准确造成的成型隧道错台、甚至管片开裂情况，提高成型隧道质量。

技术特征：

1.一种盾构管片排版及选型方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的盾构管片排版及选型方法，其特征在于，所述根据管片设计参数确定管片数量、拟合最小曲线半径、转弯角度、楔形环与标准环的比值、以及管片楔形面圆周上每一点的楔形量，具体包括：

3.根据权利要求2所述的盾构管片排版及选型方法，其特征在于，所述拟合一条圆环形隧道需要的最少管片数量通过计算得到，其中，n为拟合一条圆环形隧道需要的最少管片数量，d为管环外径，l为最大楔形量。

4.根据权利要求2所述的盾构管片排版及选型方法，其特征在于，所述转弯角度θ＝l/d*(180/π)通过计算得到，其中，θ为转弯角度，d为管环外径，l为最大楔形量。

5.根据权利要求2所述的盾构管片排版及选型方法，其特征在于，所述楔形环与标准环的比值通过计算得到，其中，μ为楔形环与标准环的比值，r1为线路转弯曲线半径，l为最大楔形量，d为管环外径，w为管环宽度。

6.根据权利要求2所述的盾构管片排版及选型方法，其特征在于，所述楔形环上每一点的楔形量通过计算得到，其中，x为楔形环上一点的楔形量，l为最大楔形量，楔形环上一点投影到楔形管片最窄处的一点所在圆形面p上的点与所述圆形面p的圆心的连线与楔形管片最窄处的一点与所述圆形面p的圆心的连线的夹角为b。

7.根据权利要求1所述的盾构管片排版及选型方法，其特征在于，所述按照楔形环与标准环的比值作为参考，结合楔形环上每一点的楔形量计算出一个循环对应环数及循环内每环管片的最佳管片排版选择点位，具体为：

技术总结
本发明涉及一种盾构管片排版及选型方法，包括以下步骤：根据管片设计参数确定管片数量、拟合最小曲线半径、转弯角度、楔形环与标准环的比值、以及楔形环上每一点的楔形量；按照楔形环与标准环的比值作为参考，结合楔形环上每一点的楔形量计算出一个循环对应环数及循环内每环管片的最佳管片排版选择点位。本发明能够降低因管片选型不够准确造成的成型隧道错台、甚至管片开裂情况，提高成型隧道质量。

技术研发人员：徐岩军,林海荣,吴小燕,覃旭,汪慧琴,刘超,李永进
受保护的技术使用者：徐岩军
技术研发日：
技术公布日：2024/3/27