盾构掘进施工

盾构掘进施工（共7篇）

盾构掘进施工 篇1

1 工程概述

地铁某区间, 左线全长959.635m (左线短链12.210m) 。区间内设置联络通道兼废水泵房一座。盾构区间埋深为18m~27m之间。采用一台海瑞克S-540盾构机施工, 本区间平曲线设计有一段R=350m小半径曲线。

2 盾构施工措施

在盾构掘进过程中, 要加强对推进轴线的控制。曲线推进时盾构实际上应处于曲线的切线上, 因此推进的关键是确保对盾构机姿态的控制。由于盾构掘进过程的同步注浆及跟踪补注的双液浆效果不能根本上保证管片后土体的承载强度, 管片在承受侧向压力后, 将向弧线外侧偏移。为了确保隧道轴线最终偏差控制在规范允许的范围内, 盾构掘进时给隧道预留一定的偏移量。根据理论计算和和相关施工实践经验的综合分析, 同时需考虑掘进区域所处的地层情况, 在小半经曲线隧道掘进过程中, 将设置预偏量10~15mm。施工中通过对小半径段隧道偏移监测, 适当调整预偏量。

2.1 盾构机纠偏

推进过程保持盾构机有良好姿态, 避免蛇行, 每环姿态变化控制在±5mm内, 千斤顶油缸油压值差宜保持统一、恒定性, 不宜出现过大的波动。推进时不急纠、不猛纠, 多注意观察管片与盾壳的间隙, 相对区域油压的变化量随出土箱数和千斤顶行程逐渐变化。采用稳坡法、缓坡法推进, 以减少盾构施工对地面的影响。

2.2 管片选型

2.2.1 管片选型要适合隧道设计线路

根据隧道中线的平曲线和竖曲线的走向, 管片分为标准环、左转弯、右转弯三类。管片直径为6000mm, 转弯环楔形量为48mm、曲线半径为350m。直线上选标准环, 右转曲线上选右转环。其中转弯环数量的计算公式如下:θ=2γ=2*arctg (δ/D) ;根据圆心角的计算公式:α=180L/ (πR) 。经过实际计算, 在缓和曲线上, 也与圆曲线近似。

2.2.2 管片选型要适应盾构机的姿态

管片是在盾尾内拼装, 所以不可避免的受到盾构机姿态的约束。管片要尽量垂直于盾构机轴线, 让盾构机的推进油缸能垂直地推在管片上, 这样使管片受力均匀, 掘进时不会产生管片破损。同时也要兼顾管片与盾尾之间的间隙, 避免盾构机与管片发生碰撞而破损管片。当因地质不均、推力不均等原因, 使盾构机偏离线路设计轴线时, 管片的选型要适应盾构机的姿态。

2.2.3 盾尾与管片间的间隙控制

小曲率半径段内的管片拼装至关重要, 而影响管片拼装质量的一个关键问题是管片与盾尾间的间隙。合理的周边间隙可以便于管片拼装, 也便于盾构进行纠偏。

(1) 施工中随时关注盾尾与管片间的间隙, 一旦发现单边间隙偏小时, 及时通过盾构推进方向进行调整, 使得四周间隙基本相同。

(2) 在管片拼装时, 应根据盾尾与管片间的间隙进行合理调整, 使管片与盾尾间隙得以调整, 便于下环管片的拼装, 也便于在下环管片推进过程中盾构能够有足够的间隙进行纠偏。

(3) 根据盾尾与管片间的间隙, 合理选择楔型管片。小曲率半径段时, 盾构机的盾尾与管片间间隙的变化主要体现在水平轴线两侧, 管片转弯正常跟随盾构机, 当盾构机转弯过快时, 隧道外侧的盾尾间隙就相对较小;当管片因楔子量等原因超前于盾构机转弯时, 隧道内侧的盾尾间隙就相对较小。因此, 当无法通过盾构推进和管片拼装来调整盾尾间隙时, 可考虑采用楔型管片和直线型管片互换的方式来调整盾尾间隙。

2.3 同步注浆

由于曲线段推进增加了曲线推进引起的地层损失量及纠偏次数的增加导致了对土体的扰动的增加, 因此在曲线段推进时应严格控制同步注浆量和浆液质量, 在施工过程中采用推进和注浆联动的方式, 确保每环注浆总量到位, 确保盾构推进每一箱土的过程中, 浆液均匀合理地压注, 确保浆液的配比符合质量标准。通过同步注浆及时充填建筑空隙, 减少施工过程中的土体变形。注浆未达到要求时盾构暂停推进, 以防止土体变形。

根据经验公式计算, 粉质粘土层中注浆量取环形间隙理论体积的1.25~1.5倍, 则每环 (1.2m) 注浆量即Q=4~4.8m3。采用可硬性浆液。具体压浆量和压浆点视压浆时的压力值和地层变形监测数据选定。根据施工中的变形监测情况, 随时调整注浆参数, 从而有效地控制轴线。

2.4 隧道辅助措施

(1) 隧道管片壁后注浆加固

隧道每掘进完成5环, 通过管片的预埋注浆孔对土体进行二次压注加固, 范围为管片壁后, 注浆压力不大于4bar。

(2) 加强螺栓复紧

每环推进结束后, 须拧紧当前环管片的连接螺栓, 并在下环推进时进行复紧, 克服作用于管片推力产生的垂直分力, 减少成环隧道浮动。每掘进完成3环, 对10环以内的管片连接螺栓复拧一次。

2.5 质量控制措施

(1) 在曲线推进过程中, 为确保盾构沿设计轴线推进, 严格控制盾构出土量。

(2) 在盾构推进过程中, 加强对轴线的控制, 推进时必须做到勤测勤纠, 而每次的纠偏量应尽量小, 确保管片环面始终处于曲线半径的径向竖直面内。

(3) 由于曲线段推进增加了曲线推进引起的地层损失及纠偏次数, 加大了对土体的扰动。在曲线段推进时应严格控制同步注浆量。每环推进时根据施工中的变形监测情况, 随时调整注浆量。注浆过程中, 必须严格控制浆液的质量及注浆量和注浆压力, 注浆未达到要求时盾构暂停推进。

(4) 拼装完成发现环面严重不平的管片, 拆下重拼;通过传力衬垫调整管片受力, 对产生碎裂的管片进行修补等。

摘要：地铁隧道中, 小半径曲线施工对盾构姿态控制、管片拼装质量、盾构同步注浆施工等盾构施工关键工艺均有很高要求。本文针对实际工程提出具体解决方案。

关键词：小曲线地铁隧道,盾构掘进,施工措施

参考文献

[1]张凤祥.盾构隧道.人民交通出版社, 2004-09-01.

[2]张冰.地铁盾构施工.人民交通出版社, 2011-01-01.

盾构掘进施工 篇2

1 工程概况

某区间右线盾构区间全长598m, 共计498环。该区间覆土厚度约10.2~12.6m, 线路平面有两处曲线 (均为R=1 200m) , 线路纵向坡度呈V字坡。盾构区间穿越的地层主要为:粉细砂④1层、粉质粘土⑤1层、细中砂⑥1层中, 拱顶主要以粉细砂为主, 隧道纵断面示意图见图1。根据地质勘察报告, 穿越的细中砂⑥1的标贯平均值N=31, 地基承载力160~280k Pa (应用与该区间的盾构要求地基承载力不小于52k Pa) 。区间沿线45m深度范围内地下水类型以潜水为主, 区间隧道位于水位线以上。地质补勘时, 发现区间隧道上方正穿污水管、雨水管、横穿三处热力管沟。

2 盾构“叩头”原因与现场处理方法

2.1 第一次“叩头”

在盾构掘进第107环时, 盾构主机逐渐呈现“V”字型, 盾构向下趋势增大。掘进过程中扭矩最大达到2 000k N/m, 推力在22 000k N左右, 掘进时推进速度明显下降。铰接压力增加到200bar (正常掘进时100bar左右) 。本台盾构配有14支铰接油缸16080行程150mm, 铰接总拉力计算如下

1) 原因分析盾构呈现“V”字型 (尾盾和前中盾轴线出现较大夹角) 一方面是由于掘进过程中姿态调整幅度过大[3];另一方面是由于盾尾间隙不良造成盾尾单侧受力。从掘进参数的反映情况来看, 紧邻的几环掘进并未大幅度调整姿态;从掘进速度逐渐减小, 铰接拉力持续增大可以明确推断出盾构盾尾受力异常。当前掘进工况和掘进地质并未改变。检查发现盾尾与管片上部间隙为零。由于前期未进行姿态调整, 且地质条件也无突变。因此, 盾尾间隙变小且盾构呈现主要可能是管片选型引起。

2) 处理措施加强管片选型管理, 合理计算出设计线路与当前盾构姿态对管片超前量的需求。当盾构呈现严重“V”字型时, 管片选型必须要考虑推进油缸行程差和铰接油缸行程差, 结合盾尾间隙[4], 从两组行程差计算出当前盾构姿态所需管片超前楔形量。大的原则是让管片轴线尽量适应尾盾, 保持良好的盾尾间隙[5]~[6]。这样能够很好地解决由于盾尾间隙过小导致的盾构姿态难以控制的现象。

2.2 第二次“叩头”

在盾构掘进至220环时, 推进过程中推力逐渐增大到24 000k N, 同时铰接压力逐渐升高到290bar偶尔会达到停机压力设定值。但推进速度几乎为零, 盾构垂直姿态每环推进整体下降约7~10mm。从螺机出渣看, 地层含水明显增多。在管片拼装的过程中盾尾姿态基本能够保持, 但刀盘切口处垂直姿态下降约2~3mm。伴随着姿态不好控制地表沉降量也出现了异常, 刀盘上方沉降速率明显增大。经检查盾尾与管片间隙良好, 相邻几环盾尾油脂注入量和注入压力正常。

1) 原因分析盾构掘进至220环时该段为全断面细中砂地层, 且隧道上方距离隧道轴线3m有1根承插式混凝土污水管道。由于地表沉降较大, 在地面上探孔注浆时取芯如图2所示, 发现该处隧道上方3~5m范围地层富含地下水。由于石家庄地区地下水位较低, 隧道开挖范围内可能存在少量地表潜水, 由于掘进期间并非雨季。因此初步推断此处污水管道由于年久失修出现渗漏现象。细中砂地层遇水自稳定性大大降低, 在盾构通过时快速收敛, 导致盾体包裹力增大, 同时又无法加大推力 (推力加大, 铰接压力报警停机) 。最终导致推进无速度, 土仓压力无法维持平衡出现地表沉降。

2) 处理措施针对盾体包裹严重, 可利用盾体周围预留的盾壳膨润土注入管注入优质膨润土。如果地层富水渗透性高可适当考虑用同样的方法注入润滑油脂帮助盾构脱困。在注入盾壳膨润土的同时需要手动小幅度收放铰接, 同时要严格控制螺机出土量, 严格把控土仓压力, 避免出现欠压超挖造成的地表沉降。在遇到地质条件突变, 地层含水量增大的情况下需要及时调整同步注浆参数, 缩短浆液初凝时间, 确保同步注浆的效果。

2.3 第三次“叩头”

盾构掘进345环时盾构姿态开始不可控, 总推力不变的情况下推进速度有所下降。在保持原有推进油缸压力差的情况下, 盾构“叩头”明显, 通过调整压差, “叩头”现象略微得到控制, 但是盾构逐渐呈现较为明显的“V”型, 并且盾尾间隙恶化。通过管片选型无法调出良好的盾尾间隙。

1) 原因分析通过参数分析, 盾构刀盘扭矩, 渣温等基本正常, 初步排除刀盘结泥的可能。从渣土土样分析结果来看, 在细砂中含有部分结团, 结团中心属于硬塑状粉质黏土, 可以判断当前掘进细砂层中含有粉质黏土夹层, 从地质详勘资料也得到了印证。从图3参数曲线图可以看到, 出现上述原因的主要原因在掘进地层开始变化时只是一味地纠偏, 没有综合考虑管片选型, 最终出现不均匀地层中盾构掘进的通病—盾构抬头掘进 (向上趋势较大) , 姿态无法维持。

2) 处理措施当盾构出现姿态偏差时, 光靠调整推进油缸压差并非能够解决问题。前期纠偏的同时就要兼顾盾构的整体趋势。在361环之前掘进过程中上下油缸压差维持在55左右, 姿态基本可以维持稳定, 从358环开始, 盾尾间隙逐渐减小, 几乎为零。伴随着盾尾间隙的变化, 姿态开始下滑, 即使提高推进压差也无法控制。通过6环的间隙调整, 直到364环间隙有了好转的情况下姿态开始慢慢有了回升迹象。在保证盾尾间隙的前提下, 有一个稳定的推进油缸压差即可维持不均匀地层盾构沿着设计轴线掘进。

3 结语

盾构在软土地层中掘进造成“叩头”的原因有多种, 主要可归纳为以下几点:①不均匀地层造成;②盾构司机操作不当造成;③盾体被包裹无法建立正常土压所造成的;④管片选型不当导致盾尾被卡造成;⑤地质突变所造成。

常见的处理措施按照“叩头”发生的机制主要分为:①提前做好盾构区间地质补堪工作, 对较为软弱或有孔洞的地方做好注浆加固等预处理;②选择合理优良的渣土改良方案, 避免出现由于渣土改良不当造成的螺机喷涌伴随的土压剧降盾构“叩头”现象;③切记在软土尤其是细中砂地层长时间停机, 如果不可避免, 应提前做好停机准备, 停机前在土仓和盾壳注入适量性能优良的膨润土;④遇到姿态偏离, 切记大幅度纠偏。在纠偏的同时要改变原始预定的管片选型策略, 以防盾尾被卡造成盾构“叩头”。

摘要：以石家庄地铁一号线某盾构隧道区间施工为例, 通过对该区间施工中遇到三次盾构叩头的原因进行对比分析, 总结出针对细中砂地层中盾构掘进叩头问题的处理方法, 其处理措施可供类似工程参考。

关键词：细中砂地层,被动铰接,盾构掘进,处理方法

参考文献

[1]陈馈, 洪开荣, 吴学松.盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2009.

[2]周立波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京:中国建筑工业出版社, 2004.

[3]潘国荣, 白昀, 李怀锋.铰接盾构自动导向系统测量方法[J].大地测量与地球动力学, 2012, 32 (3) :55-58.

[4]王朔, 王西林, 贾向斌, 等.盾构姿态控制及导向测量技术[J].中国科技博览, 2012, (8) :99-100.

[5]王欢贵.盾构隧道姿态控制措施[J].低碳世界, 2015, (5) :232-233.

盾构掘进施工 篇3

1 工程概况及地质条件分析

1.1 工程概况

杭州地区某盾构区间隧道单线全长5 225 m。区间隧道的管片外径为6 200 mm, 内径5 500 mm, 衬砌环宽1 200 mm, 采用错缝拼装, M30双头直螺栓连接;环、纵缝防水采用三元乙丙弹性密封垫。

在施工该盾构区间隧道期间, 主要由于地质原因出现盾构上浮, 盾构上浮段隧道中心埋深15.4~19.2 m, 隧道坡度先以﹣21‰下坡, 经过半径为R=5 000 m竖曲线后以﹣3‰下坡, 隧道平曲线为最小半径500 m的圆曲线、缓和曲线。

1.2 工程及水文地质条件分析

工程场区地下水属松散岩类孔隙潜水, 主要存在于 (1) 填土层、 (3) 粉土及砂土层中。潜水静止水位埋深0.90 ~ 2.30 m, 高程3.86 ~ 5.06 m, 随季节变化。潜水主要受大气降水、侧向迳流补给, 以蒸发和侧向迳流为主要排泄方式。年水位变幅约为1.0 ~ 2.0 m。

上浮段盾构隧道位于解放河及两岸临近地段, 洞顶地层为 (3) 52砂质粉土、 (3) 61砂质粉土夹粉砂;洞身穿越地层为 (3) 7砂质粉土夹淤泥质粉质粘土 (隧道的上部) 、 (6) 2淤泥质粘土 (隧道的下部) , 盾构穿越上硬下软地层。上浮段地质如图1所示。 (3) 7砂质粉土夹淤泥质粉质粘土有低干强度、低任性特性, (6) 2淤泥质粘土呈饱和、流塑状, 散发腐质气味, 有灵敏度高、压缩性高、强度低、透水性弱等特性, 易产生蠕变、触变现象。该地层经掘进施工扰动后盾构机及管片在该地层易出现上浮现象, 导致盾构机及管片姿态控制困难, 进而影响盾构隧道成型质量。

2 盾构上浮情况及原因分析

2.1 盾构上浮情况统计

在盾构施工过程中, 通过对盾构机姿态进行监测, 整理出盾构在解放河及两岸附近掘进时盾构机的上浮量, 发现盾构掘进进入 (3) 7砂质粉土夹淤泥质粉质粘土和 (6) 2淤泥质粘土地层后即出现盾构机姿态控制困难, 当盾构机的俯仰角小于一定数值时盾构切口的姿态无法控制, 盾构切口姿态明显上浮, 而盾尾、管片也均随之上浮, 最终盾构机及管片出现整体上浮现象。盾构机竖直姿态偏差如图2所示。

综合该段盾构上浮的情况及掘进过程控制, 只有盾构机坡度和管片坡度都超出隧道设计坡度一定数值后才能控制盾构上浮, 盾构才出现下行趋势, 此时盾构垂直偏差随着纠偏逐渐减小。盾构垂直姿态开始下降临界点统计如表1所示。

2.2 盾构上浮原因分析

当盾构在饱和流塑状淤泥质粘土地层中掘进时, 地层经过盾构施工扰动后, 盾构处于近似液态状物质中, 必然受到浮力作用。针对上浮现象, 从以下方面进行分析。

2.2.1 管片及盾构机受力分析

(1) 管片的受力分析

位于隧道内的盾尾后管片, 主要受管片浮力及自重影响。

盾构隧道管片所受浮力可简化成按管片排出水的体积计算:

可见, 管片混凝土自重G管片< 其所受浮力。当隧道同步注浆采用惰性浆液时, 由于浆液凝固时间较长, 浆液无法及时对管片提供约束, 而隧道拱顶土体反压又需一定时间, 加之管片之间采用螺栓连接缺乏刚性, 因此管片上浮力f浮=F浮—G管片=194 k N/m将传递给盾构机的盾尾并提供向上的浮力。这也是硬岩隧道和本工程隧道盾构及管片上浮的主要原因。

(2) 盾构机受力分析

当盾构机在近似液态状物质中, 其主要受力有:盾构机千斤顶在管片上的反力F推、盾构机的自重G、盾构机所受的浮力F浮、管片的浮力f浮、盾构壳体与土之间的摩擦力F1、管片与盾尾刷的摩擦力F2、盾构后配拖车的牵引阻力F3及盾构刀盘面板的阻力F面。盾构受力示意如图3所示。

盾构机受力模型简化后, 盾构机受力为:

盾构机在饱和流塑状淤泥中浮力简化按盾构主机排出的水体积计算:

盾构机主体的重量为256t, 即自重为G=2560k N。

可见, F浮+f浮>G。即盾构机和拖出盾尾管片的向上浮力大于盾构机和管片的自重, 盾构机及拖出盾尾管片有向上的力, 出现盾构机及管片上浮现象、姿态控制困难。

一般情况下, 盾构机的推力F推比刀盘面板阻力F面、盾构壳体与土之间的摩擦力F1、管片与盾尾刷的摩擦力F2、盾构后配拖车的牵引阻力F3等力之和稍大。因此, 盾构在高压缩性饱和流塑状淤泥中掘进时, 如果盾构机坡度小于一定数值时, 即 α 值较小时, 盾构机的推力减去刀盘等摩阻力后的向下分力加盾构机的自重小于盾构机和管片浮力, 从而导致盾构机切口的姿态无法控制, 引发盾构机上浮。

2.2.2 地质因素影响

由于本段隧道范围内的土层主要由2层土组成, 即 (3) 7砂质粉土夹淤泥质粉质粘土、 (6) 2淤泥质粘土, 厚度约各占一半。砂质粉土比饱和淤泥质粘土强度高, 具有一定自稳性。盾构机在此地质下为上硬下软掘进, 在刀盘切削完一定时间段内, 上部土体将形成一定自稳性拱圈而未对盾构机形成反压, 此时下部流塑状淤泥已对盾构机提供了向上的浮力, 因此, 盾构机具有一定的上浮空间。

2.2.3 盾构超挖影响

本隧道位于下坡段和平曲线段, 而盾构在平曲线和下坡掘进过程中, 一直在调整姿态, 致使掘进过程中蛇形过大, 出现超挖, 也为盾构机和管片上浮提供了空间。根据有关文献资料, 上海、广州地铁隧道发生管片上浮时也多处于下坡或变坡点位置。

3 盾构上浮的控制技术

盾构上浮是在水、流塑淤泥或浆液中产生了浮力, 而盾构机和盾尾后管片浮力大于其自重, 致使盾构上浮。上浮量的大小主要受地质情况、盾构的超挖控制、盾尾管片的约束、盾构机的仰俯角 (坡度) 等影响, 因此, 控制盾构的超挖量、合理的选择掘进参数、采用硬性同步注浆浆液、增加盾尾管片的约束和盾构机的自重等都有助于控制盾构上浮。

3.1 合理选择盾构上浮段的掘进参数

3.1.1 土压力的选择

根据隧道覆土情况, 计算土压力理论控制值。根据地表沉降监测数据反馈指导施工, 在进入该地层前进行土压力值的修正优化。在地表沉降不报警的情况下, 掘进过程中土压力宜适当降低, 一般以土体的主动土压力作为盾构土压力控制值。根据本段隧道的中心埋深15.4~19.2 m, 土压力控制值设定为0.27 MPa。实际施工过程中土压力的波动范围应控制在设定值的 ±0.02 MPa范围内。

3.1.2 盾构机仰俯角的确定

盾构上浮主要因盾构机和管片的浮力导致。因而, 可将盾构机的坡度控制在一定数值范围以提供足够向下的分力, 再并加上盾构机自重来控制盾构机上浮。

因此, 在进入该地层后需尽快摸索出盾构机在该地层中的最佳坡度, 以便在随后施工过程中按该坡度进行栽头掘进。根据本工程施工实际经验, 在该地层中盾构机的坡度宜控制在30‰ ~35‰。

3.1.3 推进速度

在上浮段隧道的掘进中, 宜适当降低盾构推进速度, 确保管片脱出盾尾时产生的建筑空隙能及时被同步注浆浆液填充, 避免由于推进速度过快而间隙无法及时填充, 出现盾构机和管片上浮的空间。一般应将掘进速度控制在15~25 mm/min。

3.1.4 优化推力的分配

盾构掘进过程出现偏差后, 一般通过调节推进系统上、下、左、右各分区的推力来纠偏。当出现盾构机及管片上浮后, 盾构机及管片垂直姿态偏差较大。调节上下区推力有三种方式:一是不改变推进油缸编组, 仅增加上部区域的油缸压力和减小下部区域的油缸压力;二是不调节上、下区的油缸压力, 而对油缸进行重新编组;三是同时进行油缸重新编组, 和调节上、下区的油缸压力。在调节上下推力差时, 每次调节不能太大, 一般以200 T级差进行调节。

3.1.5 进行管片的合理选型当出现盾构机及管片上浮, 垂直姿态偏差较大时, 为使盾构具有向下趋势, 管片需保持足够的超前量。采用旋转转弯环管片封顶块位置可快速增加管片的上部超前量, 因此, 合理的管片选型对控制盾构机上浮也很重要。一般管片选型需综合考虑盾构机的姿态、管片的姿态、推进油缸行程差、盾尾的间隙、管片的超前量和错缝拼装等各因素。由于本工程上浮段隧道位于500 m半径的平曲线上, 在管片的选型上, 既要满足平曲线转弯的需要, 又要保证管片的足够上部超前量以控制盾构上浮。

3.2 盾构上浮控制辅助措施

3.2.1 开启盾构的铰接装置

掘进过程中开启盾构铰接装置。即上部铰接开启80 mm, 下部铰接开启29 mm, 使盾构机刀盘及前体具有向下的趋势。

3.2.2 二次补充注浆

当出现盾构及管片上浮超限时, 采取对管片背后进行二次补充注浆来进一步填充管片与地层之间间隙, 使成型隧道与围岩形成刚性整体, 防止盾构掘进后盾尾管片的上浮。在管片脱出盾尾后, 在盾尾后第8~10环管片上二次补充注浆。二次补充注浆材料采用水泥- 水玻璃瞬凝双液浆, 注浆顺序从隧道拱顶至两腰分别进行, 采用注浆压力和注浆量双控控制。

3.2.3 增加管片的整体性和刚度

(1) 对脱出盾尾的管片进行二次复紧, 提高脱出盾尾管片的整体性和刚度。 (2) 在隧道内管片上设置四道纵向拉杆, 拉杆采用16槽钢, 使脱出盾尾的管片形成整体。

3.2.4 增加盾构机自重

根据盾构机及管片受力分析, 加大盾构机的自重是控制其上浮的主要因素之一。为加大盾构机的自重, 增大向下的合力, 提高盾构姿态控制的灵敏度, 在盾构机的中体放置铅锭, 对盾构机进行配重30 t, 增加盾构机及管片重力。

4 施工效果

在本区间掘进施工过程中, 上行线曾多次出现盾构机及管片上浮情况, 在采取多项措施后, 在上行线盾构后续掘进同样地层过程中, 盾构机姿态控制较好, 成型隧道轴线偏差均控制在 ±50 mm规范范围内。

5 结束语

盾构法隧道施工虽然适应性较强, 但地质条件千变万化, 面对不同的地层, 必须采取一定的辅助措施才能达到较好的效果。

(1) 盾构机在饱和流塑状软土地层掘进中, 由于受地层浮力影响, 易出现盾构机上浮的现象。结合本工程盾构上浮段施工经验, 盾构机必须保持“栽头”掘进才能有效平衡其浮力, 控制盾构机的上浮。因此, 进入该地层后及时摸索出盾构机的临界坡度非常重要。

(2) 本区间隧道掘进中, 在采取注入厚浆同步注浆将夜、双液浆二次补充注浆、焊接纵向拉杆等措施前, 虽通过配重增加了盾构机的自重, 且上下区油缸推力差达到900 T, 但盾构垂直姿态的纠偏效果仍不太明显。而进行盾尾双液二次补充注浆、焊接纵向拉杆后, 因及时对脱出盾尾的管片提供了约束, 盾构机垂直姿态纠偏明显容易得多。

(3) 控制盾构机及管片上浮的关键是选择合理的掘进参数和采取必要的辅助措施。

摘要：在杭州地区饱和流塑状软土盾构掘进施工中, 由于受盾构机及拖出盾尾管片的竖向浮力、超挖等因素影响易出现盾构机上浮现象。在分析引起盾构机上浮的原因后, 围绕导致盾构机上浮的几个要素, 通过优化推力分配和管片超前量等掘进参数, 并采取二次双液补充注浆、设置纵向管片拉杆、附加盾构机配重等辅助措施, 有效地控制了盾构机的上浮, 很好地控制了成型隧道轴线。

关键词：盾构,饱和流塑状软土,上浮

参考文献

盾构掘进施工 篇4

橘子洲又称橘洲,因一首《沁园春长沙》,橘子洲更是盛名远播。橘子洲由激流回旋、沙石堆积而成,因盛产美橘而闻名遐迩。

湖南长沙市南湖路湘江隧道位于橘子洲大桥与猴子石大桥之间,南距猴子石大桥约3.0km,北距橘子洲大桥约3.4km,江中段位于橘子洲头以南约100m。隧道西起阜埠河路和潇湘大道交叉口并与潇湘大道互通,下穿湘江、湘江大道后与南湖路相接。土建施工主要包括七个匝道出入口及过江隧道,其中隧道采用双管单层型式,内径10.3m、外径11.3m,建筑界限9m×4.5m,分为南北两线穿越湘江。盾构段采用NFM11.68m泥水盾构机,主机总长约11.70m,重约980t,后配套长42m,重约260t。其中北线盾构区间长1374.937m,南线盾构区间长1347.579m。该工程由中铁隧道集团承建,于2010年12月17日开工,将于2013年6月16日建成通车。

南湖路湘江隧道采用双管单层结构,分为南北两线穿越湘江,其中北线盾构隧道段1374m,南线盾构段1343m。该隧道原定由1台盾构机完成南北2条线的掘进,并于2011年12月底在北线启动了第1台NFM11.65m泥水盾构机“橘子洲号”的掘进。为了加快隧道的建设进度,早日实现通车的目标,中铁隧道集团于2012年7月新增1台NFM11.65m泥水盾构机“橘子洲Ⅱ号”以实施南线掘进任务。“橘子洲Ⅱ号”与正在江底掘进的“橘子洲号”可谓盾构穿江“双胞胎”,从2006年至今,“两兄弟”已经携手安全高效开掘了武汉长江隧道、杭州庆春路过江隧道和杭州运河隧道,此次下穿湘江是它们的第4次“联袂演出”。据中铁隧道集团南湖路湘江隧道项目部机械总工程师汪朋介绍,每台盾构机的使用寿命是完成约10km的掘进任务,这2台盾构机前面3条隧道一共完成了4.7km的掘进长度,此时正值“壮年”,还可以掘进约5.3km。

工程重复难点及应对

长距离水下浅埋段大直径盾构掘进中安全是控制重点和技术难点

本项目工程在湘江东、西两岸覆土均小于1倍洞径11m,普遍为7～10m,其中北线浅埋段占全线的45%,共619m,南线浅埋段占全线的65%,共876m。

水下浅覆土段盾构施工对盾构轴线控制和沉降控制存在较大难度,需要从设计和施工阶段综合考虑,采取有效土体加固、抗浮措施和优化掘进施工参数,快速、可靠地建立盾构泥水平衡,才可避免掘进施工中产生问题。

不良地质段盾构掘进

隧道掘进中会遇见岩溶、断裂带、上软下硬等地层。

遇到此类地层,施工方除在做好补充地质勘察,加强掘进施工控制外,还需在断层带2侧各设置一环钢制柔性衬砌环,使隧道能适应较大的变形,在施工过程中,严格按照设计做好柔性衬砌环的安装工作;加强管片姿态监测,并根据监测结果采取相应措施控制管片上浮等位移情况加剧。

大坡度盾构始发及施工运输安全控制

应做好盾构始发及推进过程中技术控制:施工过程中采用55t电机车作为水平运输的牵引动力(该机车可达到12t的水平牵引力,且具有安全可靠的双气路制动装置);隧道运输轨道在盾构后配套及盾构机内设置安全可靠的止动装置,保证运输安全。

明挖结构强透水层围护结构施工

西岸基坑范围主要地层为新杂填土、细砂及圆砾层,其中细砂及圆砾层较厚,地下水充沛,与湘江水联系密切,围护结构施工时易发生塌孔,成孔难度较大。

施工方在围护结构施工前,详细做了地质补勘及地质分析工作,根据地质采取合理的施工处理方案。泥浆制备前对粘土进行除砂、除砾石处理,从原料方面加强控制。施工前根据经验值确定泥浆浓度值,并在第一幅连续墙或第一根钻孔桩施工时根据实际情况调整至合适值;施工过程做好泥浆循环工作,及时补充流失泥浆。

湘江隧道溶洞勘察和处理

根据初勘地质资料,湘江隧道有溶洞存在,为埋藏型,无充填物,洞高最高达5.9m。若在掘进过程中遇到溶洞或溶洞处理不好,则会造成溶洞揭穿,继而造成突水,突泥及盾构陷落,致使工程施工无法进行。

当溶洞位于隧道及隧道1倍洞径范围内时,采用填砂+袖阀管注浆处理;当溶洞分布位于隧道及隧道1倍洞径范围以外时,采用隔离墙结合地面充填、注浆的方式进行预处理;当溶洞平面分布在隧道1倍洞径以外、深度分布在隧道2倍洞径以外,且隧道洞身范围岩层较好时,可不进行岩溶预处理或视情况处理。

盾构机适应性改造

盾构机需要根据不同地区不同的地质构造进行相应的改造,才能满足施工的需要。长沙市南湖路湘江隧道主要是在强风化一中风化砾岩中穿过,河西局部地段穿越含水沙砾和圆砾地层,河东端为中风化砾岩地层,中间部分存在上软下硬地层。不良地质主要表现为小规模的断裂破碎带以及隐伏的小溶洞。由于工程地质条件改变,需要针对刀盘的适应性和泥水循环系统的适应性进行改造。

刀盘的适应性改造

设置盘型合金齿滚刀和切刀来适应软弱不均地层和岩石地层。刮刀设置2排碳化镶嵌物,形成2层切削层,满足先穿越风化砾岩层,后穿越粉沙粉土层及砾石层的地质分布。

刀盘采用先进的防磨保护,刮刀上镶有碳化钨刀刃,能更好的防止刀具磨损。刀体由经过机加工的碳钢制成,刀刃由用铜焊焊在刀体凹槽中的碳化钨镶嵌块构成。刀体上可能与掌子面发生摩擦的其他表面由硬化面层加以保护。刀具安装有镶嵌型的特殊合金齿滚刀,提高滚刀的耐磨性。在切刀和边刮刀上安装最新的检测装置,能够及时掌握刀具的磨损情况。

泥水循环系统的适应性改造

针对泥水循环系统的适应性主要进行了以下改造:加大泥水仓循环流量;严格控制进浆的比重和黏度;安装冲刷泵,加大刀盘内圈中心区域的冲刷;掘进过程中多时段短时间停机在泥水仓循坏,循环时机的选择依据为刀盘扭矩及顶部、中部泥水压力的匹配性:循环时提高刀盘转速,提高出渣量,控制仓内的积渣量;土仓内增加4个主动搅拌臂和2个被动搅拌臂。

中风化及强风化岩中的掘进管理

长沙市南湖路湘江隧道基本上是在中-强风化地层中掘进,中国中铁隧道集团长沙市南湖路湘江隧道项目机械副总工程师吴庆丹根据该工程地层和在整个施工过程中遇到的问题和改进措施,对有效防止刀盘结泥饼的控制过程进行了梳理和总结,对于同类类似地质工程盾构施工具有极强的借鉴作用。他认为:在长沙这种含有大量黏土颗粒的全断面中风化一强风化硬岩中,采取气压模式,液位控制在45%～60%,提高刀盘转速,降低推力,减少刀具贯入度,控制泥浆比重的方法推进,既可以有效防止刀盘结泥饼,又可以有效保护刀具。在硬岩情况下,总推力过大,容易造成刀具过载,发生刀具轴承、刀圈等异常损坏;贯入度过大,容易造成刀具受轴向力增大,发生密封泄露,从而导致轴承损坏和刀具弦磨。

要更新盾构机在硬岩掘进施工的管理理念,在这种特殊的全断面硬岩中掘进,重点是要加强盾构机刀具的管理,及时检查更换刀具,尤其是刀盘外圈刀具,在盾构机制造加工的过程中,要充分考虑刀具及刀盘的耐磨性能,增加外圈刀具的数量和耐磨性。合理选择掘进参数,合理的掘进参数对保护刀具,确保盾构机的顺利推进非常重要。

盾构机在全断面硬岩地层中掘进,由于地层具有较强的自稳性,地表不易不会发生隆起或沉降。但盾构机通过后,地层不会对盾壳形成包裹,盾壳外侧的空腔依然存在,这就需要改变同步注浆方式,同时需加强对注浆量和注浆压力等主要参数的监控。

盾构机组装调试是保证盾构正常施工的一个重要环节,不管是新设备还是旧设备,都应该严格按照相关的技术要求进行组装调试。在组装调试阶段遗留的问题,在施工掘进阶段往往不易处理。特别是掘进过程中有小拐弯半径的隧道,在组装调试中,特别要注意盾尾的调整,确保盾尾间隙符合设计要求。

盾构机掘进系统的分析与研究 篇5

1 国内外研究现状

盾构机是根据隧道工程的具体情况进行设计和制造的,因此每一个盾构机都是特殊的,这决定了制造盾构机的产业链体系。不同国家的盾构机产业模式不尽相同,主要有以下三种模式:

(1)欧美模式:在欧美国家的产业链上,盾构机的设计和研发都是自发的,盾构机的部件主要是通过全球采购或与重型制造企业结盟的方式获得,装配速度很快,这样有利于保证技术服务的便捷和周到。

(2)日本模式:日本模式不同于欧美模式,由于日本企业本身都是设备系统生产能力极强的制造企业,这利于企业开发和保护先进的设备制造技术,也就是说日本企业的核心竞争力在技术而不是服务。在盾构机产业链上,日本企业的设计、制造、组装环节都已实现了自身化,同时也能够为用户提供完善的应用技术服务。

(3)中国模式:中国走在欧美国家和日本之后,也在向着设计和制造自主化、施工一体化的方向努力,目前我国已经实现了以现场施工为主导的产业链模式,由后端向前端发展,施工、反馈和提升是一个衔接不断的有序过程。

2 盾构掘进系统研究

盾构隧道施工法是一种建造掘进隧道的方法,主要工具就是掘进机,在施工过程中要防止开挖面和围岩崩塌状况的出现,对隧道进行掘进和出渣之后,安装衬砌隧道内壁和进行注浆,其原理是虫子在船上打动,首先由英国人研制,现在在地铁、水电和铁路等隧道工程中得到了广泛应用,目前,由于盾构机刀具的不同和土层的稳定性差异,盾构机有很多种分类,其中最为常用的两种盾构机类型为泥水盾构和土压盾构。

盾构掘进系统有许多机械设备构成,其中有单个的部件如刀盘、盾构千斤顶、螺旋输送机,也有小的设备系统如设备自身润滑密封系统、同步注浆系统、盾尾密封系统、管片拼装系统和开挖面土体改良装置等。其中盾构机刀盘是盾构掘进系统的核心部件,用于切削土体,直接影响盾构机的切削效果、隧道的掘进速度和整个工程的施工费用。

3 盾构机过程数值模拟

刀盘驱动扭矩是盾构选型过程中关于盾构机设计的最主要的技术参数,属于力学参数计算的范畴,地质环境、土层稳定状况、隧道挖掘状况等条件都会影响到这个参数的数值,所以对盾构机相关参数的计算是一个十分复杂的研究课题。在盾构机切刀掘进过程中,由于工作环境复杂、实验方法有限等原因得到有针对性的效益分析,可以利用非线性显示分析程序ABAQUS/Explicit,仿真模拟在隧道项目过程中用刀具对岩土进行切削的受力情况,考虑到有限元动态接触的特性,对比模拟过程中得到的切削力值和理论上的计算值,在这样有利于得出掘进系统参数,为力学参数提供可供参考的依据;在盾构刀盘掘进过程中,同样也面临复杂的应用情况,主要体现在在掘进过程中难以保证土体的稳定性、地层具有不规律的弹塑性,同时有些可利用的经验公式在实际应用中还存在前提条件的限制,可以考虑用有限单元法,通过虚拟大变形、非线性的模型得到有效地数值计算公式,以解决当前棘手的工程问题。

总的来说,通过对盾构机掘进系统的研究和分析,取得了一系列的理论成果。在盾构机的切刀切削岩土体和掘进过程中,通过对一系列的数值模拟,分别得出了切削力值与理论计算值、扭矩数值与理论数值比较接近的结果,这证明了模拟过程中仿真方法的正确性和可行性,为以后的隧道项目工程实践提供了可供参考的理论依据。同时,我们在选择土体模型和相关参数时,由于土壤的情况影响着土壤模型的构建和失效准则的选取,可以考虑将上述仿真方法应用到土体结构的模拟中,这样可以为隧道施工中的盾构机的设计和使用提供更多的可行性建议。

摘要：随着经济的不断发展和人口的剧增,当前我国城市的土地面积已经难以满足社会生产生活的需求,这使得人们将目光从地上转移到了地下,隧道工程技术由此得到了进一步的发展。近几年,隧道工程的范围扩展到了城市的公路、铁路和管线布局中,施工单位一般选择盾构机这种专用工程机械来开展隧道挖掘作业,盾构机在隧道工程中起到了重要的作用。同时,不可否认的是,在隧道工程的作业过程中,常常会遇到复杂多变的地质构造,这会加大盾构机掘进系统受力分析的难度,影响施工单位的施工进度,因此,我们有必要对盾构机掘进系统和土体结构之前的相互关系作一分析和研究。

关键词：盾构机,切削,数值模拟

参考文献

[1]吴艳华,刘德全,盛少琴等.盾构机刀具选型及布置[J].广东造船,2013,32(01):54-56,36.

[2]许洋洋,周芸梦.双护盾盾构辅助推进液压系统设计[J].电子测试,2013(18):17-18.

[3]王贯洲,洪高,石春等.盾构机液压系统的维修保养与故障分析[J].城市建设理论研究(电子版),2012(24).

盾构刀盘掘进数值模拟分析 篇6

为了保证刀盘安全性, 须对刀盘强度进行强度计算分析, 但是传统计算分析大多是通过力学计算模型进行计算, 随着计算机技术的发展, 计算机模拟分析逐步替代了传统的计算方式, 虽然也有很多专家学者使用计算机对刀盘受力状况进行了模拟, 如采用计算机模拟了刀盘与岩石相互作用, 分析刀盘与岩石刚度对刀盘参数的影响、对刀盘在静态环境下应力有限元分析、刀盘运动数字仿真, 采用有限分析方法对刀盘进行有限元设计等, 但是这些研究主特点是把刀盘刀具考虑为静态情况进行单一受力分析, 与盾构实际掘进工况相差较远, 远远不能够科学合理的设计盾构刀盘。

以某项盾构现场掘进参数及基础, 结合现有有限元分析在刀盘刀具分析方面的应用状况, 采用Ansys Workbench完成盾构刀盘准动态掘进分析。通过研究刀盘在不同地质条件下的应力应变情况, 为盾构刀盘设计和现盾构掘进参数控制提供指导。

1 工况背景

某项目盾构直径6 280mm, 刀盘表面和开口部位焊接有耐磨层, 外圈焊接有耐磨板。为适应粘土地层, 防止中心部位粘结泥饼, 刀盘开口率为35%, 刀盘开口部分设计为便于流动的楔形结构, 开口逐渐变大, 利于碴土流动。在刀盘背面的支撑臂和搅拌臂将注入的泥水和开挖碴土在刀盘后面进行充分搅拌。刀盘通过法兰安装在主轴承的内齿圈上, 通过液压马达驱动。刀盘设计为双向旋转, 其转速可无级调节, 转速范围为1~6r/min。为了适应本隧洞工程的地质, 在刀盘上安装了不同形式的刀具, 共有15把17寸单刃边滚刀, 16把17寸单刃正滚刀、4把17寸双刃滚刀和64把切刀。

针对项目特点, 选取地层结构较为复杂地段进行分析。该段地层包含人工填土、淤泥、砂质粘性土, 砾质粘性土、粉砂、混合岩、花岗岩等各种岩土层, 为典型的软硬不均地层.在盾构掘进过程中不但会对刀盘造成受力不均, 而且会对刀盘造成一定冲击, 并且容易造成地表沉降, 地层立面剖视图如图1所示。

盾构施工过程中, 推力与扭矩的控制随着地层变换而变化, 粘土、填土等地层由于土体抗压强度较小, 较小的推力便能产生较大贯入度, 但是土体的阻力, 刀盘驱动扭矩会比较大。在硬岩地层, 由于岩石抗压强度较高, 需要较大推力方能破岩, 并且刀具贯入度较小, 因此刀盘驱动扭矩较小。图1所示地层中50环管片对应的盾构推力、扭矩如图2、图3所示。

2 分析思路

盾构刀具掘进数字化分析总体分为验证性分析和探索性分析。验证性分析主要针对已知的掘进数据进行分析验证, 如图4所示, 通过设置地层边界条件和盾构边界条件, 对刀盘和地层进行有限元分析, 如果刀盘的应力应变、震动频率没有超出设计值且地层没有出现过大沉降、隆起等, 认为掘进参数可以使用。探索性分析为只设置地层边界条件、盾构边界条件、盾构初始掘进参数和最大施工风险条件。通过掘进分析判断, 如果施工参数没有达到施工风险点, 则系统自动修正掘进参数, 直至达到施工临界风险点, 即通过有限元系统自动计算出最佳施工参数。本文主要针对验证性分析进行研究。

盾构刀盘掘进过程验证性受力分析主要包含刀盘震动模态分析和不同地层条件下刀盘应变分析。根据项目盾构刀盘参数, 以Ansys Workbench为平台, 完成刀盘刀具整体震动特性分析。根据岩土物理性能试验, 获取地层岩土物理性能参数, 结合项目刀盘刀具参数和掘进参数完成盾构刀盘掘进分析, 获取刀盘应力应变数据 (图5) 。

3 盾构刀盘有限元分析

盾构刀盘有限元分析主要以项目施工数据为基础, 以Ansys Workbench为平台, 采用准静态方法完成盾构刀盘在不同地层掘进过程中应力应变分析, 获取盾构刀盘应力应变数据。

通过有线元分析, 获取刀盘最大等效应力和变形。应力表示有很多种方法, 有限元的最大应力是根据材料力学第四强度理论, 采用mises等效应力表示, 变形量采用等效变形表示。在50环掘进过程中, 刀盘等最大效应力变化曲线与应力云图如图6所示, 在掘进过程中最大等效应力为281.54MPa;最大变形量变化曲线如图7所示, 掘进过程最大等效应变为其中最大变形为3.3796mm。

由有线元分析结果可知, 在该段地层掘进过程中, 盾构刀盘最大应力和变形没有超出设计值, 满足盾构安全性能需求, 由此也证明了在该段地层此盾构掘进参数比较合理, 在类似地质工程中可使用此掘进参数, 既能保证盾构安全掘进, 又能发挥盾构最大效率, 实现快速掘进。

4 工程应用

完成盾构刀盘应力应变分析后, 采用获得的应力应变变化情况与刀盘设计相关技术标准进行对比, 进而完成对刀盘优化设计并确定刀盘在掘进过程中合理的推力与扭矩。通过对刀盘进行动态掘进有限元分析, 从理论分析角度确定了在盾构施工中刀盘掘进控制参数, 为盾构实际施工参数控制提供指导, 保证盾构安全高效掘进。

5 小结与展望

通过对刀盘准动态应力应变分析, 得到刀盘在不同地层条件下应力应变分布情况, 为盾构刀盘设计和现场施工过程对刀盘转速控制提供了数据基础。但是, 本文只是研究了在不同地质条件下刀盘受力状态, 缺少掌子面受力分布研究, 因此, 还需针对岩机动态耦合过程分析, 不但获取刀盘最优设计参数, 掌握刀盘应力应变分布情况, 还要获得在掘进过程中刀盘掘进控制参数, 获取在盾构扰动条件下地层沉降参数, 保证盾构安全、高效施工。O

参考文献

[1]宋克志.盘形滚刀与岩石相互作用研究综述[J].铁道工程学报, 2005, (6) :72-75.

[2]张照煌.盘形滚刀与岩石相互作用理论研究现状及分析 (一) [J].工程机械, 2009, (9) :25-28.

浅析土压平衡盾构机掘进姿态控制 篇7

1 盾构掘进姿态控制内容

在盾构掘进过程中,我们根据盾构机头相对于设计轴线的偏差描述为以下几种状态:

1)水平位置:水平偏差值(x),右偏为正,左偏为负。

2)立面位置:高程偏差值(y),坡度上为正,下为负。

3)旋转位置:盾构机身自转角(ω),左转为负,右转为正。

2 影响盾构掘进姿态的因素

1)控制土压的设定值。土压力的设定值是根据覆土厚度、土体内摩擦角、土体容重来确定的。一般在纠偏时,土压力的设定值比较大,这样有利于土体对机头的反作用力将机头托起或横移。2)土质变化。盾构在粘土层掘进时,盾构姿态较易控制;在砂土层时往往容易造成盾构机头下扎。3)地下水含量的变化。地下水含量丰富时,造成土体松软,盾构往往偏向松软土体或地下水丰富的一侧。4)同步注浆方式和注浆质量。如果注浆位置在左侧或注浆压力左侧较大,可使该管环位置右移,换之则相反。同时同步注浆浆液不能及时凝固或注浆量不足将导致管片不能与土体紧密结合,无法产生足够的摩阻力阻止管片的盾构的旋转,将造成盾构旋转偏差较大。5)推进速度的大小。推进速度过快,盾构姿态不易控制。一般在调整姿态时,推进速度控制在50mm/min以内。6)转弯管片的合理使用。盾构在曲线段施工时,一般采用转弯环来拟合隧道设计轴线,通过调整相邻管环之间的转角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,摩擦阻力增大,极不利于盾构姿态的控制。7)拼装管片成环后的质量。如果拼装完成后的管片椭圆度或平整度太差,会造成盾构机掘进困难,影响盾构姿态。8)施工连续性。施工中途停止时,一旦遇上土质比较松软,会造成盾构机下沉,因而影响盾构掘进姿态。9)刀盘正反转不均匀。盾构刀盘的正反转不均匀将会导致盾构主机滚动角过大,同时会带动管片旋转影响管片拼装质量。

3 控制盾构掘进姿态的方法

3.1 盾构姿态水平和立面位置控制的主要手段

1)调整分区油压。

盾构推进油缸分区见图1。具体操作如下:a.选中全部的16组掘进千斤顶;b.根据测量结果,分别确定A,B,C,D各区的推进控制油压,各区调整范围为0MPa～34MPa;c.根据目前盾构姿态及其偏差,合理确定各分区油压,纠偏时尽量做到逐环少量纠偏。

2)千斤顶编组。

千斤顶编组适用于盾构掘进的各种情况,是盾构弯道掘进和姿态调整的主要控制方法。其控制要点如下:a.千斤顶的组数为16组,最大推力为3 400t;b.盾构机在粘土层中正常推力为800t～1 200t之间,因此一般千斤顶编组不少于8个;c.千斤顶跟踪与计测,跟踪负荷很小,一般用于编组之外,达到环面平齐的作用。计测专指1组,5组,10组,13组千斤顶(图1中黑色填充千斤顶),1组和10组千斤顶计测上下行程,控制盾构竖向坡度及对盾构姿态影响较大,5组和13组千斤顶计测左右两侧前进行程,控制盾构掘进长度和平面线形,控制左右超前现象。

3)千斤顶编组与分区油压综合控制。

a.调整分区油压。盾构直线正常掘进时,掘进千斤顶全选,后背管环受力较均匀,能有效保证拼装管片的质量,在盾构姿态控制时,主要利用分区油压进行,具体操作如下(分区油压见图1)。选中全部的24个掘进千斤顶;根据测量结果,分别确定Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ各区的推进控制油压;各区调整范围为0MPa～34.3MPa。b.千斤顶编组。千斤顶编组适用于盾构掘进的各种情况,是盾构弯道掘进和姿态调整的主要控制方法。其控制要点如下:千斤顶的个数为24个,每个千斤顶最大推力为150t,总吨位为3 600t;盾构机在砂土层中正常推进为1 000t～1 200t,因此一般千斤顶编组不少于8个,推进油压为最大油压;千斤顶跟踪与计测,跟踪负荷很小,一般用于编组之外,达到环面平齐的作用。1,10计测千斤顶计测上下两侧前进行程,控制盾构竖向姿态和管片上下超前情况,5,13计测千斤顶计测左右两侧前进行程,控制盾构水平姿态和左右超前情况,在盾构推进过程中要时刻关注各计测千斤顶行程及其行程差,避免行程差过大造成盾构姿态偏差过大。c.千斤顶编组与分区油压综合控制。由于掘进千斤顶全选,采用分区油压盾构纠偏能力受到限制,故在曲线段掘进或迅速纠偏时,采用千斤顶编组与分区油压综合控制的方法。根据千斤顶编组原则选定千斤顶在推进的过程中根据盾构纠偏的需要同时调整各区油压,为盾构掘进提供最大的纠偏力矩,以保证盾构弯道掘进姿态和迅速纠偏时的效果。

3.2 盾构姿态旋转控制的主要方法

1)刀盘正反转控制。刀盘的正反转不均匀或刀盘值向一个方向旋转,将会造成盾构主机向一个方向持续的滚动,最终会导致盾构姿态旋转位置偏差过大,逐渐积累后造成管片旋转影响管片拼装质量。因此在盾构掘进中要保证刀盘正反转时间的均匀,尽量缩短刀盘单向转动时间;同时也要求正反转时刀盘扭矩基本一致,这样可以确保盾构主机不会产生过大滚动偏差,管片顺逆时针扭转也会得到控制。

2)同步注浆质量控制。盾构隧道掘进施工中将由于开挖直径大于管片拼装直径,当衬砌脱出盾尾后管片与土体间将有一定的间隙,若同步注浆注浆量不足或浆液不能及时凝结,管片不能与周围土体紧密接触将不能自稳,无法提供足够的扭转摩阻力,当刀盘转动时无法抵抗主机产生的滚动趋势,造成主机的扭转,同时在掘进过程中管片环自身也将产生较大扭转因此同步注浆时应严格控制注浆质量,根据施工条件尽量缩短浆液的凝结时间,同步注浆量达到设计要求值,保证管片衬砌环能够与土体密贴,提供给盾构主机足够的抗扭转摩阻力,防止盾构产生过大滚动,保证管片环自身稳定。

4 结语

1)在盾构法隧道施工中,盾构姿态控制直接对隧道成型后质量是否满足设计要求起决定性作用,因此在盾构法施工中,盾构姿态控制是施工中控制的重要内容之一,盾构姿态控制好坏直接影响隧道是否满足设计要求。2)本文对盾构姿态及影响盾构姿态因素做了简要的叙述和分析,重点对控制盾构姿态的方法进行了系统的阐述,通过盾构施工实践验证,前文所述控制方法能较好的控制盾构姿态偏差在合理范围内。

摘要：分别介绍了盾构掘进姿态控制内容及影响因素,着重阐述了在盾构掘进时采取的各种保证盾构姿态措施,以确保隧道成型后与设计轴线的偏差控制在允许范围之内。

关键词：土压平衡盾构,盾构姿态,姿态控制

参考文献