浅谈施工过程中土压平衡盾构机姿态控制技术的分析

作者：颜涛

来源：《名城绘》2020年第10期

摘要：文章主要是分析了影响到盾构机姿态控制的因素，在此基础上讲解了地铁盾构工程中的盾构姿态控制技术的重点，望能为有关人员提供到一定的参考和帮助。 关键词：地铁盾构区间;盾构机姿态;姿态控制 1、前言

盾构机是地铁盾构施工中重要的组成部分，在其中有着十分重要的作用，地铁施工的盾构机姿态控制是影响到地铁盾构施工工程的主要因素。为此为能进一步提升到盾构机的使用效率，文章详细探讨了盾构法过程中土压平衡盾构机姿态控制技术。 2、影响盾构机姿态控制的因素

在建立盾构法项目的基础上，为创造盾构隧道的良好先决条件，借助自动完成导向价值的软件系统功能和手动测量结果，可以充分掌握盾构掘进方向和掌握部分的错误，并进行更合理的总体调整，然后跟踪和监测盾构机的技术参数，例如切割位置不正确、盾构尾部偏差的总体趋势、翻转角度、水平差、上下间距角度等。 2.1地质因素

随着盾构机工程的不断全面施工，如果切割环一侧地质硬度高，另一侧硬度低且渗漏量大，在推到软弱地质时设置发动机推力不合理，盾构机就会下降或上浮，进入软弱地层中，盾构机就会出现栽头现象。如果这种现象得不到改善，盾构状态将明显偏离基本标准施工轴线。 2.2盾构机始发托架与反力架的精准定位

在盾构掘进过程中，设备在始发时放置在始发托架上。由于受始发托架设计高程、反力架可靠性和始发托架固定的影响，以及始发托架和反作用架本身的定位精度等因素的影响，相应的启动盾构施工掘进姿态不同。因此，在盾构启动初期，应更合理地调整盾构机的初始启动位置。与盾构隧道进口处的钢圈相比，两者应在隧道轴线中心的施工线和地面高程上长期保持基本一致。另外，始发托架应该足够稳定以防止变形。

2.3盾构机姿态控制中的管片姿态

在盾构掘进过程中，管片拼装通常在盾构尾部重要部位进行，管片拼装机用于衬砌管片的安装。在管片装配过程中，装配机还可以实现管片的平行度和直径、自由度定向和斜向运动以及旋转、滚动和俯仰运动使管片能够快速准确地定位和部分安装。施工单位在施工过程中，当管片部件装配偏离预定目标隧道出口线时，以实际情况为准。采用左、右转环管片，适当调整掘进油缸压力等措施，对偏离区段做出纠偏。如果不进行调整，将影响隧道的实际情况中心线，不能完全满足工程要求。因此，管片能否合理安装是影响盾构机连续运行的最关键因素。 3、盾构姿态控制技术要点

3.1不同地质中盾构姿态的安全技术控制

借助电磁场减压法的阀门，还可以很灵活地调节内外缸的压力。此外，油缸上还安装了各种超高精度、双技能的传感器，可以更准确地知道油缸的所有行程，调整盾构隧道内偏移方向的主位置，将盾构的姿态控制在合理范围内。在软弱地质掘进工作中，铰接千斤顶可同时向该地质方向推出，使盾构机可以向另一侧地层掘进。若采用盾构机超挖刀对硬土进行精细切割，则盾构机的切割环会出现小间隙。另外，在多个千斤顶的驱动下，向土质较硬的一侧倾斜，可以提高盾构隧道施工的平衡性，消除软、硬土不均匀的影响，防止偏斜。 3.2盾构过程中出土量的控制技术

应当严格控制超速掘进，并使其处于科学合理的范围之内。调查、测量工作须在穿越建筑物前进行。此外，更合理的是提前优化多个掘进的开挖参数。在盾构隧道施工中，连续推进过程中，控制在2cm/min内应该是稳定的。考虑到总体情况和质量要求，隧道速度应相对稳定，以确保不影响周围的环境。所以严格地控制开挖量也是盾构施工的重点，也是确保控制岩层总流损失率的最终途径。在试验中段开挖过程中，开挖土石方的体积、重量是检验各种开挖土石方理论计算方法的连续有效手段。开挖量的实际操作数据应根据实际数据现象进行验证和测量。在工程施工过程中，通过各种方式收集的综合数据应控制开挖量，并对综合数据进行升级、优化和调整。在盾构姿态调整的过程中，应合理控制。否则，会对土体产生明显的流动性因素，甚至导致土体地面沉降或隧道内管片变形超标。 3.3土仓压力控制技术

项目施工环境尤其复杂。盾构隧道穿越佛山市城区东平水道时，主要为以强风化泥质砂岩为主。据调查，隧道净距较小，埋深约7m，在盾构隧道施工过程中，当盾构即将到达目的地的河床底区时，应提前考虑管片超前量等因素，合理计算出该段河段各环管片的埋深情况，求得水土压力，盾构机械的最佳长度应更充分更科学合理地调整盾构的土压力。结果表明，该段土体的最大压力为235.97～304.4kPa，根据施工工程实践经验确定为210～260kpa。根据实

际开挖数据的综合分析，实际开挖量约为56m3 /环。与部分设计开挖量42.39m3/环相比，东平水道干河床开挖土体的疏松组织调整系数约为1.2。每个架子队都配备技术人员以各种方式测量渣土车斗的存储量，以获得每个环的实际数据挖掘量，在此基础上，为确保挖掘相关数据的准确性，非常灵活更改螺旋机的速度，然后全面优化开挖量。在调整过程中，有必要与操作间的技术人员进行积极沟通，并最终确认它已降低到其要求，即，驱动切割头的扭矩不超过2500kn·M，轴向轴承的整体温度低于40℃，总推力不超过20000kn。在此基础上，可以尽可能地控制挖掘量。

3.4盾构机推进速度、刀盘转速与扭矩的管控

在东平水道的盾构掘进的过程中，基本原理是恒速和慢速行驶。盾构机的整体推进加速度为25-40mm/min，盾构机应尽快通过东平水道。在盾构穿越的过程中，切刀头的速度应不大于1.8r/min，切刀头发动机的扭矩应不大于2500KN·M。 3.5盾构机掘进姿态控制

为了确保施工单位的质量水平，盾构机的正确姿势应在开挖前靠近主轴。在正式施工单位，应严格规范机器的自校数量。隧道出口处线路的偏差不应太快，环路之间的交错不应太大。要求每个环的最大偏差不应超过3mm。注意盾构机控制系统的点重新测试。当刀头的上部较软而下部较硬时，刀头的下半部较硬而侧面则较软。挖掘时，刀头的中下部难以挖掘，而上部易于挖掘。很容易导致刀盘整体向上移动并长时间堆积，使盾构机难以低头。在盾尾进入上软下硬层之前，应提前做出不同反应，始终保持向下姿态，正式进入上软下硬层。当盾构机的尖端趋于减少时，它又會增加，并作为一个整体增加。在这种极端情况下，仿形刀还可在下部快速打开和超挖，以避免盾构机抬高头部，科学合理地调整和控制盾构机尾部中心点位置，从而及时调整盾构机尾部的中心点位置控制调整段上下间隙时间，然后降低盾构机。在出现极端现象的情况下，还可以凿出上、后部形成保护层的砂浆，以微调盾构尾部的间隙，从而更好地调整中间盾构机的姿态。

3.6盾构姿态旋转控制的主要方法

以盾构机的使用寿命为参考。如果盾构机处于直线状态且异常，则必须选择全部千斤顶以尽可能少地提高后管环的应力均匀性，以确保拼接组合和所取零件的质量。盾构机的姿势可以通过以各种方式分离油压来调节。仅使用分开的机油压力保护盖来选择所有千斤顶是不可行的。因為有必要在开挖，掘进，挠度校正和弯曲部分的工作中选择所有千斤顶。在合理的盾构隧道数百斤数量的基础上，应适当调整百斤数量，以满足隧道建设的需要。在盾构机运行过程中，如果刀头正反转动且掘进不均匀，会影响盾构机的使用寿命，使盾构机继续向同一方向滚动，并处于持续状态。在长期影响下，无法保证管片组件的整体质量。在盾构掘进过程中，应严格调节刀头的正反转时间保持一致，以免刀头单向或双向旋转时间过长。正反转时刀盘引擎的输出应尽可能相同，以避免盾构体的整体出现旋转误差，并且还有助于提高管片在顺时针和

逆时针方向上的扭转均匀性。与管片拼装直径相比，实际掘进直径大约高于该值。当整体同步灌浆加固量不足或粘性液体的固化条件不好时，该段就很难与周围的土壤接触，从而完全改变了摩擦力，降低了阻力。在刀盘旋转的过程中，它不具备使主体停止的综合能力，并且盾构机会滚动，从而使管片发生扭曲。而且，由于隧道施工的影响，该路段本身有非常明显的扭转情况。

4、结束语

由上可知，地铁盾构掘进施工地质的情况和施工环境都十分复杂，盾构机掘进过程中的姿态控制是影响到盾构隧道施工质量的主要因素，为此有关人员在施工的过程中应当注意地质环境、设备性能等方面的因素，还要科学合理的调节盾构的姿态，才能有效确保到施工的安全稳定性。 参考文献：

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