1、盾构隧道3D拼装模拟与管片选型系统软件研发愿为提高盾构隧道成型质量助力提纲2引言通用楔形环拼装通用楔形环拼装及纠偏模拟及纠偏模拟拼装结果分析及拼装结果分析及可视化可视化工程实例工程实例结语设计设计单位单位：需要根据线路资料，评价设计设置的楔形量是否能匹配所设计的路线平、纵曲线参数。导航系统：导航系统：目前激光自动导航技术已普遍应用于盾构隧道施工，如UK ZED 系统、GmBH VMT 系统和ROBOTEC 系统，甚至像GmBH VMT 系统还配套管片选型系统（TUnIS Ring Sequencing system），可以根据前者测得的当前空间姿态，给出后续最多10环管片的拼装方案。现场问题：
2、现场问题：由于地层震动和管片上浮经常导向系统失灵，有时全站仪气泡不水平盾构机姿态就会出现差错；又如，由于设备遮挡等原因，测量与导航系统通常不能紧跟盾尾，一般会滞后盾尾10环左右。1. 引言3施工单位迫切需要全区间可视化的预拼装模拟以确定最佳的拼装方案即每环管片的封顶块的点位，实际施工中可以据此校核盾构机是否偏离了设计轴线；施工单位需要根据导航系统所在环的位置推测盾尾环管片的姿态，如果存在偏差，则需要及时、准确地预测后续环管片的拼装方案。平纵设计参数设置管片环几何参数及拼装规则设定通用楔形环拼装模拟最小二乘法循环纠偏算法2. 通用通用楔形环拼装及纠偏楔形环拼装及纠偏模模拟拟4JDRYHHYHZZ
3、HTO2.1 平、纵曲线偏移56设计平曲线参数设计平曲线参数结构中心线平曲线参数结构中心线平曲线参数偏移偏移设计竖曲线参数设计竖曲线参数结构中心线竖曲线参数结构中心线竖曲线参数偏移偏移当设计平曲线与结构中心线（或者导航基准轴线）不吻合时，可以先输入设计平曲线参数，然后通过偏移操作得到结构中心线平曲线参数。如果已知结构中心线平曲线参数则可以省略偏移这一步。对于纵面曲线同样如此。2.2 管片环几何参数及拼装规则设定712345678管片类型选择管片设计参数区间隧道信息首环空间姿态特殊环设置拼装规则纠偏设置管片环几何参数及拼装规则设定Presentation Title | Date8基准环空间姿态
4、基准环空间姿态基准环至盾尾基准环至盾尾各环的拼装点位各环的拼装点位设置设置盾尾环空间姿态盾尾环空间姿态拼装规则设定9点位0点位3点位6点位9点位10点位13错缝拼装K块点位直线环+左右转弯环拼装分析102.3 通用楔形环拼装模拟11Oi、Vi-第i环中心和前进端面法向量贴着第i环的前进端面旋转第i+1环，检查拼装规则，剔除不符合的点位B-环宽最小旋转角初始环空间姿态区间隧道结束搜索与设计轴线DTA最逼近的点位即为第i+1环的拼装点位得到个可能的拼装点位360空间点绕轴旋转算法12XYZP(n1,n2,n3)q(0,n2,n3)r(n1,0, n22 +n32 )nnnnnnnnnnnnnnnn
5、nnnnnnnncos)1 (sin)cos1 (sin)cos1 (sin)cos1 (cos)1 (sin)cos1 (sin)cos1 (sin)cos1 (cos)1 (2323132231132222232123132121212.4 最小二乘法循环纠偏算法132512222)()()()(iutdiaidiaidiaizzyyxx动态动态纠偏纠偏原则：原则：有计划、有步骤、缓和平稳地进行经验经验： 一环掘进调节10mm 盾构机在直线段内的方向偏差应控制在20mm/m之内 在缓和曲线段及圆曲线段内的方向偏差量控制在30mm/m以内3.拼装结果分析及拼装结果分析及可视化可视化Prese
6、ntation Title | Date14前后端面中心的空间三维坐标与设计轴线的偏差值(T,H,V)管片环类型（TY、TS）拼装点位（相对、绝对）拼装结果概览拼装结果概览偏差分布统计偏差分布统计 显示拼装点位显示拼装点位查看逐环拼装结果查看逐环拼装结果偏差保证率分析拼装偏差分析15总偏差值水平偏差值竖向偏差值3D可视化16逐桩坐标和高程分析174. 工程实例宁波地铁4号线南高教园区站金达南路站区间右线隧道1805101520253035051015202530354045505560657075环数总偏差值 (mm)95%16.890%13.0偏差分布起讫里程为SK29+656.817SK3
7、1+449.786，盾构区间全长1792.969m共设置4段平曲线和4个变坡点，其中最小圆曲线半径300m，线路最小纵坡0.2%，最大纵坡2.2%在SK30+256和SK30+854各设置联络通道一座 通用楔形环管片，每环管片有6块组成(1+2+3)平 均 环 宽 1 2 0 0 m m ， 楔 形 量37.2mm（双面楔形），结构外径6.2m，厚度350mm，螺栓夹角22.5，每个相邻块和标准块有3个纵向螺栓。偏差分析190102030405060708090030060090012001500总偏差(mm)环编号No. 502, K30+259.968,78.6mmNo. 116, K29
8、+796.001,33.4mmNo. 992, K30+847.9324,25.8mmm-30-20-100102030030060090012001500竖向偏差(mm)环编号系列1No. 502, K30+259.968,21.6mmNo.509, K30+268.3662, -27.1mm 竖向偏差分布 总偏差分布纠偏分析20纠偏分析-113579111315-5005010015020025030035013579 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39拼装点位偏差值(mm)环号水平偏差(mm)竖向偏差(mm)点位采用最小二乘法循环纠偏算法，每5环为1个纠偏步，每个纠偏步的目标纠偏量为40mm，期望通过8个纠偏步总计40环管片使隧道轴线重新回到设计轴线。图16为纠偏分析结果及每环管片的点位，最终的偏差量为水平0.7mm、竖向1.1mm，取得良好的缓慢纠偏效果。5. 结论21平纵曲线偏移解析算法平纵曲线偏移解析算法初始环空间姿态算法初始环空间姿态算法空间点绕任意轴的旋转算法空间点绕任意轴的旋转算法最小二乘法循环渐进纠偏算法最小二乘法循环渐进纠偏算法拼装结果拼装结果3D可视化可视化
