分析影响盾构姿态保持和调整的因素及姿态调整技术_secret

分析影响盾构姿态保持和调整的因素及姿态调整技术

成型隧道的质量是隧道的生命。对于表现快速、一次成型的盾构法隧道更为突出（速度快要我们反应快，有时效。一次成型要我们应对措施得当）。姿态的好坏不仅影响设计线路的成果是否实现，也会影响管片拼装质量，甚至可能引起渗漏水，直接影响隧道的整体防水效果、隧道的耐久性问题。因此盾构法隧道中盾构姿态的保持和维护是此法的重点，同样也是难点。如何实现姿态的可控，出现问题的调整将是工作的重点。

姿态保持和调整的标准是设计；姿态保持和调整通过盾构设备；姿态调整的重点在过程。而且自始至终，持续不断。关键在于对盾构机性能的熟悉和应用；对于设计意图的理解和实施；对隧道地层的认知；周围环境情况掌握；良好的盾构操作团队；合理的调整处理方案、保持姿态的建议措施等等。只有这样才能控制好盾构姿态，隧道成果。 1盾构机

盾构机的性能直接与姿态调整相关。主要表现在盾构设备的可操作性、盾构调向的灵敏度、盾构设备的配置水平（测量系统、注浆系统、管片拼装系统、超挖刀等）。

其实很多类型的盾构机在推进系统方面都大同小异。由或单或双的众多油缸推进，因调向需要，把众多油缸分区：上、下、左、右四块。调向基本操作，低头了下部分区油缸加大推力，上部油缸或不调、或降低，其他类推。表现不同的是在分区油缸里，期望应该是每一根都应该可以单独锁定或启用，分区越多越好。事实上油缸调设置要么整体按分区调整，要么不好锁定，增加了调向的难度；

盾构机的灵敏度主要表现在调向和转弯方面。早期盾构机为保证盾构调向的需要一般在5米左右长，但管片拼装等工作相当的困难。后来技术进步，增加铰接机构，既满足了盾构调向的需要，也保证管片了拼装。现在的盾构就可做8米长。但是由于铰接设置的技术不同，在调向表现上也不同。有的盾构铰接为被动式，即随着盾构的需要在走；有的则在盾构调向时，可以主动调节铰接油缸的行程，调整各分区油缸行程差；

测量系统：测量是姿态变化的眼睛。而不同盾构配置不同，有自动测量系统，有的没有；有的比较直观的将盾构所需要的数据全部汇集显示在仪表盘上，使用方便。有的为半自动化，部分需要人工采集分析；自动化程度高的操作简单，但问题处理比较困难；配置低的，人工量大，出问题的概率增加，也影响速度，对操作手的要求高。配置状况或因技术，或因采购方是否要求（成本）；

注浆系统的主要功能在于及时或同步的将盾构开挖形成的空隙充填，防止沉降。一般盾构有四组八个孔，平时启用四个，备用四个。但是注浆的过程可以很好的辅助调向，启用上部注浆孔管片有下移趋势，用下部注浆孔管片上移趋势等。浆注的坍落度也会影响调向；

管片拼装系统：如果系统满足环宽一米管片的要求，易调。如果仅为通缝拼装，则姿态控制标准要求高，一般错缝相对容易，若360度范围更好。管片拼装插入量少的，则盾构不灵敏，调向困难；

设置超挖刀是为了调向。但有仿形刀和纯超挖刀之分。仿形刀可以按需超挖，智能化。纯超挖刀的开启的量的控制不易实现，平均超挖；

盾尾间隙也是调向的关键。正常姿态，盾尾间隙均匀，一旦出现没有间隙或超间隙，调向困难，也可能损坏管片。调向时必须关注；盾尾间隙有约4cm以上，有在2cm。自然间隙大的容易调整；

还有很多间接影响或会引起盾构姿态变化的配置也应该熟悉。如土压平衡盾构的土压力的建立和保持是姿态保持的关键等。 2管片的设计

在设计方面主要关注建筑限界的要求、施工误差范围、纵坡设置情况、管片拼装形式防水设计和一些特别说明和要求。 2．1建筑限界和施工误差是我们控制调向的标准，根据标准制定调向的阀值、警戒值，超标量等。即在什么范围内不调，什么范围正常措施，超值处理等 2．2防水材料的设计要求。特别关注管片外张量、抗渗性。外张量大的，调向容易。 2．3管片的楔形量设计。即管片对于平、竖曲线推进时的适应设计。通缝的一般先靠楔形环来满足平、竖曲线；通缝的一般平曲线有楔形环，竖曲线则通过加衬垫提供楔形量实现调向，竖曲线半径都在5000米以上，完全可以满足要求；

2．4通缝拼装和半错缝、全错缝型。其中通缝拼装的要求最高，半错次之，全错缝最好。通缝中的管片选型非常重要，也就是严格的执行设计排版面，否则生产、使用都会存在问题。通缝中管片存在左右环，用于平曲线或调向。竖曲线则通过加垫片的方式实现。一般楔形环多生产设计量的1.1—1.2倍，最终根据现现场使用作一定量小幅调整。通缝模式现在只有上海使用，其他城市基本都是错缝方式。半错缝就是只有10点位和2点位。全错缝中封顶块可以在全周的需要位置。目前国内很少有用于底部的，偶尔调向出现，也要经相关方确认。因为拼装方式的不同，调整的量、速度也不同。相比较，通缝比较困难；

当然从受力分析上，通缝的刚度小于错缝（约20%），按新奥法的原理，支护与地层共同支承形成结构。发生灾害，管片结构有一定的柔韧性，抗灾性能好。

当然还有管片的环纵缝榫槽的设置情况。

3地层情况（包括地质和水文）的掌握反应在盾构施工的控制模式上。

3．1随时掌握盾构所处的地层情况有助于盾构姿态。砂性地层土压力会高；不均匀地层的推力调整，差异特别大的应急措施；整体承载力低的推进措施；混合地层的姿态控制；软土地层的注意事项等。都是要从地勘资料中认知。其实也是盾构选型的重要依据。对照地层查阅以往资料，该地层对于盾构法的表现。还有设计中有无特殊地层，特殊说明和要求等，这些都是影响盾构姿态保持因素；

4周围环境情况是我们盾构施工中应该也必须关注和重视的一部分。一则考虑保护地面及地下建构筑物，二经常存在调向和保护矛盾。盾构调向考虑的重要因素之一； 5盾构姿态的保持：

5．1正常情况下为盾构姿态可控，土压力稳定，铰接油缸、推进油缸行程保持基本一致（差值在20mm左右），盾尾间隙均匀，管片选型正确，出渣均匀可控（地层没有发生突变），地面监控量测无异常，掘进速度理想，各种消耗材料正常。

5．2土压力的设定按静止土压力公式，然后针对粘性土提高1.1—1.2，砂性土可提高到1.4倍。最终调整以监测结果为指导；盾构姿态在推进过程中最好保持抬头势（1—2‰）；平曲线正常计算出的油缸行程差保持，左转加大右则推力，右转加大左则推力，上坡加大底部油缸推力等等。（其实盾构很好开，几个按钮） 6影响姿态变化的因素

6．1盾构始发和到达。盾构的始发和到达是盾构姿态不易控制，或容易发生改变的一个点。

始发的成功与否盾构姿态是评判标准之一。很多盾构法施工的问题集中表现在始发和到达阶段。这两个阶段的盾构施工处于临界或不正常状况。如端头加固的质量、盾构始发的初始姿态的保持、始发过程中盾构姿态的变化都将很长时间影响盾构的姿态变化和发展，还有盾构始发阶段不易进行姿态调整等众多因素。所以要针对地层做好加固，建立稳固的盾构始发系统，最好是整机始发，做好洞门防水，土压力的建立适当。

6．2土压力的保持不稳。在推进过程中的保持土压力稳定，防止突变。出渣控制不好，多出或少出，引起盾构参数变化。

6．3地层差异明显。在盾构推进的同一断面中出现两种或以上不同性质的地层，肯定会引起姿态变化，特别是差异较大的更为突出。

6．4地层承载力过低。特别是高流塑性的软土地层、暗浜、古河道等容易 6．5地层泄露或损失被动引起盾构姿态的变化

6．6建构筑物的。不明建、构筑物会促使盾构姿态变化，穿越建筑物引起的突变产生变化。 6．7承压水的影响。对于承压水的认识不够，致使土压力与之不一致而引起的变化。 6．8管片姿态的反引姿态变化。盾构姿态的调整 6．9长时间的停机引起的变化。

6．10人为因素。受人的影响因素面很广，可能是随机的，也可能整体技术水平不高造成的变化。

7姿态调整技术

盾构姿态的调整考虑的四大依据设计标准、盾构当前姿态、管片趋势、环境变化。即终点是设计标准，起点是目前状态，过程由三者共同确定，既要向设计标准去，也要考虑管片是否与盾构一致，先让管片与盾构趋势基本一致，然后再向正确趋势和位置调整。地表变化为措施量度的眼睛。

调向的原则——渐变。先计算出将要调整的每环量值作为标准。

过程中应密切关注的几个参数：盾构姿态的总体趋势、切口与盾尾的变化、油缸行程、铰接油缸变化、盾尾间隙、管片趋势、设计和当前状态差值、地面变化等。用每个状态下盾构前后值变化直观判断盾构绝对标高的变化，测管片上下差值判断管片趋势，盾尾间隙保持临界是加楔量的标准。每楔可调量，以趋势为表示。（比如加垫6mm，管片趋势变化1‰），同时也可以计算楔形缺失的量，反推管片的需求计划，或采取的措施 根据不同情况分一般情况、可控状况、极端状况三种情况研讨对策。

仅对极端状况：一般情况下，盾构姿态的变化有一个轴心，这个轴心垂直盾构轴线，即绕轴心变化，轴心一般不发生大的变化，要么头低尾高，要么头高尾低。很少有轴心发生大变化的。事实上存在这样的地层和现象的。

有一案例表现为地层差异明显、下软上硬、下卧层承载力很低、土压力不好保持和建立、盾构整体下沉、速度变化快、切口迅速由正正常趋势发展为负趋势。盾构位置正处于一建筑物下（浅基础，覆土13米左右）。采取常规的油缸分区调整不足以达到目的。

先利用正常分区油缸功能调整，底部注浆，放缓推进速度、 提高土压力、开启超挖刀、加大同步注浆量、每循环盾构底部注浆，改良地层，提高承载力，地质钻探、加强后部管片的刚度、紧固螺栓、采用出洞方式，连接管片、加密监测频率、改变同步注浆孔位置。在众多措施中提高土地压力是主导地位。分析发生的原因主要是下卧层承载力低，不足以使盾构处理相对平衡状态，经分析建立一模型作为提高土压力作理论依据（图）

N1PN2FG

对于盾构施工过程中的管片上浮现象，表现特别严重情况可通过注浆孔注双液浆的措施实现。让管片短时间稳定，当然也可以通过加连接筋增强成型管片的刚度。 调整施工作业 认真的听取盾构司机的感觉。（和开车相类似）司机应该是最熟悉和了解设备的性能。