广州地铁四号线琶大区间,分布三组圆曲线,半径分别为450米、800米、竖曲线3000米。
依照曲线的圆心角与转弯环产生的偏转角的关系,可以计算出区间线路曲线段的转弯环与标准环的布置方式。
转弯环偏转角的计算公式:
θ=2γ=2arctgδ/D
式中:
θ―――转弯环的偏转角
δ―――转弯环的最大楔形量的一半
D―――管片直径
将数据代入得出θ=0.3629
根据圆心角的计算公式:
右转弯环的情况与左转弯相反,这里就不再列举。
通过管片不同点位的拼装,就可以实现隧道的调向。
2.2 根据盾尾间隙进行管片选型
右转弯环盾尾间隙的调整量与上表相反,由上表可以看出,拼装一环左转弯环之后,左边盾尾间隙将减小,右边盾尾间隙将增大,同时通过拼装不同的点位,还可以调节上、下方向的盾尾间隙。
如此时盾构机在进行直线段的掘进,则必须注意在拼装完一环左转弯环后,选择适当的时机,再拼装一环右转弯环将之调整回来,否则左边盾尾间隙将越来越小,直至盾尾于管片发生碰撞。
如盾构机处于曲线段,则应根据线路的特点进行综合考虑。
2.3 根据油缸行程差进行管片选型
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,我们把推进油缸按上、下、左、右四个方向分成四组。
而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,可以看出下一掘进循环盾尾间隙的变化趋势。
由图2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,推进油缸的推力就会在管片环的径向产生较大的分力,从而影响已拼装好的隧道管片以及掘进姿态。
同时也可以看出如果继续拼装标准环的话,下部的盾尾间隙将会
进一步减小。
通常我们以各组油缸行程的差值的大小来判断是否应该拼装转弯环,在两个相反的方向上的行程差值超过40mm时,就应该拼装转弯环进行纠偏,拼装一环转弯环对油缸行程的调整量见表1,也就是拼装1环10点左转弯环,可以使左、右两组的油缸行程差缩小38mm。
德国海瑞克公司的土压平衡式盾构机,如图3所示,10对推进油缸分为A、B、C、D四组,分别代表上、右、下、左四个方向。
油缸行程可以通过位移传感器反映在显示屏上,通过计算各组油缸之间的差值,就能进行正确的管片选型。
下面举例说明:
现有一组油缸行程的数据如下:
B组(右):1980mm C组(下):1964mm
D组(左):1934mm A组(上):1943mm
左右行程差为:D-B=1934-1980=-46mm
上下行程差为:A-C=1943-1964=-21mm
图油缸分区图
由上可以看出,盾构机的轴线相对于管片平面向左上方倾斜。
在对这环管片进行选型的时候,就应选择一环左转弯环且还要有向上的偏移量。
对照表1后得出,此环应选择左转弯环在1点拼装。
拼装完管片后掘进之前油缸行程的初始数据理论为:A组(上):454mm B组(右):465mm C组(下):453m D组(左):450mm。
这样左右与上下的油缸行程差值基本控制在20mm之内,有利于盾构掘进及保护管片不受破坏。
(如果上述数据在左转弯曲线上,下一环管片仍安装一环左转弯环管片,那么盾构姿态基本调整过来)。
4、盾构间隙与油缸行程之间的关系
在进行管片选型的时候,既要考虑盾尾间隙,又要考虑油缸行程的差值。
而油缸行程的差值更能反映盾构机与管片平面的空间关系,通常情况下应把油缸行程的差值作为管片选型的主要依据,只有在盾尾间隙接近于警戒值(25mm)时,才根据盾尾间隙进行管片选型。
3、影响管片选型的其他因素
3.1 铰接油缸行程的差值
目前地铁盾构工程中大多采用的是铰接式盾构机,即盾构机不是一个整体,而是在盾构机中体与盾尾之间采用铰接油缸进行连接,铰接油缸可以收放,这样就更加有利于盾构机在曲线段的掘进及盾构机的纠偏。
铰接油缸利用位移传感器将上、下、左、右四个方向的行程显示在显示屏上,当铰接油缸的上下或左右的行程差值较大时,盾构机中体与盾尾之间产生一个角度,这将影响到油缸行程差的准确性。
这时应当将上下或左右的行程差值减去上下或左右的铰接油缸行程的差值,最后的结果作为管片选型的依据。
(海瑞克盾构铰接油缸有三种模式,锁、收和自由放开,当盾构在直线上,盾构姿态很好,可以使用锁定模式,当
在曲线上,应把铰接油缸自由放开,当显示铰接油缸行程差较大或使用大于2/3行程后,应通过针对性收模式来调整行程差)
3.2 盾构机掘进
盾构机应尽量根据设计线路进行掘进,避免产生不必要的偏差,这样基本可以根据管片排版进行管片拼装,也有利于管片按计划进行生产。
如果盾构机偏离设计线路,在纠偏过程中也不要过急,否则转弯环管片的偏移量跟不上盾构机的纠偏幅度,盾尾仍然会挤坏管片。
盾构掘进纠偏原则:蛇行修正应以长距离慢慢修正,修正过急,盾构蛇行将更加明显,在直线推进的情况下,应选取盾构当前所在位置点与设计线上远方的点作为直线,然后以这条线为新的基准进行线形管理,在曲线推进情况下,应使盾构当前所在位置点与远方点的连线同设计的曲线相切(如:目前盾构垂直方向处于-40,计划控制在-20内,每环纠偏宜控制在5mm变化内,不宜超过10mm,那么应至少4环才能把盾构姿态调整到预设范围内)。