本發(fā)明屬于隧道工程，具體涉及一種盾殼管片拼裝點(diǎn)位與排版方法。

背景技術(shù)：

1、盾構(gòu)管片是盾構(gòu)法隧道的永久襯砌結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)管片質(zhì)量直接關(guān)系到隧道的整體質(zhì)量和安全，影響隧道的防水性能及耐久性能。一環(huán)盾構(gòu)管片稱一個(gè)管片環(huán)。通用管片是指所有的管片環(huán)形式只有一種，既可用在直線段，也可用在曲線段。通用環(huán)是指通用管片襯砌環(huán)，也稱為通用管片環(huán)或通用楔形管片環(huán)。管片拼裝采用錯(cuò)縫拼裝，一環(huán)管片一般由幾塊a型管片(即標(biāo)準(zhǔn)塊)、兩塊b型管片(即鄰接塊)和一塊k型管片(即封頂塊，簡(jiǎn)稱k塊)拼裝而成。管片拼裝點(diǎn)位是指在拼裝時(shí)封頂塊(即k塊)所在的位置，具體是封頂塊中部的位置。在國(guó)內(nèi)，分度為22.5°分度和36°分度的盾構(gòu)管片均有通用環(huán)設(shè)計(jì)。基于隧道工程管片通用環(huán)拼裝要求，封頂塊可能出現(xiàn)在所有分度位置，36°分度的盾構(gòu)管片中封頂塊的拼裝點(diǎn)位數(shù)量為10個(gè)，22.5°分度的盾構(gòu)管片中封頂塊的拼裝點(diǎn)位數(shù)量為16個(gè)。但針對(duì)盾構(gòu)隧道的緩和曲線段，無法對(duì)管片進(jìn)行快速拼裝。因此，需要一種盾殼管片拼裝點(diǎn)位與排版方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是根據(jù)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，提供一種盾殼管片拼裝點(diǎn)位與排版方法，確定緩和曲線段的管片的拼裝點(diǎn)位，并根據(jù)緩和曲線段是否為小半徑轉(zhuǎn)彎區(qū)段以及緩和曲線段的臨近直緩點(diǎn)的區(qū)段是否為小曲率，選擇至少一種楔形環(huán)組來進(jìn)行錯(cuò)縫拼裝，從而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道的緩和曲線段的管片的快速拼裝。

2、本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)由以下技術(shù)方案完成：

3、一種盾殼管片拼裝點(diǎn)位與排版方法，所述方法包括以下步驟：

4、s1：建立xoy平面直角坐標(biāo)系，并將盾構(gòu)隧道的緩和曲線段置于所述平面直角坐標(biāo)系中；

5、其中，所述緩和曲線段的直緩點(diǎn)置于所述平面直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)軸原點(diǎn)，所述緩和曲線段的直緩點(diǎn)同所述盾構(gòu)隧道的直線段連接，所述緩和曲線段的緩圓點(diǎn)同所述盾構(gòu)隧道的圓曲線段連接；所述直線段通過直線環(huán)進(jìn)行拼裝；所述圓曲線段通過楔形環(huán)進(jìn)行拼裝；

6、s2：根據(jù)所述盾構(gòu)隧道的防水要求，確定所述緩和曲線段的管片的拼裝點(diǎn)位；

7、其中，所述拼裝點(diǎn)位是指管片拼裝時(shí)封頂塊中部所在位置；所述緩和曲線段的管片的拼裝點(diǎn)位為管片上半部分除頂點(diǎn)位外的點(diǎn)位；所述緩和曲線段的管片選用楔形環(huán)組，所述楔形環(huán)組包括兩個(gè)所述楔形環(huán)，兩個(gè)所述楔形環(huán)之間設(shè)有若干所述直線環(huán)；

8、s3：根據(jù)所述緩和曲線段是否為小半徑轉(zhuǎn)彎區(qū)段以及所述緩和曲線段的臨近所述直緩點(diǎn)的區(qū)段是否為小曲率，選擇至少一種所述楔形環(huán)組，并進(jìn)行錯(cuò)縫拼裝；

9、s3.1：當(dāng)所述緩和曲線段不為小半徑轉(zhuǎn)彎區(qū)段時(shí)，使用一種所述楔形環(huán)組，并且所述緩和曲線段的第一環(huán)選用所述直線環(huán)；該所述楔形環(huán)組的楔形環(huán)寬度與所述直線段的直線環(huán)寬度相同，通過管片超前量計(jì)算所述楔形環(huán)的數(shù)量；

10、s3.2：當(dāng)所述緩和曲線段為小半徑轉(zhuǎn)彎區(qū)段時(shí)，使用一種所述楔形環(huán)組，并且所述緩和曲線段的第一環(huán)選用所述直線環(huán)；該所述楔形環(huán)組的楔形環(huán)寬度小于所述直線段的直線環(huán)寬度，通過管片超前角計(jì)算所述楔形環(huán)的數(shù)量；

11、s3.3：當(dāng)所述緩和曲線段的臨近所述直緩點(diǎn)的區(qū)段為小曲率時(shí)，使用多種所述楔形環(huán)組，并且所述緩和曲線段的第一環(huán)選用所述直線環(huán)；通過曲率閾值點(diǎn)計(jì)算所述楔形環(huán)的數(shù)量。

12、所述緩和曲線段在所述平面直角坐標(biāo)系里的曲線方程為：

13、

14、式中，r是所述圓曲線段的轉(zhuǎn)彎半徑；l是所述緩和曲線段的曲線長(zhǎng)度，v是列車設(shè)計(jì)車速；φ是所述緩圓點(diǎn)對(duì)應(yīng)的切線角；x1為所述緩圓點(diǎn)位于所述平面直角坐標(biāo)系中的水平方向坐標(biāo)。

15、在步驟s3.1中，在所述緩和曲線段上，所述管片超前量為：

16、

17、式中，d是管片直徑；

18、在所述緩和曲線段上所述楔形環(huán)使用量為：

19、

20、式中，δ'是所述楔形環(huán)組的水平計(jì)算楔形量；nt取偶數(shù)。

21、在步驟s3.1中，所述緩和曲線段的管片拼裝循環(huán)步驟如下：

22、步驟1：確定所述緩和曲線段在所述平面直角坐標(biāo)系里的曲線方程、管片選擇控制點(diǎn)位后的水平方向轉(zhuǎn)角和管片在垂直方向的偏移量δ'h；

23、步驟2：假設(shè)所述緩和曲線段中下一塊拼接的管片為所述直線環(huán)，則下一塊拼接的管片的中心線的起點(diǎn)和終點(diǎn)分別為(xi，yi)和(xi+1，yi+1)；

24、步驟3：判斷(xi+1，yi+1)是否超過所述緩圓點(diǎn)坐標(biāo)(x1，y1)，條件為：xi+1≥x1或yi+1≥y1；

25、步驟3.1：若為是，則結(jié)束；

26、步驟3.2：若為否，求出(xi，yi)和(xi+1，yi+1)兩點(diǎn)到所述緩和曲線段的最短距離，取其中的較大值di，并記錄管片在垂直方向的偏移積累hi；判斷hi是否大于最大允許誤差dmax；

27、步驟3.2.1：若為是，則所述緩和曲線段中下一塊拼接的管片選用所述楔形環(huán)，重復(fù)步驟2和步驟3；

28、步驟3.2.2：若為否，則判斷di是否大于最大允許偏差的折減值η·dmax；式中，η為折減系數(shù)，取0.4-0.6；

29、步驟3.2.2.1：若為是，返回步驟3.2.1；

30、步驟3.2.2.2：若為否，則所述緩和曲線段中下一塊拼接的管片選用所述直線環(huán)，返回步驟2。

31、在步驟s3.3中，曲率閾值點(diǎn)的計(jì)算方法如下：

32、已知所述楔形環(huán)組的水平計(jì)算楔形量δ'、所述楔形環(huán)選擇控制點(diǎn)位后的水平方向轉(zhuǎn)角和管環(huán)中心寬度h，根據(jù)相似原理可得該所述楔形環(huán)組可適用的最小轉(zhuǎn)彎半徑rk，再根據(jù)曲率半徑計(jì)算公式：式中，k為曲率，y’和y”分別為y對(duì)x的一階和二階導(dǎo)數(shù)，可得出一個(gè)只關(guān)于x的非齊次線性方程；

33、根據(jù)所述緩和曲線段的軸線單調(diào)性，所述非齊次線性方程必有1個(gè)實(shí)根；所述非齊次線性方程需要高精度二分法才可得出準(zhǔn)確的解，但曲率閾值點(diǎn)只是一個(gè)所述楔形環(huán)使用選擇的固定點(diǎn)，故基于管片寬度的量級(jí)，二分法只需保證誤差為0.01即可作為精確解使用。

34、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：確定緩和曲線段的管片的拼裝點(diǎn)位，并根據(jù)緩和曲線段是否為小半徑轉(zhuǎn)彎區(qū)段以及緩和曲線段的臨近直緩點(diǎn)的區(qū)段是否為小曲率，選擇至少一種楔形環(huán)組來進(jìn)行錯(cuò)縫拼裝，從而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道的緩和曲線段的管片的快速拼裝。

技術(shù)特征：

1.一種盾殼管片拼裝點(diǎn)位與排版方法，其特征在于所述方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種盾殼管片拼裝點(diǎn)位與排版方法，其特征在于所述緩和曲線段在所述平面直角坐標(biāo)系里的曲線方程為：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盾殼管片拼裝點(diǎn)位與排版方法，其特征在于在步驟s3.1中，在所述緩和曲線段上，所述管片超前量為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種盾殼管片拼裝點(diǎn)位與排版方法，其特征在于在步驟s3.1中，所述緩和曲線段的管片拼裝循環(huán)步驟如下：

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種盾殼管片拼裝點(diǎn)位與排版方法，其特征在于在步驟s3.3中，曲率閾值點(diǎn)的計(jì)算方法如下：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種盾殼管片拼裝點(diǎn)位與排版方法，方法包括以下步驟：S1：建立xOy平面直角坐標(biāo)系，并將盾構(gòu)隧道的緩和曲線段置于平面直角坐標(biāo)系中；S2：根據(jù)盾構(gòu)隧道的防水要求，確定緩和曲線段的管片的拼裝點(diǎn)位；S3：根據(jù)緩和曲線段是否為小半徑轉(zhuǎn)彎區(qū)段以及緩和曲線段的臨近直緩點(diǎn)的區(qū)段是否為小曲率，選擇至少一種楔形環(huán)組，并進(jìn)行錯(cuò)縫拼裝。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為：確定緩和曲線段的管片的拼裝點(diǎn)位，并根據(jù)緩和曲線段是否為小半徑轉(zhuǎn)彎區(qū)段以及緩和曲線段的臨近直緩點(diǎn)的區(qū)段是否為小曲率，選擇至少一種楔形環(huán)組來進(jìn)行錯(cuò)縫拼裝，從而實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)隧道的緩和曲線段的管片的快速拼裝。

技術(shù)研發(fā)人員：李少華,黃昌富,王鵬,杜修力,李文兵,李建旺,姚鐵軍,張明聚,李鵬飛,劉中欣,欒煥強(qiáng),謝劍楠,王振勇,田國(guó)文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中鐵十五局集團(tuán)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6