[发明专利]隧道管片纠偏选型方法

说明书

技术领域：

本发明涉及盾构法隧道中管片拼装的施工，特别是涉及一种隧道管片纠偏选型方法。

背景技术：

盾构法隧道是由固定块数的管片(预制混凝土构件)在盾构机内拼装成圆环而形成，盾构机是一个由刀盘切削土体，由圆柱状钢壳提供工作面保护，依靠在钢壳内拼装成环的管片给于呈圆周状布置的千斤顶组提供支撑，然后由千斤顶往前推动，从而实现在土体内前进的大型机器。在地下作业的过程中，盾构机的运动轨迹将基本形成地下隧道走向的实际轴线，工程要求隧道的实际轴线应尽量接近或完全吻合设计轴线(DTA)，以保证隧道工程的质量，从而保障地下道路隧道建成后的安全。因此盾构法隧道施工必须要严格按照设计轴线准确控制盾构机的实时位置，正确拼装每一环管片，确保后续管片能够拼装在设计轴线上，这样成型后的隧道才能符合设计要求。

欲达到建成隧道的轴线尽可能接近或完全吻合设计轴线(DTA)的目的，不仅要确保盾构机严格地按照设计轴线前进，而且要对即将拼装的当前环管片以及后续环管片作出调整，正确地进行管环的选型和之间的排列组合，以确保成环管片的拼装位置严格控制在设计轴线上。这就是盾构法隧道施工中所要完成的任务。所谓隧道管片纠偏选型方法就是由管片纠偏选型系统实施的，以隧道实际轴线与设计轴线(DTA)之间的偏差最小化为目标，以当前盾构机实时姿态和位置为基础，对隧道当前环管片以及后续环管片拼装组合方案作出选择并施工的方法。

按照管环与管环之间的整体组合形式，管片拼装方式可分为：通缝拼装和错缝拼装。通缝拼装的情况见图1所示，其各管环的拼装纵缝相互对齐成一直线，各管环的组合通常采用矩形管环(全环上环宽相等)和楔形管环(全环上环宽不等，呈一边宽一边窄)相结合，各管环间不能相对旋转，该通缝拼装方式常见于地铁施工。错缝拼装的情况见图2所示，其各管环的拼装纵缝相互错开，一般错开管环的1/2～1/3弧长，各管环的组合通常采用矩形管环和楔形管环相结合，可以采用将管环旋转一定的角度来形成错缝拼装，由于楔形管环旋转角度的不同，能够导致隧道实际轴线的弯曲，从而为隧道施工轴线的纠偏创造了条件。通用楔形管片拼装作为错缝拼装的一种特殊情况，其管环全部采用楔形管环，该楔形管环可以在环周360°的范围内作旋转，此种方式通过旋转不同的角度对楔形管环进行组合。

在隧道施工中，每当盾构机向前推进一次准备拼装当前环之前，管片纠偏选型系统就要在测量盾构机实时位置和姿态数据的基础上，测算当前环及其后续环的不同拼装组合将导致的隧道施工轴线与设计轴线之间的偏差，从中选择偏差最小的最优组合方案作为施工方案并进行施工。对于错缝拼装方式而言，是通过变动用作当前环及其后续环的楔形管环的旋转角度来实现的，请参阅图3，即找出隧道施工轴线O1O2与设计轴线(DTA)之间的误差D1最小的选型组合方案；对于通缝拼装方式而言，请参阅图4，通常是通过在管环01端面环周的适当角度位置上加贴楔子02来实现的。楔子02又称为传力衬垫，是根据管片的尺寸和形式特制加工的软木条，一般厚度有1～6mm的不同规格，施工中将其粘贴在要拼装的当前环的背千斤顶的端面上，粘贴时首先选定管环01圆周上的一处粘贴厚度最大的楔子02，然后以其为中心分别向两侧均匀排列粘贴厚度依次递减的楔子02，从而形成管环01的楔形量，以减小当前环与设计轴线之间的偏差至最小。

国外由于进行盾构法隧道施工的历史较长，目前已经出现了一批成熟的用于盾构机的管片纠偏选型系统，其中具有代表性的有德国VMT系统。该系统在隧道施工前，对盾构机和管片的基本信息进行初始化设置，在通过盾构自动导向系统获得盾构姿态数据后，进行盾尾间隙的测量，并通过传感器读取盾构机内部千斤顶的行程，然后进行分析、处理、计算并与设计轴线比较做出判断，从而确定当前管环的最优旋转角度，最后由操作人员按照施工方案的结果对当前环进行安装。该系统不仅能够确定当前管环的最优旋转角度和预测后续任意管环的旋转角度，而且还能够在盾构偏离设计轴线后自动生成纠偏曲线，以指导盾构的合理施工，回归到设计轴线上来。

该系统可以解决错缝拼装(含通用楔形管片拼装)方式的管片选型组合问题，正确选择当前环管片以及后续环管片拼装的最优组合方案，使管片能够更好地沿着设计轴线拼装，因而在工程中得到了很好的应用。但是该系统以及其它类似系统都只能用于错缝拼装和通用楔形管片拼装方式的施工，而对于占盾构法隧道施工中很大比例的通缝拼装方式却不能适用，这是因为通缝拼装中无法采用旋转管环角度的方法来实现管片拼装的最优组合方案。