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1、盾构技术,姿态 控制,分享人：顾剑刚,目录,直线掘进姿态控制,曲线掘进姿态控制,盾构姿态控制目标,盾构姿态控制目标,验收规范规定最大偏差目标： 水平：50mm 高程：50mm,姿态控制目标,纠偏原则：,姿态控制目标,（1）偏离量增加之前及早修正。 （2）勤纠、量小。 （3）遵循偏离量的管理值和允许值。 （4）确保管片质量和盾尾间隙。,管理基准： 最大允许偏差的60% 达到上限时必须纠偏 具体项目如下： 水平和高程均为30mm 盾尾间隙小于30mm时。 最大单次纠偏量 每环掘进（1.5米） 水平和高程变化量6mm,姿态控制目标,盾构直线掘进姿态控制,姿态控制基本原则 以隧道轴线为目标，根据自动测
2、量显示的轴线偏差和偏差趋势，把偏差控制在设计范围内，同时在掘进过程中进行盾构姿态调整确保不破坏管片。,盾构机方向控制 通过分组油缸的推进力和推进行程从而实现盾构的左转、右转、抬头、低头和直行。,盾构直线掘进姿态控制,盾构纠偏,千斤顶编组,区域油压控制,超挖刀的使用,绞接千斤顶的使用,盾构直线掘进姿态控制,盾构轴线控制过程中采用的4种纠偏方法,推进油缸编组是通过对推进油缸的选用，使推进油缸合力位置和外力合力位置组成一个有利于纠偏的力偶，从而调整盾构机高程位置和平面位置。 对推进油缸进行编组时须注意以下几点： 纠偏量数值不得超过操作规程的规定值； 应避免一次性大幅度纠偏，纠偏要做到“勤纠、 少纠”
3、 。,盾构直线掘进姿态控制, 不得停用作用于封顶块的推进油缸： 推进油缸只数应尽量多； 每块管片（除封顶块外）保证2个推进油缸受力 管片纵缝处骑缝推进油缸一定要用； 防止相邻管片纵缝两侧受力不同,盾构直线掘进姿态控制,推进油缸 编 组 示意图,盾构直线掘进姿态控制,方向控制要点： 控制基点：以盾尾位置为控制基点 调节量控制：一环掘进调节6mm较为合理，线性最佳。 趋势调节：趋势调节不能变化太大，不要急于纠偏，大趋势变化由大方位变化而来 铰接操作：铰接油缸位置总处于最大伸出与最小缩回行程之和。,盾构直线掘进姿态控制,盾构直线掘进姿态控制,盾构直线掘进姿态控制,盾构直线掘进姿态控制, 姿态控制技术
4、 1、盾构机滚动控制, 改变刀盘旋转方向 改变管片拼装左右交叉先后顺序。 调整两腰推进油缸轴线，使其与盾构机轴线不平行。 当旋转量较大时可在切口环和支撑环内单边加压重量。,盾构直线掘进姿态控制,2、盾构机上下倾斜和水平倾斜 倾斜量在2%以内。滚动角应控制在10mm/m,滚动角太大，影响管片拼装质量。可通过反转刀盘来减小刀盘的滚动角。 通过应用盾构推进油缸逐步纠正。如果盾构机右偏，可提高右侧推进油缸的推力；反之亦然。如果盾构机向下偏，则提高下部推进油缸的推力；反之亦然,盾构直线掘进姿态控制, 盾构机姿态控制一般细则 1、在一般情况下，盾构机的方向偏差应控制在20mm/m之内，在缓和曲线段及园曲线
5、段，盾构机的方向偏差量应控制在30mm/m以内, 曲线半径越小，控制难度越大。,当开挖面土质较均匀或软硬上下左右相差不大时，保持盾构机轴线与隧道设计轴线平行较容易。方向偏角应控制在5mm/m以内，特殊情况下不宜超过10mm/m；,盾构直线掘进姿态控制,2、当盾构机遇到上硬下软土层时，为防止盾构机机头下垂，要保持上仰姿态；反之保持下俯状态。掘进时要注意上下两段及左右两侧的推进油缸形程差不能相差太大，一般控制在20mm以内, 特殊情况下不能超过60mm。,盾构直线掘进姿态控制,3、当开挖面内的左、右地层软硬相差很大而且又处于曲线段时，可降低掘进速度，合理分配各区的推进油缸推进，必要时，可将水平偏角
6、放宽到10mm/m，以加大盾构机的调向力度。当以上操作无法将盾构机的姿态调整到合理位置时，应考虑实用仿形刀或超挖刀。,盾构直线掘进姿态控制,4、在盾构机姿态控制中，推进油缸的行程控制是重点。对于1.5米宽的管片，原则上推进油缸的行程在1850mm左右，行程差控制在050mm之间。,5、铰接油缸的伸出长度直接影响掘进时盾构机的姿态，故减小铰接油缸的长度差，尽量控制在30mm以内，将铰接油缸的行程控制在40-80mm之间为宜。,盾构直线掘进姿态控制, 盾构机的纠偏措施 盾构机在掘进时总会偏离设计轴线，按规定必须进行纠偏。纠偏必须有计划、有步骤地进行，切忌一出现偏差就猛纠猛调。盾构机的纠偏措施如下：
7、,盾构直线掘进姿态控制,1、盾构机在每环推进过程中，应尽量将盾构机姿态变化控制在6mm以内。 2、应根据各段地质情况对各项掘进参数进行调整 3、尽量选择合理的管片类型，避免人为因素对盾构机姿态造成过大的影响。严格管片拼装质量，避免因此而引起的对盾构机姿态的调整。 4、注意控制盾构机的滚动角值。,盾构直线掘进姿态控制,5、在纠偏过程中掘进速度要放慢。 6、当盾构机偏离理论较大时，纠偏和俯仰角的调整力度控制在5mm/m，不得猛纠猛调。 7、姿态偏离轴线调整推进油缸压力和行程逐步纠偏。 8、纠偏时要注意盾构机姿态，控制住设计轴线中心50mm以内，盾尾间隙要均匀平衡。,盾构直线掘进姿态控制,盾构姿态蛇
8、行变化，主要是通过调整盾构分区推力来实现的。盾构姿态调整，要在各种地质情况下推进参数基础上，加大局部推力或把另外两个或者三个方向的推力降低，来调整盾构姿态。,除了通过推力调整盾构机姿态外，还可以调整盾尾间隙，如盾尾上半部间隙小就适当加大盾尾上半部推力,推进油缸行程和盾尾间隙相应跟着变大。,盾构直线掘进姿态控制,当盾构姿态纠偏的方向与盾尾间隙纠偏方向相反，要权衡哪方面对质量影响较大，如果盾构姿态偏差变大不会造成“侵限”，可以考虑调整盾尾间隙，在调整间隙过程中，推进油缸行程差会相应变化，再结合转弯环管片调整行程差，否则隧道的偏移量跟不上盾构机的纠偏幅度，盾尾仍然会挤坏管片。,盾构直线掘进姿态控制,
9、 盾尾间隙影响主要因素,1.使用楔形环管片； 2.管片的方位角（或俯仰角）与盾构机的方位角（或俯仰角）不一致； 3.盾构机中心与管片中心不一致平行移动的影响。 第一道盾尾刷有一档环，直径6060mm,盾构直线掘进姿态控制,盾构直线掘进姿态控制,盾构曲线掘进姿态控制,难点分析, 掘进时隧道轴线控制难度大、纠偏困难。盾构机本身为直线形刚体，不能和曲线完全拟合。曲线半径越小，掘进时左、右两侧油缸形成的压力差越大，造成管片受力不均匀，轴线控制和纠偏难度增大 管片容易在水平力作用下发生较大的位移，造成管片侵限现象。,盾构曲线掘进姿态控制,隧道管片衬砌轴线因推进水平分力而向曲线外侧偏移，如图在小半径曲线隧
10、道中盾构机每掘进一环，由于管片端面与该处轴线产生夹角，在推进油缸的推力作用下产生一个水平分力，使管环脱出盾尾后，受到侧向分力的影响而向曲线外侧偏移。,盾构曲线掘进姿态控制,小曲率半径内侧,图中箭头为盾尾及千 斤顶对管片的作用力,小曲率半径外侧,盾构曲线掘进姿态控制,管片形成轴线与设计轴线模拟,盾构曲线掘进姿态控制, 管片之间易发生错台。管片易产生开裂和破损，严重者漏水。 管片存在一个水平方向的受力，不但会使整段隧道衬砌管片发生水平偏移（即前面所叙的侵限现象），还会导致管片之间发生相对位移，形成错台。由于管片的特殊受力状态，管片与管片之间存在着斜向应力，使得前方管片内侧角和后方管片外侧角形成两个
11、薄弱点如下图，使得相当多的管片因此破裂。还有一个破裂原因就是因为相邻两环管片产生了相对位移，使得管片螺栓对其附近的混凝土产生剪切作用，使该处的混凝土开裂。,盾构曲线掘进姿态控制,过小半径曲线段漏水现象严重的原因大致如下：管片错台导致止水胶条衔接不紧密；拼装效果不好和止水胶条的破坏；管环外侧的混凝土开裂（转弯段因盾尾间隙减小过多，使得管片被盾尾钢环刮坏）。,盾构曲线掘进姿态控制,解决措施 小半径转弯的姿态控制，主要从盾构设备（铰接装置）、管片选型和拼装等方面来解决，特别是同步注浆和二次双液注浆相结合，及时填充围岩空隙保证土体稳定，保证小半径圆曲线段成型管片不出现侧向移动。 纠偏与隧道轴线控制 合
12、理利用盾尾铰接油缸，缓解盾构曲线调整； 掌握好左右两侧油缸的推力差，尽量地减小整体推力，实现慢速急转；,盾构曲线掘进姿态控制,盾构司机根据地质情况和线路走向趋势，使盾构机提前进入相应的预备姿态，减少之后的因不良姿态引起的纠偏； 加密加勤自动测量系统测量，避免由此产生的轴线误差； 根据曲线的特点做好管片选型； 为防止盾构机抬头以及管片上浮及向圆曲线外侧移动，通过自动测量系统调整盾构机姿态为：垂直方向控制在-30-40mm之间，水平方向应控制在曲线内侧2040mm之间。,盾构曲线掘进姿态控制,根据管片监测情况，如管片上浮量较大，则垂直偏差可调整为-40-50mm之间。同时应加密自动测量移站频率，减
13、少移站后出现的轴向偏差。 控制管片水平移动和侵限 进入缓和曲线段时，将盾构机姿态往曲线内侧（靠圆心侧）偏移2040mm，形成反向预偏移，这样可以抵消之后管片的往曲线外侧（背圆心侧）的偏移。,盾构曲线掘进姿态控制,小半径曲线段盾构推进轴线预偏示意图,盾构曲线掘进姿态控制,减小油缸推力。 在砂质地层中要加强渣土改良，总推力尽可能控制在1000t以内比较合适，最大不超过1600t。 在管片偏移的方向额外进行注浆，达到一定的压力以抵抗管片的偏移。待浆液凝固后，则管片位置基本已经确定下来了。 注浆的位置选择2点和3点手孔为宜（左转弯），不但可以抵抗管片水平偏移，还可以抵抗管片的上浮，如后页图所示。,盾构
14、曲线掘进姿态控制,盾构曲线掘进姿态控制, 尽量避免大的错台和破损。 油缸推力不要太大，尤其曲线外侧（背圆心侧）油缸，由于要加大推力来增加左右两侧油缸推力差，从而实现盾构机转弯。但是，在加大油缸推力的同时，一定要注意管片的承受能力，避免由此造成的管片破裂。 由于曲线外侧油缸推力较大，注意不要突然加力或者突然释放推力，这样也会造成管片的破裂。,盾构曲线掘进姿态控制,掘进的时候，把复紧螺栓这道工序做到位，有效的防止错台的发生。 提高管片拼装手的水平，避免因拼装不到位产生的错台。 注意保持良好的盾尾间隙状态，避免盾尾钢环刮坏管片。调整好油缸撑靴的位置，尽量使撑靴完全作用在管片上。,盾构曲线掘进姿态控制
15、, 减少漏水。 减小错台，使止水胶条对接紧密，达到良好的止水效果。 拧紧螺栓，压紧止水胶条。 检查止水胶条，保证其完整、牢固。拼装前，用水清洗止水胶条，避免因止水胶条之间挤有杂物而影响止水效果。 注意保持好盾尾间隙，避免盾尾钢环刮坏管片，使裂隙绕过止水条而形成漏水。,盾构曲线掘进姿态控制,结束语 在曲线掘进时，管片易往曲线外侧偏移，因此，一般情况下让盾构机往曲线内侧偏移一定量。根据曲线半径不同，偏移量通常取1030mm。即盾构机进入缓和曲线和曲线前，应将盾构机水平位置调整至0mm,右转弯掘进逐步增加至+20mm，左转弯则调整至-20mm。加强同步注浆和二次注浆及螺栓复紧，以保证隧道成型后与设计曲线基本一致。,盾构曲线掘进姿态控制,感谢聆听,
