CN108825262A - 一种盾构法施工中管片拼装点位选择的模型 - Google Patents

Abstract

本发明公开了隧道施工技术领域中的一种盾构法施工中管片拼装点位选择的模型，由下而上依次设有底板、中层指示板以及顶层指示板，底板中央的轴承依次穿过中层指示板和顶层指示板，底板包括框架，框架上绘制有圆盘，圆盘被点位线均匀分为若干份，中层指示板和顶层指示板均包括内圆和外环，内圆包括若干管片区，外环上标记有若干点位，相邻两个点位之间标记有点位楔形量，顶层指示板的外环直径小于中层指示板的内圆直径。本发明为盾构司机及管片拼装工点位选择提供指导作用，最大程度避免管片错台及破损现象的发生。

Description

一种盾构法施工中管片拼装点位选择的模型

技术领域

本发明涉及隧道施工技术领域，具体的说，是涉及一种盾构法施工中管片拼装点位选择的模型。

背景技术

盾构管片是盾构施工的主要装配构件，是隧道的最内层屏障，承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。盾构管片是盾构法隧道的永久衬砌结构，盾构管片质量直接关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水性能及耐久性能。现有的管片通常包括通用型管片、楔形管片以及标准型管片，而通用型管片应用较为广泛。

在盾构法隧道施工中，管片拼装点位的选择至关重要，若点位选择不当最直接表现为管片错台，严重情况下还会造成管片破损、渗漏水，后期需投入大量人力、物力处理，造成资源浪费，成本增加。

传统的管片拼装点位选择都是盾构司机根据经验，结合隧道水平与竖直线路参数选择点位，但是具体拼在哪个点位楔形量是多少不清楚，也无法做出点位拼装后对楔形量的预测，由此容易造成管片错台破损。

上述缺陷，值得解决。

发明内容

为了克服现有的技术的不足，本发明提供一种盾构法施工中管片拼装点位选择的模型，为盾构司机及管片拼装工点位选择提供指导作用，最大程度避免管片错台及破损现象的发生。

本发明技术方案如下所述：

一种盾构法施工中管片拼装点位选择的模型，其特征在于，由下而上依次设有底板、中层指示板以及顶层指示板，所述底板中央固定有轴承，所述轴承的上端依次穿过所述中层指示板和所述顶层指示板，所述中层指示板和所述顶层指示板沿着所述轴承转动；

所述底板包括框架，所述框架上绘制有圆盘，所述圆盘被点位线均匀分为若干份；

所述中层指示板和所述顶层指示板均包括内圆和外环，所述内圆与一环管片对应，其包括若干管片区，所述管片区包括K块区、邻接块区以及标准块区，所述外环上标记有若干点位，相邻两个所述点位之间标记有点位楔形量，所述点位、所述点位楔形量以及所述圆盘的分数均一一对应；

所述顶层指示板的外环直径小于所述中层指示板的内圆直径。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述框架呈正方形。

根据上述方案的本发明，其特征在于，由所述K块区处向两侧延伸至与所述K块区相对一侧位置，所述点位楔形量的数值逐渐增大。

进一步的，由所述K块区位置开始环绕一周，所述点位楔形量的数值依次为0、3.63、13.13、24.87、34.37、38.00、34.37、24.87、13.13以及3.63。

更进一步的，所述点位楔形量以“XL”开头。

根据上述方案的本发明，其特征在于，所述K块区为1个，所述邻接块区为2个，且所述邻接块区分布于所述K块区的两侧，所述内圆中其余位置为N个标准块区。

进一步的，所述K块区、所述邻接块区以及所述标准块区的颜色均不同。

进一步的，所述标准块区设有3个。

根据上述方案的本发明，其有益效果在于：通过管片拼装选点模型，对曲线参数计算，尤其是圆曲线计算，可以准确的选择K块拼装点位，来满足隧道掘进姿态要求，拟合掘进曲线，为盾构司机及管片拼装工点位选择提供指导作用；本发明整体结构简单，制作成本非常低；并且本发明计算精度高，最大程度避免管片错台及破损现象的发生。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中底板的结构示意图。

图3为本发明中中层指示板的结构示意图。

图4为本发明中顶层指示板的结构示意图。

在图中，10、底板；11、框架；12、圆盘；13、点位刻度；14、点位线；20、中层指示板；21、中层内圆；22、中层外环；23、中层点位；24、中层点位楔形量；30、顶层指示板；31、顶层内圆；32、顶层外环；33、顶层点位；34、顶层点位楔形量；40、轴承。

具体实施方式

下面结合附图以及实施方式对本发明进行进一步的描述：

如图1所示，一种盾构法施工中管片拼装点位选择的模型，由下而上依次设有底板10、中层指示板20以及顶层指示板30，底板10中央固定有轴承40，轴承40的上端依次穿过中层指示板20和顶层指示板30，中层指示板20和顶层指示板30沿着轴承40转动。

一、底板

如图2所示，底板10包括框架11，框架11呈正方形，边长为280mm；框架11上绘制有圆盘12，圆盘12的半径为120mm。圆盘12被点位线14均匀分为若干份(在本实施例中，圆盘被11条点位线分为10等份)，每条点位线14外侧均设有点位刻度13。

具体的，根据K块拼装点位不同，1号、2号、3号……11号共11条点位线，其中1号点位线由时钟12点位置沿顺时针方向旋转18度，2号点位在1号点位基础上沿顺时针旋转36度，以次类推。

二、中层指示板

如图3所示，中层指示板20包括中层内圆21和中层外环22。中层内圆21包括若干管片区，管片区包括K块区(K)、邻接块区(L1、L2)以及标准块区(B1、B2、B3)。管片包括封顶快(K块或F块)、邻接块(L1、L2)、标准块(B1、B2、B3)。中层外环22上标记有若干中层点位23，相邻两个中层点位23之间标记有中层点位楔形量24。中层点位23、中层点位楔形量24以及中层内圆21的份数均一一对应。

在中层指示板20中，中层外环22外侧的字母XL及数字代表此位置所对应点位楔形量。通过对曲线参数计算，尤其是圆曲线计算，得出盾构机每掘进1延米或者1环(1.5米)左右两侧需要的楔形量，通过转盘的旋转模拟K块拼装点位来满足管片拼装所需楔形量。

下表一为封顶块位于不同位置时各个点位楔形量的变化表。

表一：

由上表可知，在封顶块位置时，点位楔形量为0，延伸到最远位置时点位楔形量最大，后逐渐变小至封顶块位置。

三、顶层指示板

如图4所示，与中层指示板20相似，顶层指示板30包括顶层内圆31和顶层外环32。顶层内圆31包括若干管片区，管片区包括K块区(K)、邻接块区(L1、L2)以及标准块区(B1、B2、B3)；管片包括封顶快(K块或F块)、邻接块(L1、L2)、标准块(B1、B2、B3)。顶层外环32上标记有顶层点位33，相邻两个顶层点位33之间标记有顶层点位楔形量34。顶层点位33、顶层点位楔形量34以及顶层内圆31的份数均一一对应。

通过对曲线要素分析，根据内、外弧之差为此圆曲线总共所需楔形量，根据隧道中心弧长，计算出在此圆曲线上共需管片数，然后楔形量平均分配至每环，得出盾构机每掘进1延米或者1环(1.5米)左右两侧需要的楔形量。

在顶层指示板30中，顶层外环32的作用为：(1)由于部分楔形量无法直接通过一环管片拼装达到所需楔形量或者已超过所需楔形量，通过9点位、3点位的楔形量的差值量接近计算值即可(9点位-3点位，负值表示左转弯，正值表示右转弯)，通过实际每环累加的楔形量小于或大于设计累计楔形量时，需要选择对拼一环调整累计楔形量来减少设计与实际的差值，可通过2环或者3环不同拼装选择来满足这几环隧道掘进所需线路要求；(2)可进行预测直观表现下一环管片拼装所产生楔形量。

中层内圆21和顶层内圆31与一环管片对应，管片外径6000mm、内径5400mm、管片厚度300mm、环宽1500mm。在中层指示板20中，与管片相呼应的中层内圆21半径为85mm，中层外环22半径为95mm；在顶层指示板30中，与管片相呼应的顶层内圆31半径为62mm，顶层外环32半径为70mm。

优选的，顶层外环32直径小于中层内圆21直径。

优选的，K块区为1个，邻接块区为2个，且邻接块区分布于K块区的两侧，内圆中其余位置为N个标准块区(在本实施例中以海瑞克盾构机为例，标准块区为3个，可选择点位10个)。

为便于区分一环管片的类别，K块区、邻接块区以及标准块区的颜色均不同，通过颜色不同进行区分。

由K块区处向两侧延伸至与K块区相对一侧位置，点位楔形量的数值逐渐增大。点位楔形量简称为“XL”，并以“XL：”作为开头，由K块区位置开始环绕一周，点位楔形量的数值依次为0、3.63、13.13、24.87、34.37、38.00、34.37、24.87、13.13以及3.63。

应用实施例

在400m半径曲线掘进时每环管片所需的楔形量计算如下：

1、通过图纸计算出圆曲线的圆心角，管片直径6m，隧道有外弧和内弧，所对应的半径为403m、397m。弧长公式为：L＝nπr/180°其中n＝圆心角，r＝曲线半径。

2、内、外弧之差为此圆曲线总共所需楔形量，根据隧道中心弧长，计算出在此圆曲线上共需管片数，然后楔形量平均分配至每环。计算公式如下：

X＝L1-L2

N＝L0/1.5

x＝X/N

其中，X＝内外弧之差，N＝所需管片数，x＝每环楔形量。

3、本实例中400m曲线半径，圆曲线中心线弧长227.3729m，采用通用环管片拼装，管片最大楔形量为38mm，管片外直径6m，厚度300mm。

进而得到X＝L1—L2＝3.4106，N＝L0/1.5＝151.5819≈152环，因此，该曲线上的总楔形量x＝3.4106/152＝22.4mm。

即盾构机在圆曲线上掘进时每环管片设计需要的楔形量为22.4mm。

缓和曲线上楔形量为渐变，从0到22.4，按照环数通过等差数列分析计算出在缓和曲线上每环楔形量的值，据管片环数计算出累计楔形量，通过此模型可以模拟出每环管片K块所安装位置。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

上面结合附图对本发明专利进行了示例性的描述，显然本发明专利的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明专利的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明专利的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种盾构法施工中管片拼装点位选择的模型，其特征在于，由下而上依次设有底板、中层指示板以及顶层指示板，所述底板中央固定有轴承，所述轴承的上端依次穿过所述中层指示板和所述顶层指示板，所述中层指示板和所述顶层指示板沿着所述轴承转动；

所述底板包括圆盘，所述圆盘被点位线均匀分为若干份；

所述中层指示板和所述顶层指示板均包括内圆和外环，所述内圆与一环管片对应，其包括若干管片区，所述管片区包括K块区、邻接块区以及标准块区，所述外环上标记有若干点位，相邻两个所述点位之间标记有点位楔形量，所述点位、所述点位楔形量以及所述圆盘的分数均一一对应；

所述顶层指示板的外环直径小于所述中层指示板的内圆直径。

2.根据权利要求1所述的盾构法施工中管片拼装点位选择的模型，其特征在于，由所述K块区处向两侧延伸至与所述K块区相对一侧位置，所述点位楔形量的数值逐渐增大。

3.根据权利要求2所述的盾构法施工中管片拼装点位选择的模型，其特征在于，由所述K块区位置开始环绕一周，所述点位楔形量的数值依次为0、3.63、13.13、24.87、34.37、38.00、34.37、24.87、13.13以及3.63。

4.根据权利要求1所述的盾构法施工中管片拼装点位选择的模型，其特征在于，所述K块区为1个，所述邻接块区为2个，且所述邻接块区分布于所述K块区的两侧，所述内圆中其余位置为N个标准块区。

5.根据权利要求4所述的盾构法施工中管片拼装点位选择的模型，其特征在于，所述标准块区设有3个。