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原文传递软土地层盾构隧道通用环管片排版纠偏应用技术及施工监控研究

论文题名：	软土地层盾构隧道通用环管片排版纠偏应用技术及施工监控研究
关键词：	盾构隧道;通用环管片;排版纠偏;推进控制;施工监控
摘要：	通用环管片是指在整条隧道施工中只使用一种具有一定楔形量的衬砌圆环，通过楔形圆环的有序旋转和组合，使得在同一条隧道内仅采用这一种管片形式就能适用于直线、左转曲线、右转曲线、空间曲线、进洞区、出洞区等各种工况，从而拟合出设计所需的线路[1-2]。这种形式的衬砌管片理论上只需要一套模具即可实现任何线形隧道的掘进施工，成本较低并且更适用于设计轴线中存在较多的曲线段。　　但是，由于通用环管片拼装点位较多，系统相对复杂，不恰当的点位选取不仅无法满足管片对设计轴线的拟合，而且会导致盾构机跑偏、管片破碎等不良后果[3-7]。同时，在盾构施工过程中，盾构机不可能完全拟合设计轴线，为控制成型管片轴线与设计轴线的偏差在一定范围内，需根据现场实际工程条件对盾构机姿态和管片排版进行动态调整。此外，在计算出纠偏曲线以及管片点位后，盾构机的推进过程将直接影响待拼装管片的安装。盾构机推进不合理会导致计算出点位的管片无法被顺利拼装[8]。因此，研究盾构隧道通用环管片排版纠偏、推进控制具有重要的工程意义。　　软土地层具有土体含水量大、灵敏度高、强度低、流塑性大，受到施工扰动后固结时间长等特性。由于软土地层的以上特点，软土盾构施工存在成型隧道和盾构机上浮的问题，对通用环管片纠偏选型和推进控制提出了更高要求。同时，目前通用环管片盾构施工管理监控手段不完善，工程应用不充分，对软土地层盾构施工管理监控方面的研究较少。因此，研究以上问题在软土地层的应用技术以及盾构施工管理监控意义更加重大。　　本文以宁波市轨道交通l号线和2号线一期工程的盾构区间为工程背景，分别从盾构隧道通用环管片纠偏曲线计算、点位选择、点位确定条件下的推进控制和施工管理等多个角度，对软土地层地铁盾构施工进行全面、深入的探索。论文的主要研究内容如下：　　（1）通过研究设计轴线、盾构机轴线和成型隧道轴线之间的位置关系并进行空间坐标解算，提出针对不同设计轴线线形和不同盾构机初始位置的纠偏曲线计算，为实现盾构机纠偏控制提供基础；　　（2）对通用环管片在不同点位拼装时上下左右各方向的超差和轴线偏差进行计算，在总结前人对通用环管片排版模型研究的基础上，提出了考虑盾尾间隙、千斤顶行程差和管片柔和度的选点方法并编制自动选点程序，避免人工选点的盲目性，实现了点位选择的智能化；　　（3）为保证计算出的点位在下一环能够顺利拼装，基于盾构机与当前环管片和待拼装管片的空间位置关系，建立盾尾间隙改变量计算模型，推导了已拼装管片脱出盾尾和待拼装管片拼装完成后的盾尾间隙计算公式，在待拼装管片点位已知的条件下，通过设定合理的”盾尾间隙允许值”，得到了下一环千斤顶行程差范围计算方法并对该算法编制相关程序，根据计算结果控制推进过程，实现推进过程控制的智能化；　　（4）选择盾尾间隙、管片与设计轴线偏差、管片面法线与盾构机轴线夹角为软土地层通用环管片盾构法隧道施工管理监控的关键参数，并分别总结了关键参数的分级指标，对原有的盾构施工关键参数表优化改进并在后续标段推广，为后期轨道交通信息化管控平台预警报送系统提供基础功能，为实现盾构施工精细化管理奠定基础。　　（5）对工程上使用的自动排版纠偏系统在软土地层的适用性开展研究，得到了该系统在软土地层中较为有效的使用方法，结果表明应坚持推进一环、计算一次、每环必排的原则，计算结果比较可靠，但自动排版纠偏系统无法考虑地层条件对盾构施工的影响，对淤泥质土层适用性较差。通过对比自动选环系统和自主开发的自动选点程序的计算结果，验证了自动选点程序计算原理的科学性。　　作为滨海城市，宁波地区特有的软土地层具有土体含水量大、灵敏度高、强度低等特点，给工程施工中管片排版纠偏及推进控制带来很大挑战。因此利用计算机技术实现盾构法隧道施工管片排版纠偏及推进控制，有利于提高盾构法施工效率，减轻工程技术人员的工作强度，减少依赖以往经验所带来的盲目性，具有广阔发展应用前景和重要意义。
作者：	张文萃
专业：	土木工程建造与管理
导师：	胡长明
授予学位：	博士
授予学位单位：	西安建筑科技大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文