盾构通用管片排版优化与纠偏控制研究

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1、2015年1月第1期城市道桥与防洪科技研究151盾构通用管片排版优化与纠偏控制研究誊系蘸建立了通用管片排版优化与纠箫偏控蒹制计算方法，开发全篷了施相应．～川n轨等萼耋舡的中图分类号：U455．43文献标志码：A文章编号：l0o9—77i6r，n1、n1n11nc用⋯⋯警只越管线片和在管盾片构成法环施质工量中，能因而够近较年好来地对控制粪覆隧受到重视l】’2]。为了保证盾构法隧道工质量，必须对隧道的轴线进行严格的控制r3rl，而通,g~-斤,I的排版设计和纠偏是盾构隧道施工过线控制的关键，因此有必要开展通用管片环的窨誊时排版设计，以及盾构动态纠偏过程的控制研：在传统施工中，通常采用手工计算初

2、步实现管的排版和纠偏，显然工程施工精度与效率难得到保证。针对传统手工计算的不足，国内学开一些相关的尝试工作，其主要研究思路是针对输入的设计线型，结合管片的基本参数E，譬路合进行管片’。主要创新在于考虑包括管片的楔i：导翌、环行宽程、最小旋转角、分块等基本参数和句金I-4．：h、盾尾间隙、盾构首尾差等盾构机姿态的因素，推导了管片排版与盾构纠偏的计算方d。lLJ法n，同时一些学者开发了相应的软件【。竺冀篓与纠偏理论试图建立通用管片本排版文基优十斤坝仃栏图2隧道三轴线之间的几何关系图示与纠偏控制计算方法，开发相应的软件，并将其盾构机中心线，仅为成型管片中心线与盾构机夹角，p为设计中心线与盾构机夹

3、角，为设计中1盾构隧道施工中三轴线的关系心线与成型隧道中心线的夹角。由图2可见：sin卢=丁A1-A2(1)管片的排版设计和动态纠偏主要依据隧设、计轴线、盾构轴线、成型管片轴线三者之式中：为切口与设计轴线的平面偏差；为展关系，以确保施工质量和安全，隧道三轴线盾尾与设计轴线的平面偏差；为盾构的首尾长图2所示为盾构隧道三轴线之间的几何关8ina=丁B2-B1(2)系，ZX-为设计中心线，ZX：为管片中心线／，ZX为式中：z胡t为平面内左右油缸的行程差；为收稿日期：2014—08～11左右千斤顶之间的距离。理毒篾耋1～97⋯7-),~j，士海人’，工～程师，分公“司副经，从事施工技术管理与研究工

4、作。=+(3)152科技研究城市道桥与防洪2015年1月第1期2．3次环管片的选型2通用管片排版优化结合其前环及下一点位的管环的信息，可判2．1通用管片排版原则断是否为大通缝。当符合要求时，可计算累积总偏盾构隧道施工前期，需要按照隧道轴线设计差，通过累积总偏差以选择可拼的管环。若两环管进行管片的预排版，以指导盾构施工及其管片的片之间的超前量变化过大，进行下一环管片拼装拼装。对于通用管片，管片的设计排版主要是确定时会造成千斤顶行程差相差较大，推力不均匀，进封顶块的位置，以确定管片环的旋转角度，即确定而增加施工难度。因此，可限定两管环之间的累积其上下左右的超前量，以拟合设计的轴线。由于封超前量

5、值l7l。顶块需最后安装，管环底部位置受力较大且不易3通用管片纠偏控制安装，故避免将其安装在底部。错缝拼装具有管片纵缝的抗张开力较大，自动消除环面累计误差，止3．1偏差成因分析水、整体受力性能好和圆环的整体刚度大等优点，盾构推进过程中，管片成型的轴线往往会出在受力允许的状态下，可采用小通缝进行拼装(两现偏离设计轴线的情况，应根据不同的偏差原因，管片环之间允许有1～2条通缝)，但不允许大通采取相应纠偏措施进行轴线的修正。轴线偏差的缝(3条及以上的通缝)拼装。因此管片排版设计需可能成因：(1)盾构机操作有误；(2)管片超前量控遵循以下原则：制不当；(3)人工测量偏差或测量系统故障；(4)成(1

6、)不能出现大通缝(3条及3条以上纵缝重型管片移位；(5)设计轴线的需求。合)情况。3．2纠偏优化(2)封顶块不能拼装在底部的范围(157．5。为了选取最优的纠偏曲线，采用穷举法和最～202．5。，即底部45。以下范围内)。小二乘法相结合的方法，即在后续纠偏曲线的设计2．2超前量的计算时，将可能出现的拟合姿态的管环一一列出，再采用图3为管片超前量的计算模型。假设管片的最小二乘法进行选优，得到最佳姿态的拟合管环。楔形量为5(双面楔形量)，当顺时针转过0角时，以盾尾间隙、盾构首尾差、油缸行程差等因素取相应的超前量为5(单面楔形量)，由几何关系，为目标函数，选取最优的纠偏曲线。最优的纠偏曲则有：线

7、的目标函数为：R—Rcos8兀()=2+2(8)一／22尺(4)第n+l环拼装完成后的左边与右边的盾尾间由式(4)得：隙差为：2=．㈦_一一半㈩2So+n_-·第n+l环拼装完成后的上部和下部的盾尾间则管片上下侧的超前量满足式(6)：隙差为：2So一2So+=一Scos0(6)2W．A．sin(．360)同理得管片左右的超前量满足式(7)：D2So一2+=一Ssin0(7)(10)3．3纠偏控制及实现按照偏差量的大小可分