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盾构隧道施工中盾构机的姿态控制

盾构隧道施工中盾构机的姿态控制包括机体滚转控制和前进方

向的控制,在掘进过程中,盾构机操作人员根据激光自动导向系统

在电脑屏幕上显示的数据,通过合理选择各分区千斤顶及刀盘转向

等来调整盾构机的姿态。盾构机姿态控制操作原则有两条:

(1)机体滚角值应适宜,盾构机滚角值太大,盾构机不能保持

正确的姿态,影响管片的拼装质量,此时,可以通过反转刀盘来减

少滚角值。

(2)盾构机的前进方向水平向右偏,则需要提高右侧千斤顶分

区的推力;反之,则需要提高左侧千斤顶分区的推力。如果盾构机机

头向下偏,则需要提高下部千斤顶分区的推力;反之亦然。

盾构机姿态控制的一般细则

一般情况下,盾构机的方向纠偏应控制在±20mm以内,在缓和

曲线及圆曲线段,盾构机的方向纠偏应控制在±30mm以内。尽量保

持盾构机轴线与隧道设计轴线平行,否则,可能会因为姿态不好而

造成盾尾间隙过小和管片错台裂缝。当开挖面土体较均匀时,盾构机

姿态控制比较容易,一般情况下方向偏角控制在±5mm?m以内。当开

挖面内的地层左、右软硬不均而且又是处在曲线段时,盾构机姿态控

制比较困难。此时,可降低掘进速度,合理调节各分区的千斤顶推力,

有必要时可考虑在硬岩区使用超挖刀(备有超挖刀的盾构机)进行超

挖。当盾构机遇到上软下硬土层时,为防止盾构机“抬头”,要保持

下俯姿态;反之,则要保持上仰姿态。掘进时要注意上下两端和左右

两侧的千斤顶行程差不能相差太大,一般控制在±20mm以内。在曲

线段掘进时,一般情况下根据曲线半径的不同让盾构机向曲线内侧

偏移一定量,偏移量一般取10～30mm。在盾构机姿态控制中,推进

油缸的行程控制是重点。对于1.5m宽的管片,原则上行程控制在

1700～1800mm之间,行程差控制在0～40mm内,行程过大,则盾

尾刷容易露出,管片脱离盾尾较多,变形较大;行程差过大,易使

盾体与管片之间的夹角增大,易造成管片的破损、错台。

不同地质环境中盾构机掘进姿态的控制技术

1.淤泥质土层中盾构机掘进姿态的控制盾构机在软弱土层中掘

进时,由于地层自稳性能极差,为控制盾构机水平和垂直偏差在允

许范围内,避免盾构机蛇形量过大造成对地层的过量扰动,宜将盾

构机掘进速度控制在30～40mm?min之间,刀盘转速控制在1.5r?m

in左右。在该段地层中掘进时,四组千斤顶推力应较为均衡,避免

掘进过程中千斤顶行程差过大,否则,可能会造成推力轴线与管片

中心轴线不在同一直线上。在掘进过程中应根据实际情况加注一定量

的添加剂,以保持出土顺畅,尽量保持盾构机的连续掘进,同时,要

严格控制同步注浆量,以保证管背间隙被有效填充。

2.砂层中盾构机掘进姿态的控制盾构机在全断面富水砂层中掘

进,由于含水砂层的自稳性极差,含水量大,极易出现盾构机“磕

头”现象,同时,在含水砂层中盾构机也易出现上浮现象。为避免盾

构机在含水砂层中掘进出现“磕头”现象,在推进过程中盾构机应保

持向上抬头的趋势,如果发现有“磕头”趋势,应立即调节上下部压

力,维持盾构机向上的趋势。为避免盾构机在含水砂层中掘进出现上

浮现象,在盾构机掘进时应减小刀盘转速,减小对周围砂层的扰动。

若隧道埋深小于2?3倍