盾构隧道通用管片虚拟拼装系统

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1、万方数据第19卷第9期2007年9月计算机辅助设计与图形学学报JOURNAI。OFCOMPUTER—AIDEDDESIGN＆COMPUTERGRAPHlCSVOI．19．NO．9Sep．，2007盾构隧道通用管片虚拟拼装系统赵志杰金先龙曹源沈建奇杜新光(上薄交通大学机械与动力工程学院L海200240)(zhijie@qtu．educn)摘要基于通用管片与盾构隧道设计轴线的几何特征，利用多环组合的方法选取通用管片的拼装点位、制定切向纠偏线路，并基于Unigraphics开发了管片的虚拟拼装系统，实现了通用管片三维动态虚拟拼装及拼装偏差报告

2、的输出．将该系统应用于正在施工中的上海某超大直径盾构隧道中，达到了预期的效果美键词盾构隧道；通用管片；管片拼装；点位；纠偏中固法分类号U455．91；TP391AVirtualErectionSystemofUniversalRingsforShieldTunnelsZhaoZhijieJinXianlongCaoYuanShenJianqiDuXinguang(SchrHJlofMer'hani,ⅧlEnginearing，ShahghaiJiaoTongUniversity，Shah卧ai200240AbstractThepaper

3、appliesamethodofnmlti—ringstOdeterminepositionsoferectionpointsoftheuniversalrings，andtodecidethecorrectionlinesbasedonthegeometricfeaturesoftheringsandthedesignedtunnelaxisinshieldtunnels．AvirtualerectionsystemoftheringsisdevelopedbasedonUnigraphics．Thesystenlisusedtosi

4、mulatethedynamicerection，managedataofringerectionandgeneratethereportoftheerectiondeviations．ThissystemhasbeenappliedinashieldtunnelwithgiantdiameterinShanghaiTheresultverifiestheusabilityofthesystem．Keywordsshieldtunnel；universalrings；ringserection；keyposition；correctio

5、ns盾构隧道工法在城市隧道施工中普遍使用，而通用管片以其较低的工程造价、方便施工等诸多优点，逐渐成为盾构施工中使用的主流管片形式“J．但其单一的结构形式在拼装复杂曲线段时却常常遇到管片选择的困难，不恰当的管片选取不仅无法满足管片对设计轴线的拟合，而且会导致盾构机的跑偏、管片的破碎等不良后果．另外，在盾构施工中，盾构机时常会偏离设计轴线，此时要给出恰当的纠偏曲线并选取纠偏管片．对拼装完成的管片则需要考察其拼装质量及偏离设计轴线的程度，以便及时调整施工方案L2⋯．本文对上述问题进行了讨论，基于通用管片及设计轴线的几何特征，提供了管片点位选取

6、的方法，纠偏曲线的确定方法，并基于Unigraphics的图形系统开发了管片的三维虚拟拼装系统．该系统动态地显示了通用管片的拼装过程以及拼装偏差，为盾构施工中的管片拼装提供理论依据与技术支持，同时也为地面技术人员了解拼装进展、评估拼装质量提供了良好的途径．1通用管片拟合隧道轴线原理不同于普通管片，由通用管片组成的衬砌环呈楔形，其点位可以表示为水平超前量与垂直超前量的--5组K，=(si。s：。，)，其中，K。表示第i个点位，i=0，⋯，(N一1)，N为点位数；sL，=2sc。s(等i)^_2ssi“等i)删对应i点位时衬砌环的水平超前量

7、与垂直超前量，S为最大超前量的一半．图1所示为其点位分布示意图．收稿日期：200612—12；修回日期：20070618基金项目：国家自然科学基金重点项目(90612017)．赵志杰，男，1978年生，博士，主要研究方向为虚拟装配、网格计算、汽车安仝性设计，盒先龙，男，1961年生，教授，博士生导师，主要研究方向为集成化汽车CAe∥c^E／CAM、PDM、高性能计算、科学计算可视化■源，男，1976年生，博士，讲师．主要研究方向为网格计算、汁算机(分布)仿真沈建奇，男，1979年生，博士，主要研究方向为盾构隧道施工仿真、大规模复杂系统数

8、值模拟仿真．杜新光，男，1978年生，博士，主要研究方向为大型复杂结构的高性能数值仿真计算．万方数据9期赵志杰等：盾构隧道通用管片虚拟拼装系统1197图1村砌环点位分布(Ko为水平左)隧道设计轴线可以通过投