浅谈盾构管片排版技术

【摘要】盾构法施工管模采购计划、管片预生产计划及管片进场计划结合南京地铁二号线茶亭站～莫愁湖站区间工程现场实践，提出的盾构法施工管片排版技术。

【关键词】盾构 管片排版

中图分类号：U455文献标识码： A

一、前言

随着国家加大基础设施建设以来，各个省市为了缓解公共交通日趋紧张的局面，都相应开始在城市轨道交通方面加大投入，地铁盾构施工是城市轨道交通施工的一个重要组成部分，而管片排版也是盾构施工前期确定管片生产量和管模采购计划以及管片预生产计划的依据，以下将地铁盾构施工管片排版简要说明。

二、排版总体思路

隧道中心线是由不同参数的平面线形和纵断面线形组合而成，而平面线路由不同参数的平曲线和夹直线所组合而成，纵断面线路线形由不同参数的竖曲线和不同坡度的直线组合而成。盾构施工所使用的管片要通过排版完成对其不同参数的平面、纵断面线形拟合，故管片根据拟合曲线的需求，在设计时长度不同，通过楔形量来完成管片不同位置处的长度变化，管片分为标准环、左转弯、右转弯三类。通过排版来确定各类管片组合后的线形最接近隧道平面、纵断面线路中心线线形。

三 、平面线形排版计算

平曲线是由圆曲线和缓和曲线组成，通过转弯环和标准环的组合来拟合平曲线，在组合时可按转弯环拼装的点位为平面楔形量最大点来考虑。

先用一段曲线来考虑，转弯环数量的计算公式如下：

θ=2×arctg（δ/D）

式中：

θ——转弯环的偏转角

δ——转弯环的最大楔型量的一半

D——管片直径

每条平曲线上的转弯环个数为

N=（α0+β）/θ

式中：

α0——平曲线中圆曲线偏角

β—— 平曲线中缓和曲线总偏角

平曲线中圆曲线的圆心角为

α0＝A－β

式中：A——平曲线的总转角

β——平曲线中缓和曲线总偏角

平曲线中缓和曲线总偏角为

β＝β1＋β2

式中：β1、β2——分别为ZH~HY、YH~HZ两段缓和曲线偏角

平曲线中缓和曲线偏角为

βn＝

式中：l0——为到ZH或HZ点的距离

根据圆心角的计算公式

α=180L/（πR）

式中：

L——段线路中心线的长度

R——曲线半径

当θ=α时，求出的L为采用1环转弯环和若干标准环组合后的曲线弧长，也就是组合后平曲线线路长度。

直线上采用标准环来组合完成夹直线的拟合。

四、纵断面线形排版计算

纵断面线形是由带纵坡的直线和大半径的曲线组成，地铁设计直线的纵坡坡度一般在30‰以内、曲线的半径在3000m以上，因曲线半径较大，在拟合纵断面线形时仅需考虑对纵坡拟合。在组合时可按转弯环拼装的点位为立面楔形量最大点来考虑。在纵断面线形与平面线形组合时，一般纵断面线形一个坡度参数可能包含平面一段曲线和一段夹直线或两段曲线等平面各类线形的可能，纵断面调整坡度时，进行本段坡度整体调整，对转弯环数量坡长平均分配。

先用一段带坡度的纵断面线形来考虑，转弯环的数量如下：

每环管片可调整的坡度：

B＝tgθ

θ——转弯环的偏转角

整个坡度需要的转弯环的数量：

S＝V/B

V——坡度

五、总结

整个线形排版组合主要以平面线形各类管片数量为主，纵断面线形一般数量较少，有时可能不予考虑。进行各类管片数量统计时，主要统计平面线形组合所需类管片数量，统计纵断面线形组合转弯环时，所需转弯环的数量代替平面线路组合标准环进行统计。盾构机在进、出土体加固区掘进时，一般使用纯标准环组合来完成加固区的线形模拟，加固区掘进完成后再使用转弯环进行线形调整。

六、工程实例

南京地铁二号线茶亭站～莫愁湖站区间工程为两条分离式单圆隧道，左右线总长度为2147.592米。管片外径6200mm，内径5500mm，宽度1200mm，最大楔形量37.2mm，分左转、右转、标准三类。

区间右线JD19的曲线要素为：

A-15o26'04"00 R-400 l1-60 l2-65

Ts1-84.494Ts2-86.513Ls-170.253

ZH：K9+963.365HY：K10+023.365

YH：K10+068.618 HZ：K10+133.618

区间右线此曲线范围内的纵断面坡度为25‰，坡度总长230m，曲线范围内坡长为133.618m。

转弯环偏角计算

θ＝2×arctg（δ/D）

＝2×arctg（18.6/6200）

＝0.3437736458 o

缓和曲线偏角

βn＝

β1＝＝4.297183463 o

β2＝＝4.655282085o

圆曲线偏角

α0＝A－（β1＋β2）

＝15.43444444 o－（4.297183463 o＋4.655282085o）

＝6.481978896 o

式中：A——平曲线的总转角

缓和曲线中转弯环的数量

N1＝β1/θ+β2/θ

＝4.297183463 o／0.3437736458 o＋4.655282085o／0.3437736458 o

＝26.04环≈26环

缓和曲线中标准环的数量

M1＝（l1＋l2）／1.202－N1

＝（60＋65）／1.202－26

＝77.99≈78环

圆曲线中转弯环的数量

N2＝α0/θ

＝6.481978896 o/0.3437736458 o

＝18.85环≈19环

圆曲线中标准环的数量

M2＝［Ls－（l1＋l2）］／1.202－N2

＝［170.253－（60＋65）］／1.202－19

＝18.64环≈19环

纵断面坡度调整转弯环数量

S1＝V/B

＝25‰／tgθ

＝4.17环≈5环

曲线范围内坡度调整转弯环数量

S＝133.618／230×5

＝2.9环≈3环

此曲线范围内转弯环数量

N＝N1＋N2＋S

＝26＋19＋3＝48环

此曲线范围内标准环数量

M＝M1＋M2－S

＝78＋19－3＝94环

从计算结果来看，主要是平面线形所需要的转弯数量较多，故排版组合时，如纵断面坡度较小时可以忽略纵断面的排版组合。

【参考文献】

[1]刘建航，侯学渊。盾构法隧道[M]。北京：中国铁道出版社，1991

[2]于书翰，杜谟远。隧道施工[M]。北京：人民交通出版社，2001

[3]南京地铁TA07标施工组织设计及图纸