超挖量计算

1.1.1 最佳铰接状态

在曲线施工时，盾构机本体的各部分沿挖掘断面内侧前进。即盾构机的前体前端、后端和后体前端、后端作为曲线外圆,其中的某一点与地层相接是最佳状态。在研究盾构机的曲线施工时，要满足以下的条件，此时的θ1为最佳铰接角。

1）管片的头部中心要在所希望的曲率半径线上；

2）OA≥MAX.（OB、OC、OD）。但是，“=”是最合适的。

图4-7 铰接示意

3）盾构机与管片的角度为θ2 = 90°，但在急转弯时可以将I点作为中心，适当增大角度（超过90°）。

4）另外，在此状态下如果铰接角不足，需要增加超挖量，如果铰接角过大，需要在外侧超挖。 1.1.2

超挖量

曲线施工时，为了使盾构机的后体能够通过盾构机刀盘挖掘断面的内侧，内侧的挖掘量必须加大，进行内侧超挖。也就是说，超挖量由前体前端E点的轨

迹和前躯或后躯与内圈地层相接点轨迹的差位确定。 1.1.3

盾尾间隙

为了满足安装管片时的余量,以及曲线施工中确保管片通过盾尾部时的间隙，必须设置盾尾间隙。

管片通过盾构机尾部时所需的间隙条件为：按最小曲线半径施工时，管片拼装考虑富余间隙后不能接触盾壳。

必要的尾部间隙由以下项目组成： 1）盾尾内的管片偏移量； 2）盾尾板的变形量； 3）管片组装精度； 4）余量。

另外，在急转弯时，管片的滑动余量较大，有时需加大盾尾间隙。增大盾尾间隙的具体方法有：

1）增大盾构机的直径； 2）减小管片的外径。

另外，减小管片滑动余量的方法有：

1）缩短尾部（减小管片的外径、减少盾尾刷的层数等）； 2）减小急转弯部的管片的宽度； 3）急转弯部的窄管片最后安装。

1.1.4 计算方法

图4-8 盾尾间隙计算示意图

计算曲线施工时，先用符号定义各点和尺寸，如图4-8所示。

计算方法是以曲线中心点为原点（O），计算盾构机各部位的坐标，并以此为基础，计算铰接角、超挖量、尾部间隙。

因计算公式相当繁杂，在这里不介绍详细的计算过程。 1.1.5

铰接角的计算

因我们将管片组装面（管片组装结束后，盾尾部与管片重叠量为最大时的管片头部的面）上的管片中心确定在曲率半径上，所以只要给定了盾尾部与管片外侧的间隙δ1以及盾构机管片向的倾斜θ2的话，包括盾构机铰接中心M点在内的后躯各坐标就同样可以确定。

以他们的坐标与盾构机前端的外周A点、其他的外周点B、D中的某一点在同一圆弧上为条件，可计算出铰接角度（不会与C相接）。

另一方面，急转弯时铰接角度变大，但从盾构机的结构对铰接角度有所，所以应固定计算铰接角度。铰接角度小于最佳角度的情况下，超挖量大，且外周侧的空隙也变大。

1.1.6 超挖量的计算

确定铰接角度后，可计算前躯的各个坐标。而且，根据前躯或后躯的状态，可以计算通过内弧侧的地层与前体或后体的接点、以原点为中心的圆（内接圆）。因知道了盾构机的头部内弧侧E点与原点的距离，它和内接圆半径的差就知道了，这就是超挖量。 1.1.7

盾尾间隙的计算

把图4-9的δ2作为盾尾间隙来计算。实际计算中，要从尾部内径减除δ1、管片的组装精度、盾尾的变形量、管片的偏移量。并且，如果δ2在90º以上时，必须减除这部分的盾尾偏移量。不过,一般把δ1＝10考虑成余量。因此，δ2的计算结果在零以上就可以了。

图4-9 盾尾间隙计算示意

1.1.8

铰接油缸行程的计算

铰接油缸所需要的行程JS可由下式计算。

JS2Djsin12cosj

式中：DJ——铰接油缸安装P.C.D

θj——铰接油缸安装角度

图4-10铰接油缸行程计算示意

1.1.9 计算中参照的各项依据

盾构机外径： D ＝ 6,150mm 曲线部外径： d ＝ 6,000 mm 曲线部管片幅宽： SW ＝ 1,200 mm 前胴体长： l1 ＝ 4,260 mm 盾尾端～管片组装位置： l3 ＝ 2,440 mm 铰接中心～前胴体后端： l4 ＝ 800 mm 管片组装位置～铰接中心： l5 ＝1.630 mm 盾尾板厚**： t ＝ 45 mm **隧道中心水平方向的虚拟板厚： 间隙余量： δ1＝ 10 mm 管片组装精度： EC ＝ 15 mm 盾尾部变形量： TT ＝ 3 mm 盾构机的倾斜角： θ2＝ 90 ° 曲率半径： R＝ 250,000 mm 铰接千斤顶P.C.D.： DJ＝ 5,200 mm 铰接千斤顶安装角度： θJ＝ 8.1818 ° 1.1.10 计算结果

本工段的曲线施工计算结果如下表所示。

表4-17 曲线施工计算参数

曲率半径 所需铰接角度 所需超挖量 外侧间隙(δ1) 间隙 内侧间隙(δ2) 合计间隙 必要装备铰接千斤顶行程

250 1.0 12.5 10 16.9 26.9 68.4 m ° mm mm mm mm mm 根据上表，本盾构机的规格如下表所示。

表4-18 铰接规格 装备的铰接角度 装备的仿形刀行程 装备的铰接千斤顶行程

2.0 175 220 ° mm mm 按照工程要求，本盾构机可达到的最小曲率半径及相关参数如下表所示。

表4-19 本盾构机实际曲线施工相关参数

曲率半径 所需铰接角度 所需超挖量 外侧间隙(δ1) 间隙 内侧间隙(δ2) 合计间隙 必要装备铰接千斤顶行程 110 1.7 28.9 10 1.2 11.2 155.6 mR ° mm mm mm mm mm