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        地鐵隧道施工中成型管片軸線控制技術(shù)分析

        2021-04-01 08:54:18李強(qiáng)
        工程建設(shè)與設(shè)計(jì) 2021年22期
        關(guān)鍵詞:中心線管片軸線

        李強(qiáng)

        (中鐵二局集團(tuán)有限公司城通分公司,成都 610000)

        1 引言

        隨著城市軌道交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的快速發(fā)展,盾構(gòu)機(jī)的應(yīng)用越來越多,由于盾構(gòu)施工是可逆的,施工企業(yè)、工程監(jiān)理都將盾構(gòu)隧道施工成型管片軸線的控制作為重中之重。在施工過程中,隧道施工成型管片軸線存在偏差會(huì)影響工程進(jìn)度,推遲工期,造成重大工程安全事故,對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)造成影響,因此,采取針對(duì)性措施縮短成型管片軸線偏差,是各地鐵站盾構(gòu)施工專業(yè)技術(shù)人員的職責(zé)。

        2 工程概述

        某地鐵工程機(jī)場(chǎng)西站—蕭山機(jī)場(chǎng)站區(qū)間位于浙航大道與航安路路口西側(cè)。區(qū)間出機(jī)場(chǎng)西站后下穿機(jī)場(chǎng)高速公路,過機(jī)場(chǎng)高速公路后以一組半徑R=450 m 的曲線轉(zhuǎn)向東,下穿圍場(chǎng)河后沿浙航大道敷設(shè),至浙航大道與航安路路口西側(cè),設(shè)中間風(fēng)井,區(qū)間出中間風(fēng)井后繼續(xù)沿浙航大道敷設(shè),至浙航大道與航景路路口西側(cè)接一組反向曲線后接入蕭山機(jī)場(chǎng)站。區(qū)間最小坡度為5.071‰,最大坡度為24‰,最小轉(zhuǎn)彎半徑為450 m,最大轉(zhuǎn)彎半徑為1 500 m,區(qū)間隧道最小埋深8.81 m,最大埋深18.25 m。盾構(gòu)機(jī)應(yīng)根據(jù)市政管網(wǎng)、建筑施工、樁基、河流等內(nèi)容,對(duì)隧道中心線的操縱提出更高要求:進(jìn)行盾構(gòu)掘進(jìn)施工時(shí),隧道高程誤差和平面誤差應(yīng)控制在50 mm 以內(nèi),成形隧道高程公差和中心線平面誤差應(yīng)控制在100 mm 以內(nèi)。操縱隧道中心線的主要目的是更好地保證盾構(gòu)機(jī)能夠沿設(shè)計(jì)方案路線推進(jìn),防止盾構(gòu)機(jī)超出誤差極限無法達(dá)到設(shè)計(jì)方案要求。

        3 成型管片軸線偏移原因

        機(jī)場(chǎng)西站最初設(shè)置在隧道出口側(cè),主要是隧道施工坡度較陡(24‰),升級(jí)后改為起點(diǎn)站段項(xiàng)目。設(shè)計(jì)方案中沒有考慮緩坡保護(hù)段的合理節(jié)距和可靠性。也就是說,在起點(diǎn)站的托架上,掘進(jìn)機(jī)在進(jìn)行推進(jìn)時(shí)不能進(jìn)行坡度調(diào)整。在工程施工過程中,由于過分追求工程進(jìn)度,掘進(jìn)機(jī)開挖速度過快,造成段在施工過程中偏差過大。盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)施工全過程注漿施工的注漿量和注漿壓力過大,造成分段偏移,導(dǎo)致儀器設(shè)備精度下降,產(chǎn)生冗余誤差;每次精確測(cè)量完成后,都需要換站,測(cè)量數(shù)據(jù)信息有一定的誤差;另外,由于每次換站的應(yīng)用數(shù)據(jù)都是上一站的數(shù)據(jù)信息,隨著換站頻率的增加,會(huì)導(dǎo)致總誤差、最終誤差越來越大;機(jī)場(chǎng)西站至蕭山機(jī)場(chǎng)站盾構(gòu)隧道施工期間,盾尾刷更換3 次,盾尾刷一旦損壞,會(huì)出現(xiàn)更嚴(yán)重的模脹情況,即泥漿引入不足,導(dǎo)致管段向下移動(dòng),即使最終順利形成,部分掘進(jìn)段操縱值也會(huì)超過極限;在盾構(gòu)施工過程中,盾構(gòu)司機(jī)沒有認(rèn)真進(jìn)行工程圖紙和工程施工順序研究[1-3]。驗(yàn)證中,當(dāng)出現(xiàn)坡度變化時(shí),無法立即調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài);在盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中,段型選擇困難,會(huì)造成盾尾間隙縮小。為了更好地保證盾構(gòu)機(jī)前進(jìn),避免管片損壞,必須改變盾構(gòu)機(jī)姿態(tài),避免盾構(gòu)機(jī)偏離隧道施工設(shè)計(jì)方案的中心線。

        4 測(cè)量措施

        4.1 建立坐標(biāo)體系

        在盾構(gòu)施工前,必須在地面和地下建立坐標(biāo)系,根據(jù)業(yè)主給出的平面圖控制網(wǎng)絡(luò)及其橫向網(wǎng)信息,確定平面圖的各點(diǎn)高程和近井點(diǎn);然后采用精確測(cè)量方法進(jìn)行測(cè)量,將線路控制點(diǎn)和參考點(diǎn)的高程坐標(biāo)傳輸?shù)侥P椭?,從而?chuàng)建坐標(biāo)系,并對(duì)盾構(gòu)機(jī)建設(shè)進(jìn)行專項(xiàng)指導(dǎo)[4]。

        4.2 導(dǎo)向系統(tǒng)測(cè)量

        導(dǎo)向系統(tǒng)軟件在盾構(gòu)施工中得到了廣泛應(yīng)用。激光站是盾構(gòu)機(jī)自帶的檢測(cè)設(shè)其姿態(tài)的測(cè)量系統(tǒng),測(cè)量頻率為2 次/s,這樣就大大減少了人工檢測(cè)盾構(gòu)姿態(tài)的次數(shù)。激光站是由帶激光發(fā)射裝置的全站儀、激光接受靶(位于盾構(gòu)機(jī)刀盤后面)、后視棱鏡組成。激光站的測(cè)站和后視都納入了地下坐標(biāo)控制網(wǎng)中,根據(jù)激光全站儀能測(cè)出掘進(jìn)中盾構(gòu)的具體三維坐標(biāo)和其具體里程,并與主控臺(tái)內(nèi)的計(jì)算機(jī)資料做比較,當(dāng)超限時(shí)盾構(gòu)機(jī)會(huì)自動(dòng)停止工作。讓實(shí)際操作人員實(shí)時(shí)獲取盾體和設(shè)計(jì)方案,中心線的偏差可立即糾正,保證施工質(zhì)量。

        4.3 人工測(cè)量

        首先,明確中心坐標(biāo)、盾構(gòu)機(jī)總長(zhǎng)、盾尾坐標(biāo)、原件等盾構(gòu)機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)信息,以及盾構(gòu)機(jī)的原始傾斜度、預(yù)標(biāo)定、傾角標(biāo)尺的標(biāo)定及后標(biāo)底座的安裝,均應(yīng)根據(jù)上述準(zhǔn)確的測(cè)量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行。在安裝坡度板的整個(gè)過程中,需要將其安裝在前護(hù)罩或中護(hù)罩的底端,以便于觀察。錘球的尖端需要偏向等級(jí)板的標(biāo)尺線。在調(diào)整斜板位置的整個(gè)過程中,應(yīng)利用盾構(gòu)機(jī)的拐角并以具體精確測(cè)量得到的傾角值為依據(jù)。調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)是使錘頭與相應(yīng)的刻度值準(zhǔn)確匹配。前標(biāo)、斜板和后基標(biāo)安裝后,必須準(zhǔn)確測(cè)量相關(guān)數(shù)據(jù):前標(biāo)0 刻度位置與盾構(gòu)機(jī)管理中心的實(shí)際高度差;后刻度0 刻度位置距離盾構(gòu)機(jī)管理中心的實(shí)際高度差;監(jiān)測(cè)站與前方標(biāo)志的距離;前標(biāo)記的長(zhǎng)度;前標(biāo)記與后標(biāo)記底部的距離;盾尾的背標(biāo)長(zhǎng)度;盾尾前端標(biāo)記的長(zhǎng)度。為了更好地保證上述數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,必須對(duì)其進(jìn)行校對(duì)[5]。這類數(shù)據(jù)屬于計(jì)算程序的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。將盾構(gòu)機(jī)型號(hào)規(guī)格及相關(guān)準(zhǔn)確測(cè)量數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)語言,即可顯示盾構(gòu)機(jī)主要參數(shù)數(shù)據(jù)。理論上,人工測(cè)得的數(shù)據(jù)應(yīng)該與引導(dǎo)系統(tǒng)軟件測(cè)得的數(shù)據(jù)一致。但由于數(shù)據(jù)誤差,在實(shí)際運(yùn)行的整個(gè)過程中,只有相關(guān)主要參數(shù)數(shù)據(jù)相差小于11mm,才可以判斷盾構(gòu)姿態(tài)是否正常。

        5 施工措施

        5.1 PDCA循環(huán)管理法

        盾構(gòu)施工軸運(yùn)行中選用PDCA 循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行管理。PDCA是英國(guó)質(zhì)量控制權(quán)威專家戴明博士將全面質(zhì)量控制主體活動(dòng)的整個(gè)過程分為4 個(gè)環(huán)節(jié):Plan(計(jì)劃)、Do(實(shí)施)、Check(檢查)、Action(解決)。按計(jì)劃→實(shí)施→檢查→解決,循環(huán)進(jìn)行質(zhì)量控制,這4 個(gè)環(huán)節(jié)是一個(gè)連續(xù)的循環(huán)系統(tǒng)。同時(shí),PDCA 循環(huán)系統(tǒng)的整個(gè)過程實(shí)際上就是理解→實(shí)踐活動(dòng)→再理解→再實(shí)踐活動(dòng)的全過程。即在盾構(gòu)隧道工程施工前制訂軸控質(zhì)量政策計(jì)劃或準(zhǔn)備,然后,按計(jì)劃落實(shí),將執(zhí)行結(jié)果與原來的概念和計(jì)劃進(jìn)行比較。檢查計(jì)劃執(zhí)行情況,最終根據(jù)檢查結(jié)果改進(jìn)工作,總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)或修改原有理念,制訂新的工作計(jì)劃,運(yùn)用科學(xué)管理計(jì)劃,確保盾構(gòu)施工軸線保障措施的完成。

        5.2 明確盾構(gòu)始發(fā)方向與注漿配比

        盾構(gòu)機(jī)初始狀態(tài)主要決定于始發(fā)托架和反力架的安裝,因此,始發(fā)托架的定位在整個(gè)盾構(gòu)施工測(cè)量過程中格外重要。其主要安裝精度指標(biāo)為:高程偏差≤±5 mm;左右偏差≤±10 mm;豎直趨勢(shì)≤±2‰;水平趨勢(shì)≤±3‰。根據(jù)井下導(dǎo)線點(diǎn)準(zhǔn)確放樣出盾構(gòu)機(jī)的基座及反力架位置,基座的前點(diǎn)高程比設(shè)計(jì)高程提高1 cm,后點(diǎn)高程與設(shè)計(jì)高程一致(以消除盾構(gòu)機(jī)入洞后“磕頭”的影響),反力架、基座的中線必須重合,標(biāo)高必須順坡。如有特殊原因限制,必須考慮隧道施工的傾斜度和始發(fā)托架的放置,以防止盾構(gòu)軸線偏離。在同步注漿工程施工全過程中,要對(duì)同步注漿準(zhǔn)備進(jìn)行嚴(yán)格控制,對(duì)泥漿質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)督。試驗(yàn)過程中,應(yīng)及時(shí)對(duì)砂漿進(jìn)行取樣檢查,并對(duì)砂漿初凝情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析,明確砂漿的最佳初凝狀態(tài),然后,按規(guī)定確定能滿足要求的砂漿,以滿足項(xiàng)目建設(shè)要求。尤其是雨后,更要注意泥漿的配制和操作步驟。

        5.3 盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制

        盾構(gòu)機(jī)的姿態(tài)包括盾構(gòu)機(jī)主體轉(zhuǎn)動(dòng)和方向操縱。操縱的優(yōu)劣直接關(guān)系到隧道施工中心線是否符合直線規(guī)定。調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的方向,容易造成盾構(gòu)加深、盾構(gòu)滑動(dòng)摩擦力擴(kuò)大,引起周圍地質(zhì)構(gòu)造振動(dòng),使地基沉降。因此,應(yīng)立即糾正推盾機(jī)造成的方向偏差,使盾構(gòu)機(jī)的推力方向始終與計(jì)劃路線一致,這一點(diǎn)尤為重要。由于諸多因素的影響,往往會(huì)在盾構(gòu)施工整個(gè)過程中進(jìn)行調(diào)整和修正。在盾構(gòu)施工整個(gè)過程中,必須遵循糾偏標(biāo)準(zhǔn):經(jīng)常糾偏,少糾偏(一般±5 mm/m,少數(shù)為±10 mm/m),早糾偏。同時(shí),要有偏差管理方法值和規(guī)定值,必須制定偏差調(diào)整戰(zhàn)略方針,否則會(huì)出現(xiàn)連續(xù)糾偏,造成隧道施工中出現(xiàn)蛇形運(yùn)動(dòng)軌跡,嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生安全事故。因此,應(yīng)根據(jù)不同的問題采取不同的預(yù)防措施,明確盾構(gòu)操作范圍和控制措施,對(duì)偏差采取正確的處理方法。另外,在掘進(jìn)過程中,管片直徑與盾尾內(nèi)腔之間要保持30~70 mm 的間隙。節(jié)段從盾尾脫離后,會(huì)受到重力的作用,造成位移;同時(shí),盾尾的那一段會(huì)被釋放出來。同樣,注漿的擠壓成型效果也會(huì)引起位移。如果再加上人工作業(yè)的影響,例如,管片地腳螺栓沒有及時(shí)擰緊,管片中心最終會(huì)偏離設(shè)計(jì)方案的中心線。管段三維坐標(biāo)的精確測(cè)量雖然屬于后期監(jiān)管,時(shí)效性比較落后,但可以反映形成管段的偏差[6]。

        5.4 重視管片軸線控制工作

        實(shí)際操作人員必須了解各路段的地質(zhì)環(huán)境概況、設(shè)計(jì)方案的傾斜度和道路轉(zhuǎn)彎半徑等情況,防止再次發(fā)生非即時(shí)邊坡變化。針對(duì)此類問題,每周應(yīng)組織技術(shù)人員進(jìn)行統(tǒng)一的安全報(bào)告,便于提前制定開挖的主要參數(shù)。由于在風(fēng)化層推進(jìn)時(shí),駕駛姿態(tài)難以控制,實(shí)際作業(yè)人員應(yīng)做到早發(fā)現(xiàn)、早解決,提前糾正推進(jìn)位置和姿態(tài),防止出現(xiàn)惡性姿態(tài)和超標(biāo)情況。此外,各單位應(yīng)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)溝通,做到早發(fā)現(xiàn)、早溝通、早解決。

        6 平豎曲線上盾構(gòu)推進(jìn)軸線控制

        當(dāng)發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)開挖方向偏差超過允許誤差時(shí),需立即調(diào)整。調(diào)整時(shí),要按照“慢調(diào)整、多調(diào)整”的基本原則進(jìn)行整改,并按時(shí)進(jìn)行跟蹤走訪和開挖指導(dǎo);根據(jù)區(qū)域蒸氣壓的調(diào)整,控制屏蔽裝置的位置,采用固定連接等對(duì)策進(jìn)行中心線定位、調(diào)整,以達(dá)到控制中心線的目的。

        6.1 控制圓曲線盾構(gòu)軸線

        施工企業(yè)在進(jìn)行圓曲線段的推進(jìn)時(shí),需要進(jìn)行液壓千斤頂行程布置的提前計(jì)算。推進(jìn)時(shí),控制好圍繞設(shè)置的控制管理中心傷口位置。左右液壓千斤頂?shù)耐七M(jìn)力應(yīng)保持一定的差值,并根據(jù)主軸承載能力進(jìn)行調(diào)整。需要控制環(huán)面的方位角和平面度,全程控制圍繞設(shè)置管理中心的護(hù)罩尾部和固定位置,避免在校正過程中對(duì)繞線位置調(diào)整過大,導(dǎo)致之后盾構(gòu)施工姿態(tài)無法控制。

        6.2 豎曲線上盾構(gòu)施工軸線控制

        在平面曲線上進(jìn)行盾構(gòu)施工時(shí),需要對(duì)開挖邊坡的過渡進(jìn)行控制。在進(jìn)行推平行線工作時(shí),要盡量保持繞軸線的纏繞。在所有正常工程施工全過程中,偏差應(yīng)保持在20 mm 以內(nèi)。同時(shí),操縱掘進(jìn)機(jī)的坡度應(yīng)與設(shè)計(jì)平面軸線的水平坡度一致。誤差需小于或等于4%,需根據(jù)掘進(jìn)坡度值調(diào)整左右區(qū)域液壓千斤頂?shù)耐破麎毫?,使掘進(jìn)機(jī)的波紋度保持較長(zhǎng)時(shí)間,并根據(jù)掘進(jìn)機(jī)的坡度值進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整,同時(shí),加大主軸承載力關(guān)注力度,使液壓千斤頂上下保持一致。

        7 效果驗(yàn)證

        根據(jù)機(jī)場(chǎng)西站—蕭山機(jī)場(chǎng)站的偏移量,機(jī)場(chǎng)西站—蕭山機(jī)場(chǎng)站開挖全過程未發(fā)生調(diào)整,但坡度已超限,即偏移量超過50 mm。對(duì)于超限情況,采用本文中提出的軸線控制系統(tǒng),將后期工程項(xiàng)目各掘進(jìn)段的檢測(cè)偏移量快速恢復(fù)到允許范圍內(nèi)。

        8 結(jié)語

        綜上所述,對(duì)于機(jī)場(chǎng)西站至蕭山機(jī)場(chǎng)站段施工期間隧道施工軸線的超標(biāo)偏差,在超限偏差分析總結(jié)中明確提出了新的軸線控制系統(tǒng),并從精確測(cè)量和施工的角度進(jìn)行了詳細(xì)的討論,利用數(shù)學(xué)分析模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息的引入,并在后期進(jìn)行站臺(tái)變化的精確測(cè)量時(shí)應(yīng)用。綜合后施工過程中左右線段偏差的評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)信息表明,該方法合理地防止了隧道施工偏差超限,保證了掘進(jìn)姿態(tài)正常,使整個(gè)施工過程基本保持在50 mm,并且滿足設(shè)計(jì)方案規(guī)定和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

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