盾构机姿态控制与~纠偏.doc

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1、|土压平衡盾构机姿态控制与纠偏|目录一、姿态控制 .31 、姿态控制基本原则 .32、盾构方向控制 .33、影响盾构机姿态及隧道轴线的主要因素 .6二、姿态控制技术 .111 、滚动控制 .112 、盾构上下倾斜与水平倾斜 .11三、具体情况下的姿态控制 .121 、直线段的姿态控制 .122 、圆曲线段的姿态控制 .133 、竖曲线上的姿态控制 .144 、均一地质情况下的姿态控制 .155 、上下软硬不均的地质且存在园曲线段的线路 .156 、左右软硬不均且存在园曲线段的线路 .167 、始发段掘进调向 .168 、掘进 100m 至贯通前 50m 的调向 .179 、贯通前 50 米的调

2、向 .1710 、盾构机的纠偏 .1711 、纠偏的方法 .18四、异常情况下的纠偏 .201 、绞接力增大，行程增大 .202、油缸行程差过大 .203、特殊质中推力增加仍无法调向 .214 、蛇形纠偏 .225 、管片上浮与旋转对方向的影响 .22五、大方位偏移情况下的纠偏 .23|一、姿态控制1 、姿态控制基本原则盾构机的姿态控制简言之就是，通过调整推进油缸的几个分组区的推进油压的差值，并结合绞接油缸的调整，使盾构机形成向着轴线方向的趋势，使盾构机三个关键节，是（切口、绞接、盾尾）尽量保持在轴线附近。以隧道轴线为目标，根据自动测量系统显示的轴线偏差和偏差趋势把偏差控制在设计范围内，同时在

3、掘进过程中进行盾构姿态调整，确保管片不破损及错台量较小。通常的说就是保头护尾。测量系统主要的几个参数：盾首（刀盘切口）偏差： 刀盘中心与设计轴线间的垂足距离。盾尾偏差： 盾尾中心与设计轴线间的垂足距离。趋势：指按照当前盾构偏差掘进，每掘进 1m 产生的偏差，单位 mm/m 。滚动角：指盾构绕其轴线发生的转动角度。仰俯角：盾构轴线与水平面间的夫角。2、盾构方向控制通过调节分组油缸的推进力与油缸行程从而实现盾构的水平调向和垂直调向。不同的盾构油缸分组不同，分组的数量越多越利于调向。所有的油缸均自由的方式对调向最为有利。方向控制要点：|( 1 ）控制要点：以盾尾位置为控制点1 例如在盾构通过富水岩层

4、中，管片己上浮和旋转，因此需要提前对盾构头部姿态作出调整，一般情况下会通过人工测量反馈一定的上浮量，将垂直姿态适当的下调一定的比例，如上浮 100mm 时，需将整体姿态向下 50mm 。确保盾尾管片的姿态在控制轴线允许偏差范围内。( 2 ）调节量控制一般情况下掘进调节量 5mm/m 以内较为合理，线性最佳，特殊情况下，可根据线路的转弯半径提前进行调节。例如在左转时，进入转弯曲线前，需提前向左边进行适当的偏移。因此主司机必须提前掌握整个线路的走向以及趋势，确保方向能够更加缓和的调整。( 3 ）趋势调节趋势一般情况下不能太大，否则会造成急于纠偏的现象，大趋势变化由大方位变化而来。趋势要与管片银行量

5、调整大小匹配，在管片能够调整的范围内进行调向。也就是要跟着管片方向进行调向。反之则容易使管片与盾尾卡死，绞接力及行程会增力口。( 4 ）油在工行程差一般情况下油在工行程差不大于 50mm ，在特殊情况下油缸行程差值也不要大于 60mm 。油缸行走的差值，直接反映了调向的快慢，例如左边的油在工行程比右边的行程多行走 50mm ，那么方向将向右边偏移，一般情况下调节的|行走行程的差值不大于管片调形量，例如管片银行量为 38mm ，那么每环最大的调节行程差控制在 38mm 以内较为合适，否则过快的调向会造成卡盾现象（5）铰接控制对于被动式铰接来说，铰接基本处于自由的状态，切口及盾尾的姿态趋势决定了铰

6、接的位置状态，一般来讲，如果切口和盾尾的位置状态控制的好的情况下，则铰接的位置状态也会比较理想，如果铰接位置偏离施工轴线较小，则不需要做刻意的调整，只需要使切口保持在施工轴线附近进行推进，再控制好盾尾的姿态，则铰接也可以回到施工轴线的附近，但如果铰接偏离施工轴线比较大，则需要通过调整推进方法进行调整，一般我们采取梯形推进的方法进行调整，即以靠近施工轴线的趋势推进一段距离，然后再以平行施工轴线的趋势推进一段距离，以此方法重复进行一段距离的推进后，则铰接的位置状态一般情况下可以在较短的距离内调整到施工轴线附近。一般情况下铰接行程在其油缸总行程的中卫左右以下，例如铰接油缸极限行程为 140mm，一般

7、情况下油缸进行控制在 80mm 以下较为合适，但是也不易过小，控制在 30mm 以上。( 6 ）速度与调向的关系掘进速度的快慢与调向也有直接的关系，在一般情况下，速度慢对调向更为有利，因此在调向困难时，一定要放慢掘进速度已确保方向可|控，并且每掘进 300-500mm 的油在工行程，观察姿态的变化是否与调节的方向相一致。如果行程差在增大而方向没有任何变化或向相反的方向移动，那么需立即停机并将情况及时的反馈至相关人员进行测量核定。3、影响盾构机姿态及隧道轴线的主要因素在进行盾构法隧道施工中，由于盾构机是始终悬浮于原状土体之内的，整条隧道必须一次成型，不具有调整性。所以在施工中必须事先分析好一些影

8、响施工的主要因素，从而确定相应的解决方案，以保证隧道的整体成型质量，其中对盾构机姿态及隧道轴线的影响又是最主要的因素，需要进行系统地分析具体的解决。主要包括以下几个方面：（1）随地设计轴线的影响。隧道的总体设计除了要满足地铁运行的使用要求以外，对于盾构法施工，还应在设计中充分考虑到盾构法施工的特点，发挥盾构法施工的长处，避免一些不必要的难点，以保证施工的顺利高效进行。对于既有的隧道轴线，应充分地对设计轴线进行系统地分析研究。对不同的设计线型，确定具体的施工方案，主要包括：在设计轴线的基础上，结合盾构法施工的特点制定出一条指导施工的施工轴线；确定小半径施工、穿越建构筑物及河流施工、穿越不同地层施

9、工等特殊工况的施工方案；确定具体的测量检测方案；确定轴线调整预案等。|( 2 ）隧道穿越地层的地质状况的影响盾构机在掘进中，所穿越的地层直接影响到盾构机及隧道的整体受力情况，尤其是在两种不同的地层之间进行掘进中，盾构机的受力情况更加复杂，给掘进中的姿态控制造成了较大的难度，所以在施工中，要对隧道穿越地层的地质情况进行系统地分析，事先确定施工方案，以保证施工的顺利进行。（3）隧道测量的影响在隧道掘进过程中，测量的正确性、准确性及精确性是至关重要的，它直接觉得了盾构机的掘进方向，所以在施工中应保证测量的万无一失，并经常进行复测，并对现有测量成果进行及时调整，保证隧道轴线的正确性。对于管片上浮或旋转

10、造成测量系统出现问题，此时主司机要密切注意油缸进程差值的变化以及线路是否正确，在发现异常时及时反馈至相关人员对测量系统进行校核，确保我们的“眼睛”是正确的。重庆 5 号线就是出现过由于管片上浮和旋转引起的测量系统误差问题。（4）隧道管片型式的影响管片的不同形式对隧道的掘进有着不同的影响，目前国内普遍的管片设计形式是有两种类型即全部采用鍥行量一样的通用环和采用标准环（直线环） 、左转弯环、右转弯环的形式，一般设计方会出具隧道的整体管片排列图，但根据具体的施工情况会做出相应的调整，同时根据|管片的不同拼装方式（主要有通缝拼装和错缝拼装） ，也应确定相应的施工方案。( 5 ）地表建构筑物等的影响隧道

11、掘进过程中，地表的附着物（包括建构筑物及河流等）也会对盾构机及隧道的受力情况造成一定影响，需要进行具体分析，并确定相应的施工方案，保证隧道掘进的整体安全性及质量规范要求。( 6 ）设备方面的影响隧道掘进过程中是否会出现小转弯半径是设备选型方面的一个关键，因此首先要在掘进前就确定设备最小的转弯半径值以确保能够顺利通过圆曲线段。( 7 ）刀具更换的方面的影响一般情况下盾构设备的最小转弯半径曲线是要求在全盘是斤刀的情况下模拟的，因此在掘进前就要考虑刀具更换的位置确定相应的更换方案，己确保能够顺利的通过曲线段。（8）铰接形式方面的影响不同型式的盾构机其具体的原理也是有一些微秒的差别，就土压平衡式盾构机

12、而言，其区别主要表现在铰接型式上。我们知道，现在的盾构机主要存在两种类型的铰接型式，一种是以日本、法国等国家生产的盾构机为代表的，采用的是主动式铰接型式，俗称“死绞” ，这种型式的铰接，一般设置在滚钩机的中段（我们称之为“支承环” ） ，每组|铰接油缸的液压回路是独立的，可以独立操作，一般情况下是处在锁定状态的，盾构机的前后部分在铰接锁定状态下采用螺栓及销轴的机械连接，盾构机的前后部分不会产生相对的运动，是一个固定的整体，就像没有铰接一样，只有在盾构机偏离轴线较大或处于小半径曲线的掘进中，才有必要打开铰接，但铰接的打开度需要提前计算打开角度，然后按计算值将铰接打开到所设定的角度后，讲铰接锁定，

13、然后再进行推进。这种铰接型式在进行直线段隧道的掘进的施工中是比较有利的，操作人员在施工中可以不用考虑铰接的姿态位置，盾构机的纠偏操作也比较简单易行，在与轴线的偏差值不是特别大的情况下，可以非常有效的控制盾构机的姿态，盾构机在覆土内的运行也比较稳定，基本不会产生较大的切口上浮及下沉，但在进行小半径曲线段施工的过程中，这种铰接型式就存在机动性能不好，纠偏效果不好等弊端，并且在盾构机与轴线偏差值较大的情况下，盾构机的纠偏会比较困难，并且会使盾构及管片局部受力，造成盾构机或者管片的损伤，影响管片的成环质量以及工程的整体质量；另一种是以德国生产的盾构机为代表的，采用的是被动式铰接型式，俗称“活铰”这种型

14、式的铰接，一般设置在盾构机的前段与盾尾的连接处，魅族铰接油缸的液压回路是互相联通的，保持有相同的油缸压力，在推进的过程中可以进行“放松”和“拉紧”的操作，一般情况下处于“锁定”状态下，但其锁定状态与主动铰接的锁定有着本质上的区别，不是靠硬性机械连接，|而是靠闭合液压回路的进出油路来起到锁定作用，每组铰接油缸的液压回路还是保持互相连通，受外力较大的铰接油缸行程会相应的逐渐伸长，受外力较小的铰接油缸行程会相应缩短，这种铰接型式，可以非常有效的起到保护管片的作用，可以适应各种型式的掘进轴线要求，具有较高的机动性，比较适应较大的变坡以及小半径隧道的施工工况，能够有效的保证管片的成环质量及隧道的整体质量

15、，然而，由于盾尾始终处于游离状态，所以盾尾的姿态主要取决于管片的姿态，操作手在进行盾构姿态调整中，只能对其切口的高程及平面进行调整，所以如果要将盾构机的姿态调整到理想的状态，就要综合考虑切口、铰接、盾尾以及管片的相对姿态与位置，对操作手的综合素质有较高的要求，同时由于铰接部位的频繁运动，会造成铰接密封部件的较大磨损，很容易造成盾构机铰接部位密封件损坏以及的漏水漏浆，影响掘进工作的正常进行。由于被动式铰接盾构机的姿态控制存在较高的技术要求，如果控制好的话会得到比较好的效果。( 9 ）其他方面的影响在掘进中，影响盾构机姿态及隧道轴线控制的因素还很多，主要包括、地下水及地下不明物、隧道自身游离偏移等，都需要在具体施工中根据具体情况进行具体的分析解决。