盾构姿态控制与管片拼装技术1.doc

盾构姿态控制与管片拼装技术 盾构姿态控制与管片拼装相互影响，相互制约的两个过程。盾构姿态控制与管片拼装应以隧道设计轴线控制为目标，同时两者相互协调，保证管片拼装质量，避免管片产生破损。 盾构的姿态控制是盾构施工中的一个重要环节。盾构姿态控制的基本原则：以隧道设计轴线为目标，偏差控制在设计范围内，同时在掘进过程进行盾构姿态调整确保不破坏管片。 盾构推进过程中，依靠千斤顶不断向前推进，为便于轴线控制，将千斤顶设置分成不同区域。在切口水压正确设定的前提下，应严格控制各区域油压，同时控制千斤顶的行程，合理纠偏，做到勤纠，减小单次纠偏量，实现盾构沿设计轴线方向推进。 设计轴线控制范围：平面控制： 100mm，高程控制：-100mm。本工程采用通用楔形管片作为隧道衬砌。其不同的旋转位置，将产生不同的上、下、左、右超前量，通过不同位置管片的拼装，实现对隧道轴线的拟合。因此拼装前管片的选型至关重要。选择正确的管片旋转角度，能保证拼装工作的顺利进行提高拼装质量，保证构筑隧道符合设计轴线。另外，盾构推进施工中，成环管片作为盾构推进后座，对盾构推进起到一种导向作用。为此，在盾构推进尤其是曲线推进时，应通过严格的计算和量测来确定管片的超前量。同时应用盾构本身PPS系统综合系统，合理选取管片旋转位置，以达到管片相应的超前量，使管片环面始终垂直于设计轴线。 盾构姿态控制与管片拼装的基本原则 直线段施工 直线段施工最理想的状态是隧道设计中线与盾构轴线管片中线重合。但实际施工情况，三条线之间存在偏差。下面分几种基本情况进行讨论： （1）三条线基本重合：理论上，管片拼装时K块可以交替放在圆心对称的位置。但是，为了保证拼装精度，应避免K出现隧道下部。最好 K块交替放°与270°位置。K块在右侧，左右油缸行程差25mm，K块在左侧，左右油缸行程差－25mm。 （2）盾构轴线与隧道轴线重合 假设管片端面与隧道设计轴线的垂直面存在夹角θ，最不利的情况是两平面在水平面上的投影夹角为θ(顺时针为正)。此时管片一侧超前Dθ，为保持盾构姿态不变，油缸行程差为D0θ。通过下环管片拼装，纠正管片轴线，并尽量与盾构轴线一致。因此，应经常测量管片端面情况。 （3）管片轴线与隧道设计轴线重合(这种情况不好判断) 1）假设管片拼装后，盾构机轴线与隧道设计轴线存在夹角为θ，这时在盾尾间隙允许的情况下，一般应保证管片与设计轴线一致，同样通过调整油缸行程调整盾构姿态。 （4)管片中心与盾构中心的有偏差 由于盾构机的平行移动．管片与盾构机的关系如图1所示。 图1 盾构与管片轴线偏差示意图 假设管片与盾构不失圆，管片与盾尾的上下左右间隙值δt、δb、δr、δl可在现场测得，管片中心(Og)与盾构机盾构平行移动示意图中心(Od)的偏差 δv、δh，如图1所示。则可用以下公式计算： 因δmin0，故尽管盾尾前部与尾端存在间隙，但如δv2＋δh21600时，管片与盾构机的尾部就有可能相接触。实际情况管片拼装后为椭圆形，如图2所示。如果椭圆度为4%，管片水平方向直径至少增加22mm。相应一侧盾尾间隙减小11mm。此时最小盾尾间隙为：。 图2 管片失圆示意图 如果上述情况发生在管片拼装前，管片K块设在间隙大的一侧，使管片中心向盾构中心移动；如果上述情况发生在管片拼装后，如果盾构轴线与管片轴线位于隧道设计轴线一侧，盾构最好沿原来的方向掘进，然后通过下一环管片进行调整，或调整盾构轴线远离隧道设计轴线。如果盾构轴线与管片轴线位于隧道设计轴线两侧，调整盾构姿态，使盾构中心向管片中心移动。 （5)三条轴线不重合而且轴线水平移动 通常施工过程中，经常产生上述复杂情况，此时盾构姿态调整应综合考虑掘进方向，同时避免损坏管片，管片选型应考虑隧道设计轴线并与盾构姿态相适应。逐步调整盾构掘进方向。 图3盾构机位置预测方法 A．盾构姿态调整： （1）偏移量计算：管片拼装后，盾构推进2m，对应的角度变化为θ，则对应计划线性的偏移量的计算由图3所示，δ按下式计算： 式中：δ1——盾构沿设计方向前进引起的变位量； δ2——方向修正的变位量； δh0——刀盘初始偏差量； δt0——盾尾初始偏差量； δp——盾构旋转引起的偏差量； △L——盾构掘进长度； L——盾构长度； L1——管片拼装结束油缸撑靴之前的盾构长度； L2——管片拼装结束油缸撑靴之后的盾构长度； R——盾构选择角度； θ——计划盾构轴线变化角度（最大为（δh0－δt0）/L）。 （2）油缸行程差计算 盾构推进ΔLm，对应的角度变化为θ，油缸行程差计算如图4所示。计算公式如下： 由上式得： 式中： △S终——掘进ΔL时油缸行程差； S1终——掘进ΔL时油缸行程； S2终——掘进ΔL时油缸行程； D0——油缸间距； θ——计划转动角度； ΔS初——初始油缸行程(=S1初- S