CN114017060B - 一种盾构管片选型的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种盾构管片选型的方法，其采用多功能转盘进行盾构管片选型，多功能转盘包括左转环转盘、标准环转盘、右转环转盘，各转盘均包括通过转轴连接的定子和转子，每个定子表面绘制有一个圆圈，定子的圆圈上沿圆周方向均匀设置有16个点位；每个转子的表面设置有一圆环，圆环由六块区域连接组成，每个转子的圆环的表面沿圆周方向均匀设置有16个点位，该16个点位分别与整环管片拼装后每个管片上的纵向螺栓对应，在每个转子的每个点位上标注有管片楔形量；通过转动各转盘的转子来模拟管片拼装的过程，转子上的封顶块F上的点位与定子上的某一点位对应即为本环管片拼装的点位，转子上各点位对应的楔形量即为该位置处拼装管片所需的楔形量。

Description

一种盾构管片选型的方法
技术领域
本发明涉及一种盾构管片选型的方法，特别涉及一种利用多功能转盘进行盾构管片选型的方法，主要用于地铁盾构管片的选型及准确拼装。
背景技术
目前，在地铁盾构施工过程中，管片的选型是一个重要施工步骤。目前在盾构施工过程中，施工人员大多依靠管片拼装设计理论和空间想象能力来完成管片选型和拼装。在管片选型过程中，往往不能快速、正确的选择封顶块的位置，造成管片选型错误、点位拼装错误，严重影响隧道施工质量。
目前也有采用管片选型转盘的方式来模拟管片拼装的过程，例如：公开号为CN103291318B的中国发明专利，其设计了一种盾构机管片选型用转盘，转盘包括定子、转子、指针等部件，通过指针的转动，可以指导施工人员快速、准确地模拟定位管片的拼装点位。但该技术方案存在如下问题：该转盘虽然可以看出每环管片由6块拼装而成，但是施工人员仍然无法对管片进行准确的选用，施工人员还是无法准确的理解管片哪个点位处最宽、哪个点位处最窄，因为管片楔形量很小，单靠肉眼是无法看出这些特征，对于初学者来说，还是无法对管片有直观的了解，实用性差。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种能够使现场施工人员快速、准确的进行管片选型和准确拼装的利用多功能转盘进行盾构管片选型的方法。
本发明是通过如下技术方案来实现的：一种盾构管片选型的方法，其特征是：其采用多功能转盘进行盾构管片选型，所述多功能转盘包括左转环转盘、标准环转盘、右转环转盘，左转环转盘、标准环转盘、右转环转盘均包括定子和转子，每个定子表面绘制有一个圆圈，转子均为圆盘结构，转子的中心均通过转轴可转动地与对应的定子上的圆圈的中心连接，转子的直径小于定子上的圆圈的直径，定子的圆圈上沿圆周方向均匀设置有16个点位，相邻的两个点位之间的间隔为22.5°；每个转子的表面设置有一以转子的中心为圆心的圆环，所述圆环由六块区域连接组成，该六块区域的连接顺序与整环管片拼装后的每个管片的连接顺序一致，该六块区域分别为标准块B1、标准块B2、标准块B3、邻接块L1、邻接块L2、封顶块F，每个转子的圆环的表面沿圆周方向均匀设置有16个点位，该16个点位分别与整环管片拼装后每个管片上的纵向螺栓对应，在每个转子的每个点位上标注有管片楔形量，相邻的两个点位之间的间隔为22.5°；管片楔形量是将整环管片按照封顶块F在1点位时进行俯视投影得到整环管片的外径俯视图，在整环管片的外径俯视图上测量出整环管片上的16个环向螺栓分别对应的管片宽度，每个管片宽度与标准管片宽度的差值即为该点位的管片楔形量；通过转动各转盘的转子来模拟管片拼装的过程，转子上的封顶块F上的点位与定子上的某一点位对应即为本环管片拼装的点位，此时转子上各点位对应的楔形量即为该位置处拼装管片所需的楔形量。
本发明使用时，可通过转动转子来模拟管片拼装的过程。转动转子，使转子上的封顶块F上的点位与定子上的某一点位对应，即为本环拼装的点位。根据转子上标注的各管片各个点位处的楔形量可选用相应管片。随着三个转子的转动，即可快速查询管片各个点位处的楔形量，从而可快速选出所需管片。同时，通过转动转子，也可以查出左转环管片、右转环管片楔形量有何特点，可以查出左转环管片和右转环管片的最大楔形量、最小楔形量分别在哪块管片上，可以指导施工。
进一步的，左转环转盘、标准转盘、右转环转盘均布置在一块底板上，定子上的圆圈均绘制在所述底板上。
进一步的，左转环转盘、标准转盘、右转环转盘在所述底板上由左至右依次布置。
进一步的，为便于进行错缝拼装，实现准确拼装，所述底板上设置有错缝拼装点位表。施工人员可根据错缝拼装点位表选择拼装点位，防止出错。
本发明的有益效果是：本发明操作简单，可以将管片结构施工图的设计意图清楚地展现出来，利用转盘形式，可以指导施工人员通过转动转盘加强空间想象力，方便施工人员理解，对于指导现场盾构施工起到很好的效果，可以根据转盘快速选出所需管片，可以准确拼装出整环管片，可以指导施工人员进行管片替代，具有很高的实用性。
附图说明
图1是本发明中的多功能转盘的结构示意图；
图2是本发明中的多功能转盘的定子的示意图；
图3是本发明中的多功能转盘的左转环转盘的转子的示意图；
图4是本发明中的多功能转盘的标准环环转盘的转子的示意图；
图5是本发明中的多功能转盘的右转环转盘的转子的示意图；
图6是本发明具体实施方式中的拼装点位示意图；
图7是本发明具体实施方式中左转环管片、标准环管片、右转环管片在封顶块在1点位时的楔形量投影图；
图8是本发明具体实施方式中左转环管片各个点位对应的楔形量；
图9是本发明具体实施方式中标准转环管片各个点位对应的楔形量；
图10是本发明具体实施方式中右转环管片各个点位对应的楔形量；
图11是本发明具体实施方式中情况A时的管片替代图；
图12是本发明具体实施方式中情况B时的管片替代图；
图13是本发明具体实施方式中情况C时的管片替代图；
图14是本发明具体实施方式中情况D时的管片替代图；
图15是本发明具体实施方式中情况E时的管片替代图；
图中，Ⅰ是左转环转盘，Ⅰ-1是左转环转盘的定子，Ⅰ-2是左转环转盘的转子；Ⅱ是标准环转盘，Ⅱ-1是标准环转盘的定子，Ⅱ-2是标准环转盘的转子；Ⅲ是右转环转盘，Ⅲ-1是右转环转盘的定子，Ⅲ-2是右转环转盘的转子；Ⅳ是底板；Ⅴ是错缝拼装点位表；B1、B2、B3是标准块；L1、L2是邻接块，F是封顶块。
具体实施方式
下面通过非限定性的实施例并结合附图对本发明作进一步的说明：
如附图1-图5所示，一种盾构管片选型的方法，其采用多功能转盘进行盾构管片选型，所述多功能转盘包括左转环转盘、标准环转盘、右转环转盘，左转环转盘、标准环转盘、右转环转盘均包括定子和转子，每个定子表面绘制有一个圆圈，转子均为圆盘结构，转子的中心均通过转轴可转动地与对应的定子上的圆圈的中心连接，转子的直径小于定子上的圆圈的直径，定子的圆圈上沿圆周方向均匀设置有16个点位，相邻的两个点位之间的间隔为22.5°；每个转子的表面设置有一以转子的中心为圆心的圆环，所述圆环由六块区域连接组成，该六块区域的连接顺序与整环管片拼装后的每个管片的连接顺序一致，该六块区域分别为标准块B1、标准块B2、标准块B3、邻接块L1、邻接块L2、封顶块F，每个转子的圆环的表面沿圆周方向均匀设置有16个点位，该16个点位分别与整环管片拼装后每个管片上的纵向螺栓对应，在每个转子的每个点位上标注有管片楔形量，相邻的两个点位之间的间隔为22.5°；管片楔形量是将整环管片按照封顶块F在1点位时进行俯视投影得到整环管片的外径俯视图，在整环管片的外径俯视图上测量出整环管片上的16个环向螺栓分别对应的管片宽度，每个管片宽度与标准管片宽度的差值即为该点位的管片楔形量；通过转动各转盘的转子来模拟管片拼装的过程，转子上的封顶块F上的点位与定子上的某一点位对应即为本环管片拼装的点位，此时转子上各点位对应的楔形量即为该位置处拼装管片所需的楔形量。
本发明以某地铁线盾构隧道采用的管片拼装结构为例进行说明。
1、盾构管片的基本结构尺寸为：外径6200mm，内径5500mm，宽度1200mm，厚度350mm。每环管片分为6块组成：3个标准块(标准块B1、标准块B2、标准块B3)，2个邻接块(邻接块L1、邻接块L2)，1个封顶块(封顶块F)。六个拼装块的连接顺序按照顺时针方向分别为：封顶块F、邻接块L1、标准块B1、标准块B3、标准块B2、邻接块L2。
为满足曲线模拟和施工纠偏的需要，专门设计了左转环、右转环，通过与标准环的各种组合来拟合不同的曲线。楔形环为双面楔形，楔形量为△＝49.60mm,楔形角β＝0.458°(0.008rad),楔形量平分为两部分，对称设置于楔形环的两侧环面。
2、计算出转弯环管片的楔形量；
1)拼装点位命名：沿着隧道掘进方向看，将垂直隧道掘进方向假想成一个圆，将圆均匀分成16等份，每隔22.5°为一个点位，将正上方点位定为16点位，顺时针依次是16、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15点位，如图6所示。
2)每环管片共有16个环向螺栓，正好对应16个拼装点位。封顶块F的拼装点位取决于封顶块F在空间的位置。
左转环是按照封顶块F拼装1点位时设计的，从隧道上方向下俯视，可以看出管片是等腰对称梯形，左侧宽度是1175.2mm(相对于1200mm可以标注成-24.8mm)，右侧宽度是1224.8mm(相对于1200mm可以标注成+24.8mm)。右侧宽度-左侧宽度＝1224.8mm-1175.2mm＝49.6mm。
标准环是按照封顶块F拼装1点位时设计的，从隧道上方向下俯视，可以看出管片是矩形，左侧宽度是1200mm(相对于1200mm可以标注成0mm)，右侧宽度是1200mm(相对于1200mm可以标注成0mm)。右侧宽度-左侧宽度＝1200mm-1200mm＝0mm。
右转环是按照封顶块F拼装1点位时设计的，从隧道上方向下俯视，可以看出管片是等腰对称梯形，左侧宽度是1224.8mm(相对于1200mm可以标注成+24.8mm)，右侧宽度是1175.2mm(相对于1200mm可以标注成-24.8mm)。左侧宽度-右侧宽度＝1224.8mm-1175.2mm＝49.6mm。
通过以上信息，可以做出投影关系，得出左转环、标准环、右转环每个环向螺栓孔处对应的管片宽度，如图7所示。
根据上述投影关系，对左转环、标准环、右转环的楔形量进行了汇总。如图8-图10所示，对应的楔形量如表1、表2、表3所示。
表1左转环楔形量汇总表
表2标准环楔形量汇总表
上(mm) 下(mm) 左(mm) 右(mm)
当封顶块F在12点位 0 0 0 0
当封顶块F在13点位 0 0 0 0
当封顶块F在14点位 0 0 0 0
当封顶块F在15点位 0 0 0 0
当封顶块F在16点位 0 0 0 0
当封顶块F在1点位 0 0 0 0
当封顶块F在2点位 0 0 0 0
当封顶块F在3点位 0 0 0 0
当封顶块F在4点位 0 0 0 0
表3右转环楔形量汇总表
上(mm) 下(mm) 左(mm) 右(mm)
当封顶块F在12点位 -22.9 +22.9 -9.5 +9.5
当封顶块F在13点位 -24.8 +24.8 0 0
当封顶块F在14点位 -22.9 +22.9 +9.5 -9.5
当封顶块F在15点位 -17.5 +17.5 +17.5 -17.5
当封顶块F在16点位 -9.5 +9.5 +22.9 -22.9
当封顶块F在1点位 0 0 +24.8 -24.8
当封顶块F在2点位 +9.5 -9.5 +22.9 -22.9
当封顶块F在3点位 +17.5 -17.5 +17.5 -17.5
当封顶块F在4点位 +22.9 -22.9 +9.5 -9.5
3)错缝拼装原则：
为确保隧道的防水效果良好，一般采取错缝拼装；为确保安全，封顶块F往往拼装在隧道上半圆(即封顶块一般拼装在12、13、14、15、16、1、2、3、4点位)；综上所述，当第M环拼装在12、13、14、15、16、1、2、3、4点位时，第M+1环可以选择的拼装点位，见表4所示。
表4错缝拼装点位表
12 13 14 15 16 1 2 3 4
12 × × √ × × √ × × √
13 × × × √ × × √ × ×
14 √ × × × √ × × √ ×
15 × √ × × × √ × × √
16 × × √ × × × √ × ×
1 √ × × √ × × × √ ×
2 × √ × × √ × × × √
3 × × √ × × √ × × ×
4 √ × × √ × × √ × ×
3、制作多功能转盘：
多功能转盘包括左转环转盘Ⅰ、标准环转盘Ⅱ、右转环转盘Ⅲ，每个转盘均包括定子和转子。每个定子表面绘制有一个圆圈，转子均为圆盘结构，转子的中心均通过转轴可转动地与对应的定子上的圆圈的中心连接，转子可绕各自的转轴360度转动，转子的直径均小于定子上的圆圈的直径。三个转盘的定子可分别设置，也可设置在同一个底板Ⅳ上。为便于对比，左转环转盘、标准环转盘、右转环转盘可由左至右依次布置在底板上。
在每个定子的圆圈上分别沿圆周方向均匀设置16个点位，相邻的两个点位之间的间隔为22.5°，由左至右依次代表左转环管片拼装点位、标准环管片拼装点位、右转环管片拼装点位。
在每个转子的表面设置一以转子的中心为圆心的圆环，该圆环代表整环管片拼装后的示意图，圆环由六块区域连接组成，该六块区域的连接顺序与整环管片拼装后的每个管片的连接顺序一致。该六块区域分别为标准块B1、邻接块L1、邻接块L2、封顶块F，沿着盾构掘进方向看，逆时针依次是标准块B2、标准块B3、标准块B1、邻接块L1、封顶块F、邻接块L2。在每个转子的圆环的表面沿圆周方向均匀设置16个点位，相邻的两个点位之间的间隔为22.5°，该16个点位分别与整环管片拼装后每个管片上的纵向螺栓对应，在每个转子的每个点位上标注管片楔形量。封顶块F处于哪个点位，即是管片拼装在几点位。
为便于进行错缝拼装，实现准确拼装，在底板上设置有错缝拼装点位表。施工人员可根据错缝拼装点位表选择拼装点位，防止出错。
4、通过转动转子来模拟管片拼装的过程。
通过转动三个转子，即可快速查询管片各个点位处的楔形量。管片选型应重点考虑推进油缸行程差和盾尾间隙，理论上应将管片楔形量最大值MAX转动至推进油缸最长的部位或者盾尾间隙最小的部位，同时还应考虑错缝拼装、封顶块在上半圆等原则，最终确定管片拼装点位，保证管片拼装质量。
本发明可以指导施工人员以下施工信息：
1、盾构管片的基本结构，每环管片分为6块组成：三个标准块B1、B2、B3，两个邻接块L1、L2，一个封顶块F，与此同时可以看出每环管片中6块管片的连接顺序。
2、将一个圆平均分为16等份，正好对应空间内16个拼装点位，16个拼装点位在空间内是固定的，每环管片包括16个纵向螺栓，封顶块F上的纵向螺栓所处的空间位置，即为本环拼装在几点位。
3、管片类型包括左转环管片、标准环管片、右转环管片。
4、通过转动转子，可以查出左转环管片、右转环管片楔形量有何特点，可得出结论：左转环管片最大楔形量在邻接块L1上，最小楔形量在标准块B2上；右转环管片最大楔形量在标准块B2上，最小楔形量在邻接块L1上。
5、为保证每2环相邻管片之间的拼装缝错开，应遵循“±2、±5、±8原则”及“上半圆原则”。在第N环管片拼装点位的基础上±2、±5、±8即可得出第N+1环管片可以选择的拼装点位，由于管片拼装顺序是先下后上，往往封顶块F是最后拼装，为确保拼装安全，封顶块F一般拼装在上半圆，综合考虑选择合适的拼装点位。
6、管片拼装点位的选择往往是根据推进油缸行程差，盾尾间隙、盾构姿态、管片姿态、线路要素等综合因素确定。通过转动管片，可以查出上下左右的楔形量，将楔形量大的部位拼装在推进油缸行程最大的部位或者盾尾间隙最小的部位，进而调整推进油缸行程差或者盾尾间隙，保证管片拼装质量。
7、如果当施工现场剩余的左转环、右转环、标准环管片不够用时，可以根据实际情况进行替代，仅需观察楔形量是否满足替代要求。
例如：
情况A：左转环、右转环剩余较多。
替代方式：用左转环1点位+标准环15点位+右转环1点位当标准环使用。如图11所示。
情况B：左转环剩余较多。
替代方式：用左转环12点位+标准环1点位+标准环12点位+左转环4点位当标准环使用。如图12所示。
情况C：右转环剩余较多。
替代方式：用右转环12点位+标准环1点位+标准环12点位+右转环4点位当标准环使用。如图13所示。
情况D：左转环多，右转环不够时。
替代方式：用左转环12点位当右转环4点位使用；或者用左转环4点位当右转环12点位使用。如图14所示。
情况E：右转环多，左转环不够时。
替代方式：用右转环12点位当左转环4点位使用；或者用右转环4点位当左转环12点位使用。如图15所示。
本实施例中的其他部分均为现有技术，在此不再赘述。

Claims (2)

1.一种盾构管片选型的方法，其特征是：其采用多功能转盘进行盾构管片选型，所述多功能转盘包括左转环转盘、标准环转盘、右转环转盘，左转环转盘、标准环转盘、右转环转盘均包括定子和转子，每个定子表面绘制有一个圆圈，转子均为圆盘结构，转子的中心均通过转轴可转动地与对应的定子上的圆圈的中心连接，转子的直径小于定子上的圆圈的直径，定子的圆圈上沿圆周方向均匀设置有16个点位，相邻的两个点位之间的间隔为22.5°；每个转子的表面设置有一以转子的中心为圆心的圆环，所述圆环由六块区域连接组成，该六块区域的连接顺序与整环管片拼装后的每个管片的连接顺序一致，该六块区域分别为标准块B1、标准块B2、标准块B3、邻接块L1、邻接块L2、封顶块F，每个转子的圆环的表面沿圆周方向均匀设置有16个点位，该16个点位分别与整环管片拼装后每个管片上的纵向螺栓对应，在每个转子的每个点位上标注有管片楔形量，相邻的两个点位之间的间隔为22.5°；管片楔形量是将整环管片按照封顶块F在1点位时进行俯视投影得到整环管片的外径俯视图，在整环管片的外径俯视图上测量出整环管片上的16个环向螺栓分别对应的管片宽度，每个管片宽度与标准管片宽度的差值即为该点位的管片楔形量；通过转动各转盘的转子来模拟管片拼装的过程，转子上的封顶块F上的点位与定子上的某一点位对应即为本环管片拼装的点位，此时转子上各点位对应的楔形量即为该位置处拼装管片所需的楔形量；左转环转盘、标准环转盘、右转环转盘均布置在一块底板上，定子上的圆圈均绘制在所述底板上；所述底板上设置有错缝拼装点位表。
2.根据权利要求1所述的盾构管片选型的方法，其特征是：左转环转盘、标准环转盘、右转环转盘在所述底板上由左至右依次布置。
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