
简单来讲,通过油缸行程差可以确认下一环管片的楔形量,再依据楔形量和隧道线路的要求选择管片。在这个过程中,需要考虑盾尾间隙是否满足选择管片的要求。
具体而言,管片形式可以分为L1、L2、B1、B2、B3、F六种,每块管片都有不同的楔形量,依靠楔形量实现隧道转向和盾构机的辅助控制。F管片的楔形量最小,拼装顺序至关重要。管片拼装位置的选择对于盾构机前进姿态的控制非常有效。当管片与推进千斤顶接触平面不重合时,千斤顶产生推力时会导致管片裂缝,造成漏水,并使盾构机难以遵循预定线路前进。
由于管片与推进千斤顶接触平面有夹角,近似于线接触,管片混凝土的拉伸强度约为50kg/平方厘米,而千斤顶产生的拉伸应力远超此值,因此管片开裂的起因是千斤顶与管片平面不重合。这会导致盾构机各千斤顶不同步,难以控制方向。
因此,应使管片与推进千斤顶接触平面尽量重合,可以通过选择管片的拼装位置来实现。在选择管片位置时,有两个参数需要考虑:一个是盾尾间隙的保证;另一个是管片平面走向趋势。管片趋势相关的参数包括推进油缸行程、铰接油缸行程、管片平面位置等。由此可以得到管片走向趋势:CH(水平走向趋势)=Fb—Fd;CV(垂直走向趋势)=Fa-Fc。
其中,Fa=Pa-Aa,Fb=Pb-Ab,Fc=Pc-Ac,Fd=Pd-Ad。当我们用管片的不同楔形量来使CH、CV为0时,管片平面就与盾构机前进平面重合,此时盾构机的千斤顶受力情况最好,便于整个掘进工序。当楔形量不能使CH与CV同时为0时,应尽量使其中一个保持最小,使盾构机能获得最大的推进力,并使侧向分力减小,便于盾构机遵循预定线路前进。
因此,应优先考虑管片趋势。盾尾间隙对选择管片位置的影响不容忽视。不同点位的选择可以控制盾尾间隙,由于在盾尾后部设有一圈加强环,可以保持盾尾保圆度,防止泥水进入盾尾密封刷内。加强环高度为45mm,盾构机在不同线路上总有一定的偏移量,因此盾尾间隙需保持在45mm以上,否则会使加强环挤压管片造成碎裂,并妨碍了掘进时方向的控制。
由于管片类型不同,对盾尾间隙可以起到调节作用,我们把盾尾分成11个点位。例如:当F块位于3点位置时,可以将3点位置上的盾尾间隙减小,而9点钟位置间隙得到最大补偿。当前进线路为小半径曲线时,一侧盾尾间隙会变得很小,始终如此。出于对盾尾间隙的考虑,我们选择的管片位置有时很不利于盾构机的掘进,导致千斤顶平面与管片平面有很大的夹角,这会导致管片发生挤碎现象,造成盾构机控制上的困难。
当管片经常发生碎裂时,我们就要通过控制盾构机的线路来使间隙得到平衡,从而选择最适合的点位如图4。当间隙得到平衡后再还回原来线路,但调整线路应尽量小。再次掘进时,我们对管片拼装位置做了仔细的推敲再进行拼装,使管片位置最优化,再也没有出现盾构机掘进时因管片碎裂造成难以控制的现象。
通过对管片拼装点位的深入了解和研究,我们对通用管片衬砌隧道的掘进控制技术有了很大的提高。