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浅析盾构姿态控制(王春光)

发布时间:2019-08-07 02:18 来源:未知 编辑:admin

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  浅析盾构机姿态控制——王春光 2004.7.15(初稿) 在盾构隧道施工中,盾构机的姿态控制是至关重要的,它直接关系到隧道 的施工质量,所以在进行隧道轴线控制中,除了要做好严格的测量及检验工作, 更要对盾构机的姿态控制充分的重视起来, 由于盾构施工是由盾构机在深层土体 进行暗挖的一种施工工艺,盾构机所处土层的土质情况、隧道轴线的平面及高程 的设计情况、管片形式及施工中选型、管片的楔形处理等因素都直接影响到盾构 机的姿态控制,从而对隧道的成型产生至关重要的影响。鉴于此,我们对盾构机 的姿态控制以及隧道轴线的控制作了比较充分的分析研究, 希望对今后的盾构施 工能够起到一些有益的帮助。 一、 盾构机型式及参数 1、 盾构机概述 本次工程中所使用的盾构机为土压平衡式盾构机,根据天津市区地层土质 情况进行设计生产,适用于含有大量粘土、粉砂或低含水量粉土的地层,通过刀 盘切削土体在后部土仓中屯积,形成切削土压力抵抗刀盘前端土体压力,形成土 压平衡,缓解地面沉降,进行掘进。盾构机的操作主要为“计算机监控,手动操 作” ,即通过盾构机上的 PLC 及计算机系统进行盾构机掘进过程中各种数据参数 的采集处理,在操作面板及计算机显示器上进行显示,由盾构机操作手根据所显 示的数据资料情况进行手动控制,对盾构的掘进状态进行操作控制,所以对盾构 机操作手(俗称盾构司机)的操作熟练程度及对盾构机及其工作原理以及盾构纠 偏原理的理解等各方面的要求都比较高。 比较适合于对盾构工程比较熟悉的操作 人员,对于比较全面系统地掌握盾构机掘进过程的操作理念有很高的要求。 ·1· 2、 盾构机相关参数(与盾构机姿态控制有关) ? 盾构机型号:德国 HERRENKNECHT S-225 土压平衡式盾构机 ? 盾构外径:Φ6390mm ? 盾构长度:8500mm ? 推进千斤顶:16×2 个,编为四组:A 组(2#、3#、4#、5#) 、B 组 (6#、 7#、 8#、 9#、 10#) 、 C组 (11#、 12#、 13#、 14#) 、 D组 (15#、 16#、1#) 。编组情况如图 1。 D 15 16 1 14 2 13 3 C 12 4 A 11 5 10 6 9 8 7 B 图 1:推进千斤顶编组图 ? 推进千斤顶行程:2200mm ? 铰接型式:被动式铰接 ? 铰接千斤顶数量:14 个,分别在 3#、5#、10#、12#千斤顶设行程 传感器。布置情况如图 2: ·2· 14 13 12 1 2 3 11 10 5 4 9 8 7 6 图 2:铰接千斤顶布置图 ? 铰接千斤顶行程:150mm ? 盾构机主体分段型式:刀盘:6390mm×800mm,切口环:6390mm ×1750mm, 支撑环: 6380mm×2795mm, 盾尾: 6370mm×3540mm。 ? 盾构机姿态测量分段情况:切口至铰接距离:4195mm,铰接至盾 尾距离:3701mm。测量及盾构分段状态如图 3。 8506 800 1750 2795 测量前标 791 3540 测量后标 切口参照点 4195 铰接参照点 2518 2687 盾尾参照点 3701 刀盘 切口环 支撑环 管片测量基点 4281 7896 盾尾 管片 3615 ·3· 图 3:盾构机分段及姿态测量示意图 二、 盾构机姿态控制原理 1、盾构机铰接型式与姿态控制的关系 盾构机的姿态控制简言之就是,通过调整推进千斤顶的四个区的推进油压 的差值,并结合铰接千斤顶的调整,使盾构机形成向着轴线方向的趋势,使盾构 机三个关键节点(切口、铰接、盾尾)尽量保持在轴线附近。但是不同型式的盾 构机其具体的原理也有一些微妙的差别,就土压平衡式盾构机而言,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“死铰” ,这种型式的铰接,一般设置在盾构机的中段(我们称之为“支承环” ) , 每组铰接千斤顶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,将 铰接锁定,然后再进行推进,这种铰接型式,在进行直线段隧道掘进的施工中是 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,盾构机的纠偏的 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 ·4· 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,并且会使盾构机及管片局部受力,造成盾构机或管片的 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” ,这种型式的铰接,一般设置 在盾构机的前段与盾尾的连接处,每组铰接千斤顶的液压回路是互相连通的,保 持有相同的千斤顶压力,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式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 组铰接千斤顶的液压回路还是保持互相连同, 受外力较大的铰接千斤顶行程会相 应的逐渐伸长,受外力较小的铰接千斤顶行程会相应缩短,这种铰接型式,可以 非常有效的起到保护管片的作用,可以适应各种形式的掘进轴线要求,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,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, 下面主要针对被动式铰接盾构机的姿态控制进行详细地论 ·5· 述。 2、盾构机切口位置的控制 盾构机切口位置的控制可以通过调节四个推进千斤顶区域推进压力的差值 来进行调整,当 C 区推进压力与 A 区推进压力基本相同时,盾构机切口平面保 持直向前,若 C 区推进压力大于 A 区推进压力,则盾构机切口将产生向右的趋 势,反之,盾构机切口将产生向左的趋势;高程方面,由于盾构机切口顶部与底 部所承受的土体压力不同,所以在直推时,B 区推进压力应当稍大于 D 区的推 进压力,此时的 BD 区推进压力差值,应根据实际推进时的土质具体情况和试推 进情况来确定,若调高 B 区推进压力或调低 D 区推进压力,则盾构机切口将产 生向上的趋势,反之,盾构机切口将产生向下的趋势。一般在进行直线段顶进过 程中, 应尽量使盾构机切口的位置保持在施工轴线mm 范围之间, 在盾构机姿态不好需进行纠偏时,可以适当放大切口位置范围,但也应尽量控制 在施工轴线mm 范围之间,最大不应超过 30mm,以免对盾构机 的姿态造成进一步破坏或损伤盾构机部件;在进行转弯或变坡段顶进的过程中, 应提前对切口偏移位置进行预测算, 并在推进的过程中适当调整各区推进千斤顶 的推进压力差, 以保证盾构机切口在推进的过程中始终保持在施工轴线的允许偏 差范围内, 一般情况下, 我们会将允许偏差范围向曲线的中心方向作适度的偏移, 以保证盾构机能够较好的控制在施工轴线附近, 即若施工曲线 的右转弯 段,则应尽量使盾构机切口的位置保持在施工轴线mm 范围之间, 依此类推。 总之,在进行盾构机切口位置的调整过程中,应始终使盾构机保持在靠近 轴线的推进趋势中,即使在盾构机姿态不好的情况下,亦应将盾构机的切口位置 ·6· 控制在施工轴线附近,切忌使盾构机切口位置大幅度超出允许范围进行推进,由 于盾构机在土体内始终处于悬浮状态,盾构机的切口就是整台盾构机的方向导 引,只有切口处于正确的位置才能使整台盾构机向着正确的方向进行掘进,否则 将造成盾构机整体方向失控,极大的影响盾构机的姿态以及隧道质量。 3、盾构机盾尾位置的控制 由于盾构机在土体内是处于悬浮状态,而成型的隧道则处于相对稳定的状 态,盾构机的盾尾直接与成型隧道的末端接触,后几环管片的位置状态直接限制 了盾尾的位置状态,盾构机的盾尾位置是不能通过操作推进千斤顶来进行调解 的,它的位置状态多数取决于盾尾内拼装管片的位置状态,所以调整好管片的姿 态对盾尾的位置控制及整个隧道的整体质量都起着至关重要的作用, 只要把管片 拼装的位置控制在设计范围内, 则盾尾的位置也必然能够满足后续掘进的设计要 求。对管片位置的调整我们主要通过对管片环面粘贴楔形软木衬垫的方法来实 现,根据调整幅度的不同可以粘贴 1.5mm~6mm 等规格的楔形衬垫,但对于楔 形衬垫的级数差以及粘贴部位一定要严格控制,以保证管片姿态调整的有效性, 如果管片平面姿态偏差较大,还可以通过更换不同的管片类型来实现。 4、盾构机铰接位置的控制 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 ·7· 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、小结 总而言之,盾构机姿态控制的目的就是使盾构机能够在推进的过程中始终 保持在施工轴线的附近,不超出规定的施工误差范围,从而保证隧道的整体成型 轴线能够满足技术规范的要求,而要达到这一目的,就需要把控制管片拼装部位 的位置趋势状态控制在规定范围之内,也就是盾尾与铰接之间的位置,这样才能 保证拼装的管片能够满足规范的要求,同时在推进中,我们所拼装的成型管片的 位置状态的好坏,也影响到盾构机的姿态,正像前面所提到的,所以我们可以看 出, 盾构机的姿态控制与隧道的轴线控制是互相制约相辅相成的关系, 也就是说, 只有在把盾构机姿态控制好的前提下,才能使管片拼装后得到较好的姿态,同时 控制好成型隧道的轴线也有利于进行盾构机的轴线控制,在以后的叙述中,会具 体的说明如何将盾构机姿态控制与成型隧道轴线控制相结合来进行盾构机隧道 掘进保证整体隧道的轴线要求。 三、具体工况下的盾构机姿态控制 1、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: ·8· (1)隧道设计轴线的影响 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、穿越不同地层施工等特殊工 况的施工方案;确定具体的测量监测方案;确定轴线)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 接决定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)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 形式是三种管片类型,即标准环(直线环) 、左转弯环、右转弯环,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 ·9· 方案。 (5)地表建构筑物等的影响 隧道掘进过程中,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)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,主要包括盾构 机选型、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。 2、盾构机姿态控制的施工流程 盾构机姿态的施工工艺流程如图 4。 盾构机及管片 姿态测量 填写盾构姿态 形象纪录表 测量报表分析 确定当前推进方案 确定管片处理方案 开始推进 进行管片处理 推进结束 进行管片拼装 分析当前推进状态 填写盾构姿态 实时纪录表 管片拼装结束 ·10· 图 4:盾构机姿态控制工艺流程图 (1)盾构机及管片姿态测量 每次推进或拼装完毕,都要进行一次盾构机姿态或管片姿态测量,主要测量 的指导推进的数据有:切口、铰接、盾尾相对于设计施工轴线的位置状态,盾构 机的坡度, 管片相对于设计施工轴线的位置状态, 管片与盾尾的间隙,管片的拼装形态(椭圆度) 等。 (2)测量报表分析 根据测量报表所提供的数据,填写《盾构机 姿态形象纪录表》 ,如图 5,可以比较清晰地了解 到盾构机及管片当前的姿态情况,再结合设计轴 线、盾构机坡度、管片型式、管片间隙等数据参 数来确定下一次推进的推进方案。 (3)推进方案的确定 盾构机推进方案需要确定以下主要内容:盾构机的推进方向,切口、铰接、 盾尾位置状态的控制目标,上下及左右超前量的控制目标,推进速度,推进千斤 顶区域油压及压力差的控制目标,盾构机坡度的控 制目标等。 (4)管片处理方案确定 图 5:盾构机姿态形象纪录 高 程 平 面 盾 尾 -60 -50 -40 -30 -20 -10 轴线 +20 +10 轴线 环 铰 接 切 口 铰 接 切 口 ·11· 管片处理方案需要确定以下主要内容:管片的选型,上下及左右超前量的 控制目标,楔形衬垫的粘贴,椭圆度及喇叭的控制目标等。 (5)推进 推进中应尽量按照提前确定的推进方案进行推进控制,并在推进过程中, 严格的控制好各项参数,认真观察推进千斤顶机铰接千斤顶的运行趋势,并对推 进过程作出及时有效的调整,保证盾构机姿态控制的合理有效性。 (6)盾构机姿态的实时纪录 每次推进结束都要填写《盾构机姿态实 时纪录表》 ,如图 6,主要采集铰接千斤顶行 程、土压力、推进千斤顶压力行程、盾构坡 度、推进速度等数据。根据铰接千斤顶行程 可以从整体上了解到盾构机的姿态,对盾构 机当前的状态的情况有一些初步的了解。然 后再通过对推进千斤顶行程的一些分析,计 算平面差值,再结合盾构坡度,就可以比较 全面地了解到本次推进所达到的效果,并对 下一次推进起到积极的指导作用。 (7)管片拼装 拼装管片时应尽量按照提前确定好的管 片拼装方案进行拼装,在保证整体质量的同 时,对管片拼装的各项参数进行控制,还应 尽量保证管片拼装的完整性。 图 6:盾构机姿态实时纪录 13 第 1 箱土 操作手 推进时间 14 13 12 1 2 3 开始 结束 铰接千斤顶行程 12# 3# mm 4 5 11 10 10# 5# mm mm 9 8 7 6 mm 1 2 3 4 5 土 压 2# 力 3# 传 4# 感 5# 器 1# bar bar bar bar bar 平面差值 C-A mm 推进千斤顶 15 16 1 14 16# 压力 D mm 2 3 C 12# 12 压力 mm bar A 4# mm 总推力 推进油压 kN 压力 4 bar bar bar 8# 11 压力 mm 5 bar 10 B 9 7 6 盾构坡度 ‰ 同步注浆 冲程 次 推进速度 8 mm/min A4 注浆 位置 A1 冲程 次 A3 A2 1m3≈70次 ·12· (8)管片姿态的纪录 管片姿态纪录集成在《盾构机姿态实时纪录表中》 ,如图 7,主要纪录一些 管片拼装的姿态参数,以及拼装后盾构机铰接及推进千斤顶的行程等数值,来指 导下一次推进,并可以据此来确定下一次拼 装管片的处理情况以及拼装方案等。 3、不同设计轴线下的盾构机姿态控制 隧道的轴线设计一般会涉及到以下几种 曲线要素:直线、缓曲线和圆曲线。一般平 面上的轴线设计会比较复杂,一般都会是 1 到 2 个甚至更多个圆曲线以及缓曲线与直线 中心 平面 高程 操作手 指挥 拼装时间 开始 结束 管片拼装 管片破损情况 盾构机当前姿态 盾尾 mm 铰接 mm 切口 mm mm mm mm 管片姿态 直径 水平 mm 间隙 左 mm 之间的结合,而竖曲线方面则会比较简单, 一般只包括直线以及圆曲线,圆曲线只起到 平面 高程 mm 14 13 12 1 右 mm 垂直 上 下 mm mm 2 3 mm mm 铰接千斤顶行程 12# 3# mm 4 5 11 变坡的作用。 (1)平面曲线上的姿态控制 a、直线段的姿态控制 C-A 10 10# 5# mm 9 8 7 6 mm mm 平面差值 mm 推进千斤顶行程 15 16 1 盾构坡度 ‰ 2 14 D 16# 13 3 在进行直线段的推进时,应尽量控制切 口位置保持在轴线附近,正常施工时的误差 不应超过-10—+10mm,最大应控制在-20— C 12 mm A 4 mm 12# mm 4# 11 8# mm 5 10 B 9 7 6 8 +20mm 之间,左右两侧的 A、C 组千斤顶推力应始终保持一致,并根据实际的 刀盘受力情况作微小调整,使两侧千斤顶行程保持一致,左右千斤顶行程差值最 大不应超过 8mm,拼装标准环管片,环面贴 等厚传力衬垫,并视实际施工情况控制好环面 图 7:管片姿态纪录 ·13· 平整度及喇叭度,合理控制铰接及盾尾位置,使之位置偏差亦控制在 -20 — +20mm 的偏差范围之内,如出现超出偏差范围的情况,应及时作纠偏处理,纠 偏时切口的位置亦要保持在-20—+20mm 的偏差范围之内, 严禁在纠偏过程中过 大的调整切口位置,造成后续推进中的姿态失控;铰接千斤顶的行程应始终控制 在 60—90mm 的范围之内,并且左右的铰接千斤顶行程差值不应超过 10mm, 如果出现超出偏差范围的情况,应及时作纠偏处理,以保证铰接部位能够起到正 常的保护调整作用,避免铰接部件的局部受损。 b、圆曲线段的姿态控制 在进行圆曲线段的推进时,应提前计算好左右千斤顶行程的超前量,超前 量的值可以通过计算求出, 也可以通过 AutoCAD 绘图直接量取, 在推进过程中, 切口的控制中心应向着圆曲线的圆心方向作出一定量的偏移, 偏移量的大小视圆 曲线的半径大小而定,半径越小偏移量越大,推进中应控制切口位置保持在设定 定的控制中心附近, 正常施工时的误差不应超过-10—+10mm, 最大应控制在-20 —+20mm 之间,左右两侧的 A、C 组千斤顶推力应始终保持有一定的差值,并 根据实际的刀盘受力情况作微小调整, 使两侧千斤顶行程差值与提前计算得出的 超前量的值保持一致,左右千斤顶行程差值与超前量之间的最大误差不应超过 10mm,按照设计部门给出的曲线段的管片排列图进行管片选型拼装,并视具体 的施工情况进行管片处理,通过楔形传力衬垫对管片姿态进行微量调整,并控制 好环面平整度及喇叭度,合理控制铰接及盾尾位置,盾尾的控制中心应向着圆曲 线的圆心方向作出一定量的偏移,偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定,半径 越小偏移量越大, 铰接的控制中心应向着背离圆曲线圆心的方向作出一定量的偏 移,偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定,半径越小偏移量越大,推进中应控 ·14· 制盾尾及铰接位置保持在设定的控制中心附近,位置偏差亦控制在-20—+20mm 的偏差范围之内,如出现超出偏差范围的情况,应及时作纠偏处理,纠偏时切口 的位置亦要保持在-20—+20mm 的偏差范围之内, 严禁在纠偏过程中过大的调整 切口位置,造成后续推进中的姿态失控;铰接千斤顶的行程应始终控制在 40— 110mm 的范围之内,如果出现超出范围的情况,应及时作纠偏处理,以保证铰 接部位能够起到正常的保护调整作用,避免铰接部件的局部受损。 以半径为 R350m 的右转 弯曲线段为例, 通过 AutoCAD 绘图确定出左右千斤顶行程 差值约为 20mm 左右, 如图 8, 控制中心向右作 5mm 左右的 偏移,切口及盾尾的位置应控 制在-5—+15mm 的偏差范围 之内,铰接的位置应控制在 -15—+5mm 的偏差范围之内,左侧推进 图 8:超前量示意图 隧道轴线 千斤顶区域推进油压超出右侧约 30—50bar,进行推进,每环推进中左右千斤顶 伸长量的差值控制在 20mm 左右,铰接千斤顶行程控制在 40—110mm 的范围 之内。 c、缓曲线段的姿态控制 缓曲线一般应用于平面曲线中,由直线到圆曲线或由圆曲线到直线或由一 种半径的圆曲线到另一种半径的圆曲线变化的一段半径渐变的一种特殊的曲线, 缓曲线的起点半径等于起始曲线的半径,终点半径等于终点曲线· 直线到半径为 R 的圆曲线之间的缓曲线, 一般称为直缓曲线, 终点半径为 R,半径按一定的规则由 0 到 R 进行渐变,在施工中,一般可以按 等分长度渐变的原则进行计算,对于盾构法施工,分段的长度可以取每环管片的 宽度进行计算。 在进行缓曲线段的推进时,应提前计算好每一环管片所对应缓曲线的半径, 再根据当前环的曲线半径,计算出进行当前环推进时的左右千斤顶行程的超前 量,计算方法与圆曲线的计算方法相似。由于轴线的半径是始终渐变的,所以在 推进过程中, 应提前考虑下一环管片的轴线半径变化趋势, 对盾构姿态进行控制, 使盾构机向着对下一环推进有利的方向进行微小的偏移, 控制的方法与圆曲线的 控制方法相似, 切口的控制中心应向着当前环圆曲线的圆心方向作出一定量的偏 移,偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定,半径越小偏移量越大,推进中应控 制切口位置保持在设定定的控制中心附近,正常施工时的误差不应超过 -10 — +10mm,最大应控制在-20—+20mm 之间,左右两侧的 A、C 组千斤顶推力应 始终保持有一定的差值,并根据实际的刀盘受力情况作微小调整,使两侧千斤顶 行程差值与提前计算得出的超前量的值保持一致, 左右千斤顶行程差值与超前量 之间的最大误差不应超过 10mm, 按照设计部门给出的曲线段的管片排列图进行 管片选型拼装,并视具体的施工情况进行管片处理,通过楔形传力衬垫对管片姿 态进行微量调整,并控制好环面平整度及喇叭度,合理控制铰接及盾尾位置,盾 尾的控制中心应向着圆曲线的圆心方向作出一定量的偏移, 偏移量的大小视圆曲 线的半径大小而定,半径越小偏移量越大,铰接的控制中心应向着背离圆曲线圆 心的方向作出一定量的偏移,偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定,半径越小 偏移量越大,推进中应控制盾尾及铰接位置保持在设定的控制中心附近,位置偏 ·16· 差亦控制在-20—+20mm 的偏差范围之内, 如出现超出偏差范围的情况, 应及时 作纠偏处理, 纠偏时切口的位置亦要保持在-20—+20mm 的偏差范围之内, 严禁 在纠偏过程中过大的调整切口位置,造成后续推进中的姿态失控;铰接千斤顶的 行程应始终控制在 40—110mm 的范围之内,如果出现超出范围的情况,应及时 作纠偏处理,以保证铰接部位能够起到正常的保护调整作用,避免铰接部件的局 部受损。 (2)竖曲线上的姿态控制 竖曲线上的姿态控制相对比较简单,主要控制好盾构的坡度变化,在进行 直线段的推进时,应尽量控制切口位置保持在轴线附近,正常施工时的误差不应 超过-10—+10mm,最大应控制在-20—+20mm 之间,同时控制盾构机坡度与设 计轴线纵坡基本保持一致,最大误差不应超过 2%,应根据实际盾构坡度值调整 好 B、D 组推进千斤顶的推进油压,使盾构机的坡度保持在稳定的状态下,并根 据实际的刀盘受力情况作微小调整,使上下千斤顶行程保持一致,上下千斤顶行 程差值最大不应超过 8mm,环面贴等厚传力衬垫,并视实际施工情况控制好环 面平整度及喇叭度,合理控制铰接及盾尾位置,使之位置偏差亦控制在 -20 — +20mm 的偏差范围之内,如出现超出偏差范围的情况,应及时作纠偏处理,纠 偏时切口的位置亦要保持在-20—+20mm 的偏差范围之内, 严禁在纠偏过程中过 大的调整切口位置,造成后续推进中的姿态失控;铰接千斤顶的行程应始终控制 在 60—90mm 的范围之内,并且上下的铰接千斤顶行程差值不应超过 10mm, 如果出现超出偏差范围的情况,应及时作纠偏处理,以保证铰接部位能够起到正 常的保护调整作用,避免铰接部件的局部受损。 在进行圆曲线段的推进时,应提前计算好上下千斤顶行程的超前量,超前 ·17· 量的值可以通过计算求出, 也可以通过 AutoCAD 绘图直接量取, 在推进过程中, 切口的控制中心应向着圆曲线的圆心方向作出一定量的偏移, 偏移量的大小视圆 曲线的半径大小而定,半径越小偏移量越大,推进中应控制切口位置保持在设定 定的控制中心附近, 正常施工时的误差不应超过-10—+10mm, 最大应控制在-20 —+20mm 之间,并根据提前计算好的圆曲线段的实际轴线坡度对盾构机的坡度 进行控制,控制盾构机坡度与设计轴线纵坡基本保持一致,最大误差不应超过 2%,应根据实际盾构坡度值调整好 B、D 组推进千斤顶的推进油压,使盾构机 的坡度保持在稳定的状态下,并根据实际的刀盘受力情况作微小调整,使两侧千 斤顶行程差值与提前计算得出的超前量的值保持一致, 上下千斤顶行程差值与超 前量之间的最大误差不应超过 10mm,根据当前的隧道轴线的要求以及超前量, 结合管片的具体姿态,在管片的环面上粘贴 3—6mm 的楔形传力衬垫,并控制 好环面平整度及喇叭度,合理控制铰接及盾尾位置,盾尾的控制中心应向着圆曲 线的圆心方向作出一定量的偏移,偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定,半径 越小偏移量越大, 铰接的控制中心应向着背离圆曲线圆心的方向作出一定量的偏 移,偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定,半径越小偏移量越大,推进中应控 制盾尾及铰接位置保持在设定的控制中心附近,位置偏差亦控制在-20—+20mm 的偏差范围之内,如出现超出偏差范围的情况,应及时作纠偏处理,纠偏时切口 的位置亦要保持在-20—+20mm 的偏差范围之内, 严禁在纠偏过程中过大的调整 切口位置,造成后续推进中的姿态失控;铰接千斤顶的行程应始终控制在 40— 110mm 的范围之内,如果出现超出范围的情况,应及时作纠偏处理,以保证铰 接部位能够起到正常的保护调整作用,避免铰接部件的局部受损。 (3)平、竖曲线· 在实际的施工中,需要综合考虑当前的平、竖曲线的线型情况,进行盾构 机姿态的控制,但总的控制原则应保持不变,尤其是在平竖曲线都处在圆曲线的 区间范围时, 更应密切关注盾构机姿态的各个指标, 严格控制盾构机姿态偏差值, 并重点监视铰接千斤顶的行程值,在纠偏过程中,保持铰接状态的良好性,控制 纠偏的幅度,不应过大、过急,以保证铰接部位能够起到正常的保护调整作用, 避免铰接部件的局部受损。同时在推进中应适当加密测量次数,以便更有效及时 地获得盾构机的姿态情况,并对盾构机姿态作出及时地调整,保证盾构机姿态的 良好性。 四、总结 盾构机姿态及隧道轴线控制,是多个工序及工种的综合控制过程,其中涉 及的范围比较广泛,首先技术部门确定但前推进方案及施工轴线,然后由盾构司 机通过对盾构机姿态的控制来实现施工轴线, 通过对管片的处理进行前期的隧道 轴线控制,通过同步注浆部位及浆液的调整对移出盾尾的管片进行位置控制,通 过二次注浆或放浆对成型隧道进行二次姿态调整等。所以,一条质量优良的隧道 的成型是需要多个工序的协调配合才能实现的, 本文所涉及的主要是盾构机方面 姿态调整的一些施工经验,在具体的施工过程中,还需要根据具体的施工情况作 出相应的调整。 ·19·

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