浅析盾构掘进施工的姿态控制.doc

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1、浅析盾构掘进施工的姿态控制摘要：本文结合广州地铁广佛线某盾构区间地层软硬不均，线路曲线多、坡度变化大，针对土压平衡盾构掘进姿态控制问题，介绍了盾构姿态控制的基本概念，总结了影响盾构掘进姿态的因素并从地质条件、盾构掘进、管片选型、测量及注浆控制等几个方面提出了盾构姿态的控制分析。关键词：盾构；姿态控制中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：1概述盾构是隧道工程施工的专用机械，由于掘进开挖面和盾壳外围土压力的不均衡、隧道线形变化、复合地层软硬不均等方面的影响，盾构的实际推进轴线无法与理论轴线保持一致，木文结合广州地铁广佛线某区间隧道施工，研究土压平衡盾构在变化地

2、层屮的姿态控制。广佛线某盾构区间隧道主要穿越地层为淤泥质土、粉质粘土、〈6〉全风化泥质粉砂岩、〈7〉强风化泥质粉砂岩、〈8〉中风化粉砂岩、〈9〉微风化粉砂岩，岩石单轴抗压强度最高达到61.9MPa,曲线最小半径为350m,最大纵坡为29%。，采用土压平衡盾构施工，由于地层不均、小半径掘进、坡度变化等影响，增加了盾构姿态控制的难度。盾构区间部分地质断面图2盾构姿态及偏差盾构姿态是施工过程屮，根据测量而得的盾构机相对于设计轴线的状态，盾构姿态偏差主要分为方向偏差与滚动偏差。方向偏差是盾构在水平、垂直方向上偏离设计轴线的情况，滚动偏差反映盾构自身的旋转情况，盾构姿态的

3、好坏直接影响已成型隧道偏离设计轴线的程度及隧道的施工质量。(1)方向偏差：方向偏差包含水平偏差与垂直偏差。盾构不同部位推进千斤顶参数的偏差易引起掘进方向的偏差，盾构表面与地层间的摩擦阻力不均衡,掌子面土压力以及切口环切削欠挖地层所引起的阻力不均衡,也会引起一定的偏差，掌子面地层分界面起伏较大、软硬不均，都易引起方向偏差，即使掌子面地质的物理性质均衡，受盾构刀盘自重的影响也会有低头的趋势。(2)滚动偏差：盾构掘进的推力是由管片提供的，刀盘切削地层的扭矩主要由盾构壳体与洞壁之间形成的摩擦力矩来平衡。在稳定性好的地层,盾构壳体与洞壁之间只有部分摩擦力提供摩擦力矩，当摩

4、擦力矩无法平衡刀盘切削地层产生的扭矩时将引起盾构的滚动，过大的滚动会影响管片的拼装并引起隧道轴线的偏斜。3盾构姿态的影响因索3.1地质水文盾构掘进时受到不同地层物理性质的制约和影响，若切口环出现强度变化大的地层，松软地层侧的千斤顶推力未及时调整，盾构就会呈现岀向松软地层陷入的趋势；地下水含量丰富时，易造成土体松软，盾构往往偏向松软地层或地下水丰富的一侧。3.2设计线路为了优化设计线路，隧道工程经常会出现线路转弯半径小、坡度变化大的情况,这就增加了一定的施工难度，盾构在施工过程中容易出现偏差过大的现象。3.3操作手盾构操作手是最先了解盾构姿态和走势的人，其操作水平

5、和经验直接影响盾构姿态的好坏，这就要求操作手必须要时刻注意盾构姿态走势。3.4土压土压是根据覆土厚度、土体内摩擦角及容重来设定的，一般在纠偏时,土压力的设定值比较大,这有助于土体对机头的反作用力将机头托起或横移。3.5始发盾构始发时，始发基座的水平、高程位置及牢固稳定等情况决定了盾构始发阶段的盾构姿态，曲线始发时更为重要。3.6推进速度盾构推进速度过快时，姿态不易控制，调整姿态时，推进速度应控制在20mm/min以内，施工中途停止时，若遇上地层比较松软，易造成盾构偏移，也将影响盾构掘进姿态。3.7刀盘正反转盾构刀盘的正反转不均匀会导致盾构滚动角过大，同时会带动管

6、片旋转影响管片的拼装质量。3.8管片盾构在曲线上掘进时，通过使用楔形管片调整相临管坏之间的转角可以拟合出一条光滑曲线，尽量使其与盾构掘进半径相同，保证必要的盾尾间隙量，否则管片与盾尾相制约增大摩擦阻力，不利于盾构姿态的控制。3.9注浆注浆包括同步注浆和二次注浆，同步注浆是盾构掘进时同步进行的注浆施工，二次注浆是管片拼装完成后的注浆施工。在注浆施工过程屮，控制合适的注浆压力，对盾构管片稳定有一定作用，从而有利于盾构姿态的调整。3.10测量误差测量过程中，由于管片的位移、人的操作及环境影响等问题易引起测量误差，主要是控制点误差、设备系统误差和测量环境引起的误差，施工

7、人员应时刻结合测量数据进行分析判定。4盾构姿态的控制分析3.1地质条件盾构施工中，若切口环处出现软硬不均的地层，松软地层侧的千斤顶推力未及时调整，盾构会呈现出向松软地层陷入的趋势，造成盾构姿态偏离设计轴线,导致姿态偏差较大，可先行从地质条件进行分析。（1）在既有设计地质勘察资料基础上做好地质补勘工作，核对地质条件变化情况，为盾构掘进提供可靠的地质资料。（2）在盾构掘进过程中，研究地质条件，调节不同区油缸压力，观察各区油缸行程显示，减小盾构掘进过程中向一侧偏移的趋势，达到控制盾构姿态的目的。（3）使用较接千斤顶,在掘进过程屮将软土侧的较接千斤顶推出，克服盾构向此侧

8、偏移的趋势。（4）利用盾