地铁盾构施工中盾构姿态的控制方法研究

地铁盾构施工中盾构姿态的控制方法研究

吴进王振洋彭锐

武汉地铁集团有限公司湖北省武汉市430079

摘要：文章介绍盾构姿态控制的影响因素和技术要求，介绍不同地层中的盾构姿态控制方法和盾构姿态纠偏措施以及管片选型原则，以供参考。

关键词：地铁盾构施工；盾构姿态控制；技术要求；技术方法

1引言

在大型的隧道工程施工尤其是地铁隧道施工中，盾构施工法是比较常用的施工技术，而且此种方法在国外已经有超过一百年的应用历史，虽然在我国发展较晚，但是目前的技术也较为成熟。此中施工技术具有较强的适应能力，可以适合不同的地质条件，所以在地铁盾构使用中，其施工技术控制要点就变成了盾构机姿态控制、管片选型和注浆等方面，而且其中的姿态控制是对地铁隧道施工质量和成型质量应用较大的施工难点和重点。

2盾构姿态控制的技术要求

2.1盾构姿态控制的影响因素

地铁隧道盾构施工中的盾构姿态控制主要有盾构机体滚动角控制和轴线偏差控制两种。而其影响因素则主要有地层条件、土压变化以及人为控制因素等。其中地层条件主要指的是在盾构机掘进施工中在同一个断面中存在两个或以上的不同性质的地层，而且如果不同性质地层之间的性质差异较大则会出现较大的姿态变化问题，此时就需要进行盾构姿态控制。土压变化就是在盾构机掘进过程中为了防止突变而对土压力进行控制，如果出现对出渣没有进行有效控制而出现异常，就会导致盾构参数也随之变化而出现姿态变化的问题。人为控制因素则主要与盾构机的操作人员的技术水平和经验因素有关，要求操作人员需要在盾构机掘进过程中根据盾构机的现有姿态、盾尾间隙以及千斤顶行程等因素对其姿态变化进行判断，然后根据其姿态变化的趋势来对管片选型进行正确判断和控制。

2.2盾构姿态控制的技术要求

在对盾构姿态进行控制时，主要的测量和控制参数有里程、左右偏差、上下偏差、坡度角、旋转角以及扭转角等，当通过自动测量系统或者人工测量的方式发现盾构机的实际掘进过程中的轴线与设计路线之间存在偏差时就需要进行盾构姿态控制。否则就会对隧道中心相对设计轴线的偏差量以及管片的拼装质量等造成影响，最终容易导致在隧道施工中出现隧道蛇形、与设计轴线偏差过大或超限、盾构间隙过小、盾尾卡壳，以及出现盾尾钢丝刷损坏、管片错台、开裂、漏浆以及渗水等工程事故。所以在盾构掘进施工中出现对盾构姿态进行实时监测与控制，确保管片在盾尾拼装完成之后的平面和高程偏差应控制在50mm以内，并且在最终地铁隧道施工完成之后的平面和高程的中线偏差控制在100mm以内。

3盾构姿态控制的技术方法

3.1淤泥质土层或砂层中的盾构姿态控制

淤泥质或砂层的地层性质表现为具有较差的稳定性，所以在采用盾构机进行掘进时需要对其掘进速度和刀盘转速进行适当控制，并且通常为了满足上述技术要求，即控制在姿态偏差在100mm的范围之内，最好将其掘进速度控制在30~35mm/min的范围内，并且将刀盘转速也控制在1.5r/min左右。一旦在盾构机掘进过程中出现姿态偏差的问题，在进行纠偏控制时，由于此种地层性质无法给盾构机提供足够给的纠偏能力，所以只能依靠管片自身的反力进行纠偏，所以具有较大的纠偏难度。为了避免上述问题，就需要在此种性质的地层中进行掘进时，确保所采用的千斤顶的推力处于均衡的状态下，避免由于千斤顶的推力不均而导致出现较大的行程差异，从而导致千斤顶的推力轴线与管片中心轴线没有处于同一直线上。此外，在掘进过程中还为了出土的顺畅性需要进行一定量的添加剂的添加，确保盾构机的连续掘进施工作业，并保证其出土量控制在允许的范围内，避免出现超挖现象，并通过对注浆量的控制来确保管背间隙被有效填充。

3.2全断面硬岩地层中的盾构姿态控制

此类地层由于其岩层性质较为均一，所以通常进行姿态控制的难度交底，只需要将不同分区中的千斤顶推力进行均匀控制，并且保持总的推力和掘进速度均匀即可。但是在此类地层中进行盾构机掘进施工中容易发生滚角变化较大且较快的问题，为了对其进行偏差调整就需要频繁反转刀盘，此时就需要对刀具的磨损情况进行定期检查，如果出现磨损较为严重甚至是脱落等问题，就容易导致盾构姿态出现偏差的问题，此时就需要进行开仓检查，并对刀具进行更换或者采用超挖刀进行掘进施工。

3.3盾构姿态纠偏措施

当盾构机掘进施工中出现与上述技术要求相违背的现象而导致出现盾构姿态偏差问题就需要对其进行纠偏，而且根据盾构姿态偏差的不同程度和不同原因采取相应的措施进行纠偏。首先需要对推进油缸进行检查，通过对推力进行调整来实现纠偏目的。而且在姿态偏差超出50mm的范围时就需要上述操作，而且在纠偏过程中还要进行管片和铰接的调整。而如果偏差已经超出了75mm，就需要停止掘进作业来进行问题查找和原因分析，讨论下一步的纠偏掘进措施和方案，在方案通过之后按照既定方案进行继续掘进施工。在对盾构机姿态采取纠偏措施并且将姿态已经调整到向隧道设计轴线方向时，就需要及时减小趋势值，并且在其姿态调整到接近隧道设计轴线时就要将此趋势值控制在±2的范围之内。而且在盾构机的正常掘进过程中也要严格控制此趋势值在±5的范围之内，就算是出现较为特殊情况也需要将此趋势值控制在±10的范围之内。

此外，在盾构掘进施工中为了确保盾构机姿态的稳定性且不容易出现姿态偏差问题，就需要进行正确的管片选型，否则则会增加盾构姿态纠偏的难度。在进行管片选型时主要是对标准换管片和转弯环管片进行选择和控制，而且转弯环最大楔形量为38mm。如果出现掘进隧道曲线或盾构姿态纠偏时，通过应用标准环和转弯环来拟合隧道。管片选型时需要适合隧道设计线路、适应盾构机趋势、适合千斤顶行程以及盾尾间隙，按照上述原则来对盾构参数进行综合考虑，作出最有利的盾构机姿态发展的管片选型。

4结语

地铁隧道盾构施工中进行盾构姿态控制是比较重要的施工技术措施，其主要是对管片选型进行合理控制，并且在掘进施工中对千斤顶油缸推进进行调整和控制来实现。此外，在进行盾构机操作时，要选择具有较高专业技术水平和丰富经验的操作人员，控制好每一步的盾构机姿态控制，确保盾构掘进姿态以及成型隧道质量符合要求。

参考文献：

[1]岳远刚，陈晓娟.盾构机姿态纠偏控制措施研究[C]//度江苏省城市轨道交通建设学术年会.2016.

[2]朱旭.地铁盾构施工中的若干测量手段及方法[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2016（9）：48-49.