《管片基础知识与管片选型课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《管片基础知识与管片选型课件.ppt（63页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、管片基础知识,?,主讲人：向远,一、管片概述,二、管片选型相关基础知识,三、管片选型方法,四、管片拼装,1.1,、管片简介,盾构法隧道的衬砌一般有预制混凝土管片和挤压混凝土衬砌两种形式。采,用预制混凝土管片组装隧道衬砌具有质量易于保证、便于机械化操作等优点，因,而得到广泛应用。,管片又称为盾构隧道的一次衬砌，作为隧道的衬砌，是隧道的临时支护或永,久支护的一部分。,管片属技术含量高，工艺和品质要求都特别高的钢筋混凝土构件，被业界称,为混凝土预制构件中的“工艺品”，其强度、抗渗性、几何尺寸、表观质量等方,面的要求都非常严格。,1.2,、管片的分类,管片型式可从结构层数、成环形式、制作的材料、每环块
2、数来划分各种不同的管片型式。现着重讲述管,片特点，下面对三种不同材料制成的管片作介绍。,2.1,、球墨铸铁管片,球墨铸铁管片强度高、延性好、易铸成薄壁结构，管片重量轻，搬运安装方便，管片精度高，外形准确，,防水性能好，但加工设备要求高、造价大，早期盾构应用较多，现国内已很少见。,2.2,、钢管片,主要用型钢或钢板焊接加工而成，其强度高，延性好，运输安装方便，精度稍低于球墨铸铁管片，但施,工时在施工应力作用下易变形，在地层内也易锈蚀。,2.3,、钢筋混凝土管片,该种材料制作而成的管片有一定强度，加工制作比较容易，耐腐蚀，造价低，是地铁隧道最常用的管片,型式，但较笨重，在运输、安装施工过程中易损坏
3、。,常,见,钢,管,片,钢,筋,混,凝,土,管,按,其,他,分,类,的,一,些,管,片,1.3,、地铁盾构隧道常用管片的特性,1,.,3.1,、管片直径、厚度、环宽,（,1,）管片的直径,一般根据隧道的功能要求确定设备限界、建筑限界，根据变形和工艺要求，进而确定结构限界，明确最,小隧道内径；,（,2,）管片的厚度,根据确定的隧道的最小内径，然后按照,5,6,D,确定管片的厚度，并可以根据配筋等条件进行适当的调,整,350mm,（上海，天津，杭州，南京，武汉，宁波）,300mm,（北京，广州，深圳）,250mm,（台湾，新加坡）,（,3,）管片的环宽,如有条件，管片尽可能宽点，以提高施工速度，节
4、约造价。目前国内单圆中型地铁盾构隧道主要以,1200mm,和,1500mm,为主。,管片宽度主要取决于掘进机和隧道直径，如果管片过宽，则机械过长，灵敏性差。而且管片运输困难。,管片的宽度必须与盾构机相匹配：与盾构机的千斤顶行程匹配；宽度大，管片重，需与管片拼装机的能,力匹配；,管片宽度大，一次出渣量大，为提高掘进效率，必须尽快把渣土运输出去，因此水平运输系统和垂直运,输系统应匹配合理，以利于发挥效率。,1.3.3,、管片分块,管片的分块不宜过多，这样拼状时间长，材料用量也大；也不宜过少，这样管片体量过,大，不利于拼状和运输。对于中等直径盾构，一般采用六分块：一块封顶块,+,二块邻接块,+,三块
5、,标准块。,管片分块必须重点考虑,K,块的设计，是采用大封顶块，还是采用小封顶块，需根据螺栓的设,置、千斤顶的行程控制、手孔的布置以及封顶块的拼状方式进行总体综合考虑。,封顶块的设计需要考虑管片的拼状条件，一般条件下，最后拼状封顶块时，,k,块和两侧邻接,块在任何部位两者间的最小水平间隙不宜小,5mm,。,1.3.4,、衬砌环组合方式,区间盾构隧道的线路拟合是通过不同的管片衬砌环组合来实现的。线路的拟合包括平、,竖曲线两个方面。一般有三种管片组合方法来模拟线路，这三种管片组合方法应该说都是可,行的。采用哪一种方法，一方面取决于设计施工习惯，另一方面取决于区间的线路曲线情况。,一般而言，采用标准
6、衬砌环十左转弯衬砌环十右转弯衬砌环组合施工更方便，但管片的,生产数量控制相对复杂一些，管片模具的利用率可能低一些；采用万能管片，由于只需要一,种模具，模具的利用率高，管片的生产控制单一，但管片的拼装相对复杂。,1.3.5,、管片楔形量,楔形量表示一环管片锥度大小，其数值等,于楔形环最大宽度与最小宽度之差,。一般带,有楔形量的管片我们称之为转弯环，没有楔形,量的我们称之为标准环。,标准环（环宽处处相等）与楔形环的不,同之处在于从拼装好的一整环管片顶部看，标,准环在平面上的投影为一矩形，而楔形环在平,面上的投影为对称的梯形，梯形长边比短边长,在管片拼装时，如果正在安装的一环管片为,楔形环，每拼装一
7、环将会在管片最宽和最窄的,两处间产生,的超前量。,通过控,制管片,在各自,方向上,的超前,量，从,而实现,实现在,1.4,、管片连接方式,管片的连接通常采用螺栓连接，螺栓连接的数量块间一般,2-3,个，环间考虑地质情况、抗震要求等设,置，一般每块不少于,2,根，一环对于中小直径盾构控制在,10-16,个。,有时为满足错缝拼装要求，环间螺栓必须,360,度范围内均匀设置。,目前主要的连接方式为弯螺杆连接，上海等一些以通缝拼装的隧道管片用直螺杆连接。,1.5,、其他,管片标识设计：模具编号、块编号、直径或半径标识、螺栓孔位置标识等；,起吊孔或注浆孔设计，在中小直径盾构中，两者经常合一，注意起孔应设
8、置在管片的重心位置，避免,拼状时由于附加弯矩造成不稳定。,触面设计：是否设置榫槽；是否设置缓冲材料；防水槽位置和尺寸；嵌缝槽形状，定位棒等。,1.6,、本区间管片特征,本区间隧道管片采用通用环管片设计，为单层装配式钢筋混凝土衬砌，,C50,抗渗,P12,混凝土,衬砌圆环包括,1,块封顶块,F,，,2,块邻接块,B1,、,B2,、,3,块标准块（大三块）组成,A1,、,A2,、,A3,。,管片内径为,5500mm,，,外径,为,6200mm,，,厚度,为,350mm,，,环宽,为,1500mm.,A,块,-,标准块,B,块,-,邻接块,F,块,-,封顶块,隧道衬砌采用通用楔型环错缝拼装。楔形衬砌
9、环设计为双面楔形环，封顶块中间位置为管片,环宽度最小处，宽度为,1480mm,；中间标准块,(A2),的中间位置为管片环宽度最大处，宽度为,1520mm.,管片纵缝接触面设凹凸榫。,管片接缝连接采用弯螺杆连接，包括,16,个环缝连接螺栓（,M30,）和,12,个纵缝连接螺杆（,M30),环缝，纵缝面设有一道弹性密封垫槽及嵌缝槽,管片中间均设置有吊装孔，兼二次补强注浆的注浆孔。,凹凸榫的,好处是提,升隧道整,凹面,凸面,环向与纵向接触面单侧粘贴缓冲衬垫，有利于传力和保护管,片,2.1,、与管片相关的名词解释,纵向隧道的轴线方向；,径向隧道圆环的直径方向；,环向隧道圆环的圆周方向；,纵缝同环管片块
10、与块之间的缝；,环缝管片环与环之间的缝；,通缝拼装时后一环管片纵缝与前一环管片纵缝对齐；,错缝拼装时前后环纵缝错开；,环面管片圆环的环向面；,内弧面圆环的环向内面；,外弧面圆环的环向外面；,管片端头每块管片的二个纵向端面；,张角两块管片端面接头缝在径向向外张开称外张角，反之称内张角,喇叭两块管片端面接头缝在纵向向推进方向张开叫前喇叭，反之称后喇叭,踏步前后两环管片内弧面的不平整度；,张角两块管片端面接头缝在径向向外张开称外张角，反之称内张角,;,喇叭两块管片端面接头缝在纵向向推进方向张开叫前喇叭，反之称后喇叭,;,踏步前后两环管片内弧面的不平整度；,纵向螺栓环与环之间的连接螺栓；,环向螺栓同一
11、环管片块与块之间的连接螺栓；,椭圆度圆环垂直、水平两直径之差值；,超前量指圆环环面与推进设计轴线垂直度的误差，有上、下超前和左、右超前,2.2,、管片选型的概念,管片选型是指通过灵活选用盾构管片，从而满足拟合设计线路行进的要求，同时保,证管片的成型质量，达到满足验收及使用的目的。,本区间采用通用楔形管片拼装，每一环除了因埋深不同而配筋不同的区别以外，楔,形量的布置的都是完全相同的，只要通过,K,块位置的选择从而旋转管片调整管片在各个方,向上的超前量进行符合设计线路的行进，有别于标准环、转弯环设置的管片需要进行不同,类型的管片组合使用。因此此类管片选型的核心就在于选择,K,块拼装的点位。,2.3
12、,、,通缝与错缝的区别,按照相邻两环管片拼装缝的位置不同，管片的拼装可以分成两种形式，通缝拼装,和错缝拼装，通缝即每一坏与上一环相对的位置是完全重合的，错缝即上一环与下一,环之间的纵缝不能重合，错缝拼装比通缝拼装在工程应用上出现的晚，但由于它在承,受纵向力和保持成圆度方面比通缝拼装优越，所以在很多工程中被大量应用。本区间,管片亦是采用错缝拼装。,错缝拼装点位分布,所谓“拼装点位”，是指管片拼装时封顶块所在的位置。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,。,常见的管片环缝连接螺栓有,10,根和,16,根，本区间采用,16,个根环缝连接螺栓，螺栓孔,的沿管片圆周均匀分布，对应的
13、在圆周上一共有,16,个点位可以选择。,盾构隧道管片要求错缝拼装，相邻两环管片不能通缝。计算公式为：,M+3N+2,，其中,M,为上一环管片拼装的点位，,N,为常量，可取,0,、,1,、,2,、,3,、,4,、,5,，计算结果即为下一环,管片可选。,K1,K2,K3,K4,K5,K6,K7,K9,K11,K10,K8,K12,K13,K14,K15,K16,错缝拼装点位表,超前量是衡量当前管片的环面与隧道设计轴线是否垂直的指标，其可通过,实测后计算得到。,超前量的控制不当会导致拼装难、管片破裂、轴线偏差大和纠偏困难等问题。,在拼装中，主要是通过楔形管片的楔形量来计算出管片的超前量的变化，选,择
14、合理的管片拼装点位来使楔形的管片拟合设计线路。,2.4,、管片超前量,人工测量管片超前量,管片超前量示意图,任意点位楔形量的计算,本工程所采用的管片为带双面等腰楔形，楔形量为,40mm,。管片各点位的楔形量通用计算公式：,（式,1,）,式（,1,）中：,B,任意点位与最窄处（即,K,块中心）,之间的夹角如图所示。,当小角度时。式（,1,）可为简化,=20,（,1-,cos(B),楔形量表,拼装点,位,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,上超前,量,2.8,6.7,12.8,20,27.1,33.3,37.4,40,37.4,33.3,27.1,20,1
15、2.8,6.7,2.8,0,下超前,量,37.4,33.3,27.1,20,12.8,6.7,2.8,0,2.8,6.7,12.8,20,27.1,33,37.4,40,左超前,量,27.1,33.3,37.4,40,37.4,33.3,27.1,20,12.8,6.7,2.8,0,2.8,6.7,12.8,20,右超前,量,12.8,6.7,2.8,0,2.8,6.7,12.8,20,27.1,33.3,37.4,40,37.4,33.3,27.1,20,通过此公式我们可以算出在任意点位拼装其他点位楔形量的大,小，从而进行控制管片超前量，达到对管片轴线的调整。,2.5,、盾尾间隙,盾构施工中
16、管片的安装是在盾尾壳体的保护下在主机内部进行的，每环管片安装,完成后被推出盾尾（实际上是主机在已安装的管片提供的反力作用下向前推进），这,就要求盾壳和管片外径之间有一定的空隙，这个空隙称为“盾尾间隙”。,盾尾间隙的大小是盾构设计和管片设计时要考虑的一个重要内容：如果盾尾间隙,过大，注浆量也很大，对盾尾密封的要求也高；如果盾尾间隙过小，则主机与管片相,对姿态调整的余地就会很小，对掘进时方向的控制和管片选型的要求也会很高。,盾尾间隙能够直观的反映管片与盾尾相对位置的关系，同时对管片成型质量有,着直接的影响。,盾尾为一直径,6430mm,，厚度为,40mm,的钢筒，在末端安装由薄钢板和钢丝组成的三道
17、盾尾密,封，盾尾密封有很强的弹性和很大的压缩性，它的的作用有两个，一是保护已安装的管片，使,管片在密封的弹力握裹作用下保持稳定和形状；二是在注浆时防止浆液通过盾尾间隙进入主机,内部。,密封刷结构的最小厚度为,45mm,。管片的外直径为,6200mm,。如果管片的中心轴和主机的中心,轴完全重合时，则盾尾间隙的值为,30mm,。当管片的中心轴和主机的中心轴不重合时，也就是说,当它们的姿态不一致时，盾尾间隙就会变化。如果盾尾间隙变得非常的小，就会在主机与管片,间产生非常大的应力，造成管片错台，管片破裂，甚至盾尾密封损等严重后果，因此施工中我,们要时刻关注盾尾间隙的大小，以确保管片和盾尾结构的安全。实
18、际施工中要准确的测量盾尾,间隙是困难的，推进油缸零平面到盾尾密封位置的距离为,2.2,米，而施工中安装管片需要的油缸,行程一般只为,1.9,2.0,米，也就是说盾尾密封结构被管片遮住了，我们所能测量的为管片和盾,壳的间隙值，理想情况下的盾尾间隙测量值为,30mm+45mm=75mm,(a,）,（,b),用楔形管片进行,盾尾间隙调整的变化规律是与管片楔形量变化规律是统一的。增大楔形,量大处的间隙，楔形量越大的地方间隙调整越大,.,理论计算公式：,H=,（管片宽度,1.5m/,管片外径,6.2m,）,*,楔形量,，,可由,式（,1,）,算出。,2.6,、盾构机姿态,1.,盾构机姿态指的是盾构机与设
19、计轴线的偏差，是通过隧道导向系统测量和计算所,得。,2.,目前国内市场应用较多的测量系统为德国的,VMT,系统（海瑞克），日本的,ENZAN,演,算工坊（小松、石川岛等日系机）系统，上海力信系统（中铁装备、铁建重工）。,3.,盾构机姿态是盾构掘进控制的核心要素之一。,本区间采用的是,VMT,最新的导向系,统，工作原理是通过全站仪发射,的导向激光和激光标靶单位的角,度关系计算出掘进机的掘进方向，,结合实际应用的坐标换算出隧道,掘进机同设计轴线的偏差。,盾构机趋势,盾构机设定有两个虚拟参考点：前点、后点。前点在盾构机切口环处、后点在盾,构机中盾与尾盾的连接处。盾构自动测量系统会通过测量计算出盾构前
20、点和后点水平,和垂直的偏差。通过偏差我们可以计算出盾构机轴线的方向。即为盾构机趋势。,前点,O1,坐标,:X1,Y1,其中,X1,是水平偏差、,Y1,是垂直偏差,后点,O2,坐标,:X2,Y2,其中,X2,是水平偏差、,Y2,是垂直偏差,上述两坐标均由盾构机测量系统自动测量得出。,水平趋向、垂直趋向是角度值，数值以弧度来表示。,水平趋向,=,（,X1-,X2,）,/L L,为前后点的距离，约为,4.78,米。,垂直趋向,=,（,Y1-,Y2,）,/L L,为前后点的距离，约为,4.78,米。,2.6,、千斤顶行程,盾构机是依靠推进油缸顶推在管片上所产生的反力向前掘进的,推进油缸分布在主,机壳体
21、内部周围，掘进过程中调节不同位置推荐油缸中液压油的压力可以控制油缸的,伸出深度，从而控制盾构机主机的掘进方向和掘进速度，这就是掘进中姿态控制的基,本原理。,推进油缸一般分成上下左右四个分区，通过控制这四组个分区的油压大小，可使,不同区的推力大小不同，从而控制它们的推进速度，或使主机产生偏转按操作者意愿,向前掘进，在掘进完成后每个千斤顶均能单独控制完成管片拼装。,每一个掘进循环这四组油缸的行程的差值反应了盾构机与管片平面之间的空间,关系。,由上图可以看出,:,当管片平面不垂直于盾构机轴线时，各组推进油缸的行程就会有差异，当这个,差值过大时，盾构机给管片的反力产生了一定的侧向分力，盾构机姿态不好控
22、制，,拼装好的管片也容易破裂。因此我们在掘进和选择管片时要兼顾到推进油缸的行程，,一般行程差超过,50mm,后要及时进行调整，纠偏或曲线段可以放宽至,60mm,。,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。,我们管片选型的目的就是在保证管片质量的前提下尽量达到施工的最理想状态。,因此管片选型的原则可以归纳为：,（,1,）管片轴线拟合设计轴线,（,2,）盾尾间隙满足保证管片质量的要求,具体就是围绕盾构机根据盾构机姿态、千斤顶行程差和盾尾间隙来判断如何选,择点位。,通常情况下，盾尾间隙的变化与管片轴线和盾构机轴线偏差变化保持一致。,如图中所示，千斤顶上长下短，管片,端面上
23、短下长，管片轴线向上偏，会,使上部间隙逐步变小，下部间隙变大,如果下一环选择将楔形量最大的部位,拼在上部，这时上下千斤顶行程差变,小，同时对间隙的调整也是使增大上,部间隙。管片的轴线也和盾构机的掘,进轴线的夹角变小。,在这个摆动过程，会出现一侧行程长，但是间隙大的情况。此时应当以盾尾间,隙为主选择管片点位，使盾尾间隙大于最小值，以此来保证管片的成型质量。即将,楔形量大的地方拼在盾尾间隙小的地方。,但是当盾构机姿态处于纠偏时，姿态的变化过程为：,第一阶段，前点向纠偏方向摆动，后点反方向摆动；,第二阶段，前后点一起向纠偏方向摆动；,第三阶段，控制前点，让趋势放缓，后点逐渐靠近前点。,由于地层及盾构
24、机自身因素等，盾构机姿态常常需要纠偏，所以我们通常在选,择管片点位的时候主要以保证盾尾间隙在一个安全的范围内保证拼装质量为主，结,合掘进线路选择管片。,通常选择流程：,1,、确定掘进思路，即在此设计线路上准备对姿态做如何调整；,2,、分析盾尾间隙是否满足保证管片质量的要求，如不满足以调整间隙选择管片。,3,、分析千斤顶的行程差是否过大，过大时进行调整，如与间隙冲突应以间隙为主。,4.1,、管片拼装前的准备工作,(1),确认管片拼装机和推进千斤顶、管片吊机及相关的电器、液压系统是否能正常工,作，如有故障，通知现场电器工程师、机械工程师进行维修。,(2),拼装前对管片进行检查，首先查看管片的选型是
25、否正确，其次查看管片是否有损,伤，如缺边少角、裂纹等，止水胶条粘贴是否牢固，最后检查螺栓及垫片、防水胶,圈是否配套齐全、数量是否充足。,(3),拼装前检查盾尾是否清理干净以及管片表面泥污清理干净，防止影响拼装质量。,(4),推进油缸行程是否到位，满足下一环拼装所需要求（一般要求大于,1900mm),。,4.2,、管片拼装流程：,1.,按照先下后上，左右加叉在最后塞入封顶块的顺序选择管片拼装的顺序；,2.,收回待拼装管片对应位置的千斤顶，每次回收的千斤顶的个数不能超过千斤顶总数,的一半，即每次收回的千斤顶个数不超过,7,个；,3.,用管片吊机安全搬运管片至拼装的部位，管片拼装手操作管片拼装机镶嵌
26、管片到拼,装部位,;,4.,在距离上一环管片,3cm,左右的地方对管片进行微调，调整管片平面与上一环管片齐平，,保证不挤坏止水胶条，控制管片纵向和横向接缝错台在,5mm,以内；,5.,对齐螺栓孔，穿入环向、纵向螺杆，套入防水胶圈和螺栓垫片，带紧螺帽，确保每,根螺栓两头都穿有垫片和防水胶圈，控制千斤顶伸出顶住拼装好的管片；,6.,按照以上方法依次拼装其他块管片。拼装完成后，待下一环掘进至,1020cm,时，使,用气动扳手或快速扳手（加力杆）按照先环向后纵向的方式复紧螺栓，控制螺栓外露,丝扣不少于,3,个丝。,管片拼装容易出现的问题：,1,、环面不平整,环面不平整是指相邻两块管片环面不平，引起原因
27、是环面不清理不认真，有泥或杂,物,(,包括已成环及新拼块上,),。,2,、纵缝质量不符合要求,由于在拼装时管片位置安放不正，管片弧长上单头有杂物压于环面内（盾尾未清理干,净）。纵缝质量问题主要有前后喇叭、内外张角、内弧面不平整及纵缝过宽等几项。,3,、管片旋转,由于拼装习惯等原因造成的管片旋转，施工车架同时伴随倾斜，同时对管片成环，也,带有不同程度困难；,4,、管片的缺角、掉边及断裂,一是由于在拼装纵向靠拢，由于前一环环面不平，靠拢千斤顶选择位置不当或顶力过,大，二是由于第一块管片落底不够，使封口尺寸较小，封顶块纵向插入时就需硬顶入，,这时极容易造成管片被挤碎甚至形成贯穿性裂缝。,5,、管片渗漏水,由于在拼装过程中挤坏止水条或外弧面破损造成的在拼装完成后管片渗水漏水。,6,、管片椭变,当一般为了封顶方便，管片预留封口留得较大一些，所以成环后横鸭蛋为多数，而隧,道变形也是横向的，这对以后隧道变形发展带来不利。,7,、管片错台,由于拼装水平问题，拼装管片时与上一环环面未找平，或同一环管片块与块之间纵,缝接头未对齐，形成错台。是最为常见的一类质量问题，通常在管片拼装完成后脱,出盾尾过程中错台会加剧，因此在盾尾内的拼装一定要尽量减小错台。,错台,错台,缺边掉角,环缝漏水,纵缝漏水,螺栓孔漏水,感谢下载,
