盾构机的姿态控制及纠偏
盾构掘进姿态的影响因素及纠偏
盾构掘进姿态的影响因素及纠偏
Influence Factors and Rectification on Tunneling Attitude of the Shield Machine
山西交通职业技术学院 朱江涛/ZHU Jiangtao
摘 要 ：盾构姿态控制是盾构法施工的三大要素之一。在施工时，盾构机需穿越不同的地质层和承受不同的掘削 阻力，来确保管片的安装轴线与隧道的设计轴线一致。本文结合盾构法实际施工的特点，分析盾构姿态的影响因素， 确定纠偏方法，以供相关人员进行参考。
关键词 ：盾构机 盾构姿态 盾构法纠偏
盾构机掘进姿态控制是以开挖面的设计轴线为标 1.1 地质条件和操作因素
准，根 据自动测量系统 显 示的轴线偏差和偏差 趋势，
在 施 工中， 盾 构 机 穿 越 复 杂 的 地 质 层和 掘 削 各种
结合管片安装情况，在掘进过程中修正盾构机的掘进 障碍物，其掘进时的四周阻力各不相同。为此，推进盾
盾构方位
设计轴线 纠偏曲线
P=n+1 式中 ：P — 油缸压力调整数值，单位为 bar ；
n — 需要调整的次数。
A
（2）
图1 盾构机姿态趋势示意图
D
B
（1）盾构机趋势的分析 盾 构 掘 进 主要 靠 的是顶推油缸 对 管片的顶推 力来
液压缸
实现，油缸的推力是合力。
F 合 =F － (F1+F2+F3+F4) 式中 ：F — 油缸推力 ；
控制好盾构趋势才能有效控制掘进轴线，才能按设计 每加一点其本区的油缸压力要增加 1ba r 以上，其它区
轴线进行隧道掘进。结合某地铁项目案例，根据盾构 油压会大致相应的减少 1ba r 以上，如此在姿态控制时
盾构姿态控制
土压平衡盾构机困难状况下的操纵及纠偏董宇摘要：为了能使操纵手更熟练的操纵盾构机，本文根据自身工作实践对盾构困难状况下操纵及纠偏的理解与广大技术工作者探讨。
关键字：轴线；纠偏；趋势1 前言盾构机是一种很笨重的机具，操纵及纠偏是受很多技术参数制约的，怎样合理地把这些参数科学的统一起来，是影响盾构机操纵及纠偏的关键，下面就这些参数的调节及注意事项通过具体情况进行阐述。
2 盾构操纵及各影响参数推力对掘进的影响⑴如果推进过程中出现一侧推力比另一侧推力大，但推进油缸的行程显示却是推力小的一侧变化快，这种现象多出现在小半径施工，增加推力，使得压差变大，以满足转弯的需要，用降低掘进速度的办法来保证掘进的连续性，同时也避免刀盘被卡死。
⑵管片拼装的好坏会影响推进油缸的有效推力，所以要充分挖掘盾构机的有效推力，要避免不必要的推力损失，这也解释了为什么有时加大推力而速度依然无法获得提升。
铰接对掘进的影响在纠偏过程中一侧的铰接拉得太长是件很头痛的事情，收铰接会加大不利的趋势，严重时这环的纠偏可能前功尽弃，一定要做到收铰接时间不可太长，压力不要太高，尽量把趋势从正值纠到负值（或负值到正值），并使之过2个趋势点再收铰接，这样就会把姿态调到了有利的一侧，这时收铰接才会对姿态纠偏起到事半功倍的效果。
速度对掘进的影响⑴如果掌子面裂隙水丰富，或是在通过含水丰富地层时，要全速前进，在出土量有保证的前提下，尽可能提高掘进速度，这样做的好处是快速通过含水层，避免过多的水涌出。
⑵在掘进过程中脱顶现象是时有发生的事情，可通过增大速度的方法把脱顶的油缸伸出来，以达到所有推进油缸都顶在管片上，一次不行，可多次重复此方法，一定会见效的。
这种情况多出现速度不是很快，扭距忽大忽小的硬岩状况中。
速度不宜过快也不宜过慢，更不要走走停停，可以在扭距大的情况下减小速度达到减小扭距的办法，不要停机等扭距降下来在掘进。
刀盘转速及扭距对掘进的影响刀盘的转速要满足的条件便是与掌子面的充分切削，基本操作原则是黏土层用低转速，硬岩用高转速，同时注意推力的调整，以提高或降低刀盘对土体的惯入度。
盾构机姿态控制总结
盾构机姿态控制总结始发前的盾构姿态主要是靠盾体始发托架和反力架的的安装精度来控制的，同时反力架的安装精度还直接影响到环片的拼装姿态，因此对于盾体始发托架及反力架的控制尤为重要。
在进行完始发定向联系测量后,根据底板平面及高程控制点对始发托架进行定位。
在盾体组装完成前，开始进行反力架的定位。
始发托架及反力架的安装过程全过程进行监控，保证始发托架和反力架的左右偏差控制在±10mm之内，高程偏差控制在±5mm之内，反力架的与隧道设计轴线法平面偏差＜2‰。
盾构机已经从始发井到天府广场，前一段盾构机的姿态控制的很好。
但是在68环后盾构机的姿态就不是很理想了。
在成都这种砂卵石地层，不同于粘土和岩石地层，在砂卵石地层，掘进过程中盾构机的盾体与砂卵石是紧密接触的，这使盾构机在偏移隧道中心线的时候很难快速的纠正过来，这就要求盾构机司机在掘进过成中，一定要掌握好掘进的路线，出现小的偏移要及时进行纠偏。
盾构导向系统是隧道质量保证的重要因素之一，在掘进过程中对导向系统的监控及维护尤为重要。
对VMT导向系统运行的可靠性进行定期检查，即盾构姿态的人工检测。
盾构姿态人工检测工作一周进行一次，同时利用环片检测的方法每天对导向系统运行的可靠性进行检测。
在前200m掘进过程中，VMT导向系统运行正常。
VMT工程师每次的移站都要快速准确完成，隧道中心线要经过多次测量并达到准确。
在68环的时候由于VMT出现事故盾构机出现忙掘的情况，使盾构机的方向与隧道中心先有了较大的偏差，在这种情况下，应当选择好纠偏曲线慢慢的使盾构机的姿态慢慢的纠正过来，我们却选择了强行快速纠偏，使得管片出现了大错台的情况，在一个就是由于管片的选型不是很完美，使得盾构机的姿态越来越差。
除了定期对盾构姿态进行人工检测，同时还对TCA激光站及定向棱镜的稳定性进行检查。
在始发前，导向系统的激光站及定向棱镜安装在始发井内，不会轻易发生碰动。
在盾构掘进了30环后，进行了第一次激光站的移站，激光站固定在环片顶部，定向棱镜仍旧安装在始发井内，由于环片不稳定使得TCA激光站不稳定。
浅谈盾构机姿态的控制方法
浅谈盾构机姿态的控制方法
一、简介
盾构机为沉管全封闭式施工机械，具有自动化程度高、施工质量可控、施工速度快和管片拼装精度高等优势，深受广大施工企业的青睐，用于水
利工程、市政工程、油气工程等城市基础设施的管线施工，不仅可以大大
减少施工难度，节省施工时间，还可以提高施工质量和提升施工效率。
但是，控制盾构机姿态是盾构钻机施工中的关键，盾构机控制姿态不准确，
既会影响施工质量，又会严重延误施工进度，甚至出现施工安全事故，因此，控制盾构机姿态是施工质量的重要保障。
1、建立坐标系：首先，应建立一个轨道工程坐标系，可以通过在地
形上标准点测量来建立。
2、采用传感器测量方法：在盾头前设置激光传感器，可以利用它来
测量盾头的垂直位置，并定时发送信号，通过接收系统转换后可以获得盾
头的三维坐标信息，从而可以准确控制盾头的姿态。
3、采用水平仪测量法：在盾头前方设置水平仪，可以实时水平测量，通过控制盾头的角度，从而准确控制盾头的姿态。
4、采用视觉控制方法：同样，可以在盾头前方设置一台摄像头，通
过视觉控制，可以准确控制盾头的姿态。
盾构机姿态控制与纠偏
土压平衡盾构机姿态控制与纠偏目录一、姿态控制 (3)1 、姿态控制基本原则 (3)2、盾构方向控制 (3)3、影响盾构机姿态及隧道轴线的主要因素 (6)二、姿态控制技术 (10)1 、滚动控制 (10)2 、盾构上下倾斜与水平倾斜 (11)三、具体情况下的姿态控制 (12)1 、直线段的姿态控制 (12)2 、圆曲线段的姿态控制 (13)3 、竖曲线上的姿态控制 (14)4 、均一地质情况下的姿态控制 (15)5 、上下软硬不均的地质且存在园曲线段的线路 (15)6 、左右软硬不均且存在园曲线段的线路 (15)7 、始发段掘进调向 (16)8 、掘进100m 至贯通前50m 的调向 (17)9 、贯通前50米的调向 (17)10 、盾构机的纠偏 (17)11 、纠偏的方法 (18)四、异常情况下的纠偏 (20)1 、绞接力增大，行程增大 (20)2、油缸行程差过大 (20)3、特殊质中推力增加仍无法调向 (21)4 、蛇形纠偏 (22)5 、管片上浮与旋转对方向的影响 (22)五、大方位偏移情况下的纠偏 (23)一、姿态控制1 、姿态控制基本原则盾构机的姿态控制简言之就是，通过调整推进油缸的几个分组区的推进油压的差值，并结合绞接油缸的调整，使盾构机形成向着轴线方向的趋势，使盾构机三个关键节，是（切口、绞接、盾尾）尽量保持在轴线附近。
以隧道轴线为目标，根据自动测量系统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，确保管片不破损及错台量较小。
通常的说就是保头护尾。
测量系统主要的几个参数：盾首（刀盘切口）偏差：刀盘中心与设计轴线间的垂足距离。
盾尾偏差：盾尾中心与设计轴线间的垂足距离。
趋势：指按照当前盾构偏差掘进，每掘进1m产生的偏差，单位mm/m 。
滚动角：指盾构绕其轴线发生的转动角度。
仰俯角：盾构轴线与水平面间的夫角。
2、盾构方向控制通过调节分组油缸的推进力与油缸行程从而实现盾构的水平调向和垂直调向。
浅谈盾构姿态偏差与控制
文章编号:1004—5716(2006)01—0162—03中图分类号:U455143 文献标识码:B浅谈盾构姿态偏差与控制郑向红(北京交通大学,北京100007)摘要:介绍北京地铁盾构施工中盾构姿态控制的基本方法。
关键词:土压平衡盾构;盾构姿态控制 盾构法施工技术已经应用于北京市地铁五号线工程中,盾构法施工在北京的地质条件下已经积累了丰富的经验,尤其在和平里北街站—雍和宫、雍和宫—北新桥站区间工程中,成功穿越地坛公园、雍和宫、东四北大街等重点文物保护单位和重要交通干线,目前已完成3000多米盾构掘进。
结合本工程施工的经验,着重介绍盾构法施工时盾构姿态偏差问题及处理办法。
1 工程概况地铁五号线贯穿北京市南北方向,南起丰台区的宋家庄站,北至昌平区的太平庄北站,全长22.6k m。
其中采用盾构法施工的区间隧道约5.8k m。
工程于2002年底开工建设,计划于2007年3月通车试运营。
盾构法是地铁隧道施工中一种先进的工法。
与传统工法相比,它能够避免对城市地面、路面的占用,避免沿线的降水施工,确保城市的生态环境。
施工机械化、自动化、信息化程度高,作业区域内的环境干净、卫生、安全,施工速度快,施工中对附近居民及企事业单位的正常工作及生活的影响也较小。
为适应北京地区的地质条件、环境要求和技术要求,地铁五号线工程全部采用目前世界上技术先进的加泥式土压平衡盾构机。
其工作原理是向密封仓内加入塑流化改性材料,与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌,形成具有一定塑流性和透水性的塑流体。
同时通过伺服控制盾构机推进千斤顶速度与螺旋输送机向外排土速度相匹配,经仓内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力,实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。
2 主要质量问题分析与处理盾构法施工除管片等半成品可能存在质量问题外,在施工过程中,盾构机的操作不当是引起盾构工程质量问题的重要原因,主要集中反映在盾构姿态偏差和管片拼装质量问题。
本文拟就盾构姿态控制问题谈几点体会。
浅谈盾构机姿态的控制方法
摘
要
南水北调中线穿黄一期工程以德国 VMT 公司的盾构机为例，介绍盾构机的组成、工作原理和 激光导向系统的组成，探讨盾构隧道施工中盾构机姿态控制的原理。分析盾构施工过程中不同 地质条件下姿态控制技术，并提出一些盾构机的纠编措施。
关键词：
盾构施工; 盾构机; 姿态控制
目 录 第1章 绪 论 1 1.1 前言 1 第2章 盾构机姿态控制的组成与功能 2 2.1 推进系统 2 2.2 导向系统 3 2.3 数据采集系统 4 第3章 定位的基本原理 4 第 4 章 盾构掘进方向的控制与调整 5 4.1 穿黄隧洞 II-A 标盾构施工地质条件 5 4.2 盾构姿态偏差 6 4.3 盾构机的纠偏措施 7 4.4 不同地质环境中盾构机掘进姿态的控制方法 第 5 章 盾构机姿态位置的测量及检测 8 5.1 盾构机始发定位测量 8 5.2 盾构推进中姿态测量和计算 9 5.4 环片成环现状测量 10 5.5 隧洞沉降测量 11 5.6 盾构机推进中导向控制点的复测 11 5.7 贯通测量 12 5.8 贯通测量误差估算 13 结 论 14 致 谢 15
西南交通大学成人专科毕业设计（论文）
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构表面与隧洞间的摩擦阻力不均匀，开挖掌子面上的土压力以及切口环切削欠挖地层引起的阻力 不均匀，也会引起一定的偏差。开挖掌子面岩层分界面起伏较大，掌子面土层软硬不均，也易引 起方向偏差。即使在开挖掌子面土体的力学性质十分均匀的情况下，受刀盘自重的影响，盾构也 有低头的趋势。因此，在掘进过程中，应对竖直方向的误差进行监测和控制。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。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，造成管片破损。当开挖土体较均匀时，盾构机姿态控制较容易，一般情况下方向 角控制在±5mm/m 以内。当开挖面内地层左、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中，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不 能相差太大，一般控制在±20mm 以内，千斤顶行程差可以通过每环管片的楔形量调整。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 1.6m 宽的管片，原则上行程控 制在 2300～2500mm 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。 4.3 盾构机的纠偏措施 盾构机在掘进过程中总会偏离设计轴线，进行纠偏时必须有计划有步骤地进行。纠偏措施如下： 1） 在掘进过程中随时注意滚角的变化，及时根据盾构机的滚角值调整刀盘的转动方向。 2） 应根据各段地质情况对各项掘进参数进行调整。 3） 在纠偏过程中，掘进速度要放慢，并且要注意避免纠偏时由于单侧千斤顶受力过大对管片造 成的破损。 4） 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。 5） 在纠偏时，要密切注意盾构机的姿态、管片的选型及盾尾的间隙等，盾尾与管片四周的间隙 要均匀。 6） 当盾构机偏离设计轴线较大时， 不得猛纠猛调， 避免往相反方向纠偏过大或盾尾与管片摩擦， 使管片破裂。 4.4 不同地质环境中盾构机掘进姿态的控制方法 1） 淤泥层中盾构机掘进姿态的控制 盾构机在淤泥层中掘进时， 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拢动， 宜将盾构机掘进速度控制在 30～40mm/min 之间， 刀盘转速控制在 1.5rpm/min 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 过程中千斤顶行程过大，否则可能会造成推力轴线与管片中心线不在同一直线上。在掘进过程中 应保持泥水系统进浆质量，保证其比重和粘度，使得顺利出渣，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充填。 2） 全断面土层中盾构机掘进姿态的控制 全断面土层属于均一地层，盾构机在该类地层中掘进其轴线姿态能较好地控制，在掘进时保持各 分区千斤顶均匀，总推力和掘进速度均匀，即可保持盾构较好的姿态。 3） 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
盾构技术姿态控制要点
盾构技术姿态控制要点
随着社会的发展，城市的逐步建设，力学模拟技术越来越受到社会的重视，尤其是城市桥梁建设，为保证施工质量，提高建筑物的使用寿命，模拟、校核均有重要的作用。
其中，盾构技术已经成为城市桥梁建设中不可缺少的重要技术。
盾构施工技术在保证施工质量的前提下，有效降低施工成本，缩短施工工期，同时也可以有效保护环境，满足当今技术的发展需求。
盾构施工过程中，姿态控制技术是一项比较重要的技术，它能够确保盾构施工的安全性和质量。
需要特别注意的是，在盾构施工过程中，盾构机的姿态是极其重要的，如果盾构机的姿态不合理，往往会影响到施工质量，甚至会对作业安全形成严重的逆反作用。
因此，在盾构施工过程中，如何正确控制盾构机的姿态，就显得尤为重要。
首先，要正确安装盾构机，确保其安全可靠，同时要根据设计施工画图，确定好每个施工阶段的目标姿态，以确保施工质量。
其次，要加强对盾构机姿态的实时监测，及时发现和纠正姿态异常。
最后，要通过不断的研究，提高盾构机姿态控制技术，使其在施工过程中能够更好地发挥作用。
总之，盾构技术施工过程中，姿态控制技术是非常重要的。
盾构掘进姿态调整与纠偏
1.1.1.1盾构掘进姿态调整与纠偏
在实际施工中，由于管片选型拼装不当、盾构机司机操作失误等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值；在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进过程中，有可能产生较大的偏差，这时就要及时调整盾构机姿态、纠正偏差。
（1）参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内。
（2）当滚动超限时，及时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。
在急弯和变坡段，必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖和在轴线允许偏差范围内提前进入曲线段掘进来纠偏。
浅谈盾构轴线偏差原因及其纠偏措施
浅谈盾构轴线偏差原因及其纠偏措施摘要：盾构法施工轴线控制是盾构法施工重点环节，通过对影响盾构轴线偏差的因素研究与控制进而达到娴熟掌握盾构法施工隧道轴线控制技巧，为以后的盾构法施工提供强有力的技术保证。
关键词：盾构；轴线控制引言盾构法施工轴线控制是盾构法隧道施工的重要环节。
文章对产生盾构轴线偏差的因素进行了分析，并有针对性地提出了防范和监控措施，以确保盾构掘进轴线及成型隧道轴线满足设计及规范要求。
一、产生盾构偏差的原因（一）始发基座的安装与线形始发架及反力架安装不稳及安装位置不符合设计要求，将直接导致盾构机在初始推进时发生位置偏移，甚至始发后轴线控制失控，盾构走形严重偏离隧道设计轴线。
（二）管片拼装盾构机在掘进过程中，随着盾构姿态沿轴线的不断调整，盾构千斤顶产生一定的行程差，通过合理的使用转弯环管片来调整盾构千斤顶的行程差，使管片与盾构机盾尾之间保证必要的盾尾间隙量。
此外，管片拼装的真圆度也影响盾尾间隙量。
（三）同步注浆对轴线控制的影响同步注浆可以及时填充盾尾前移后土体与管片之间产生的间隙，防止土层变形和坍塌，而且注浆量的多少及注浆压力的大小和分布都对轴线控制产生一定的影响。
（四）施工参数设定（1）盾构在不同区间线型中向前推进，盾构环环都在纠偏，区域千斤顶的推力及行程差直接影响盾构姿态。
（2）控制土压的设定值：一般在纠偏时，土压力的设定值比较大，使得千斤顶推力增大，千斤顶各区域调节时容易产生较大的压力差，利于增大土体对机头的反作用力将机头托起或横移。
（3）注浆压力及注浆量。
（五）土质因素在推进施工范围内，尤其开挖面土层变化处，由于不同土质的软硬程度及其承载能力有较大差异，会使盾构机产生不均匀位移，对盾构姿态造成一定的不良影响。
（六）地下水含量变化地下水含量丰富时，造成土体松软，盾构往往偏向松软土体或地下水丰富的河道的一边。
（七）施工连续性施工中途停止、施工流程不连贯以及推进速度不均匀，例如一旦遇到比较松软的土质，会造成盾构机下沉，因而影响盾构掘进姿态。
浅析盾构机姿态控制
算 模式 的监 测方 法虽 然难 度较 大 ，但精 度较 好 。
这 一监测 方 法将作 为 今后致 力研 究 的方 向。
２７
浅析盾构机 姿态控制
梁 涛
要 求都 比较高 。 比较适 合于对 盾构 工程 比较熟 悉 的操 作人 员 ，对 于 比较 全面 系统地 掌握盾 构机掘 进 过程 的操 作理念 有很 高的要求 。
１ 盾构机型式及 参数
（ ）盾 构 机概述 １
的操 作 主要 为 “ 计算 机 监 控 ，手 动 操 作 ” ，即通 过 盾 构 机 上 的 Ｐ Ｃ及 计 算 机 系 统进 行 盾 构 机 掘 Ｌ
天 津地 铁工 程 中所使 用 的盾 构机 为土 压平 衡 式盾构 机 ，根据 天津 市 区地 层土 质情 况进 行 设计 生产 ，适用 于含 有 大量粘 土 、粉 砂或 低含 水量 粉
值。
的，它们 使得 维 护桥 梁 的安全 也成 为 了非常 复 杂 的工作 。影 响桥 梁 的环 境 因素 主要 包括 ：（ ）高 １
速 的潮 汐 以及 风 力 ；（ ）行驶 船只 可 能的撞 击 ； ２ （ ） 由于 空 气 的湿 度 和 含 盐 度 引起 的桥 梁腐 蚀 ３ 破坏 ；（ ）靠 近地 震 区边 缘 ；（ ）高密 度 的交通 ４ ５
数 据 自动传 输 、 自动 解算 处理 、准 实 时测 量结 果 和 测量 结果 图形 演示 。利 用控 制 中心 实 时统一解
度变 化等 因素 引起 的徐 缓 的位移 以及 大风 影 响下 的大 位移 无 能为 力 ；激 光干 涉仪 、全 站 仪和 精密 水准 仪受 气候 的影 响较 为严 重而 且采 样 率也 很难
及 相关 技术 等 。 ２２ 影 响桥 梁 的环 境 因 素及 ＧＰ ． Ｓ检 测 系统 的 重
浅谈盾构机掘进过程中的姿态控制
浅谈盾构机掘进过程中的姿态控制摘要：随着地铁项目的大力发展，越来越多的盾构机投入到隧道工程施工中，在各项目施工过程中经常出现盾构机偏离设计线路等问题，影响施工质量和进度，本文就影响盾构机姿态的因素、盾构机穿越不同地层的姿态控制和发生偏离后的纠偏措施等几个方面进行论述，使盾构机应用技术更加成熟的在不同环境中发挥作用，为社会创造更大的价值。
关键词：盾构机；姿态控制；纠偏中国北京自从在1969年10月1日开通了首条地铁以来，正在以令人咋舌的发展速度一步一步的迈入世界领先水平，从一无所有到走向海外，中国地铁不但促进了中国城市的发展，更赢得了全世界对中国制造的尊重，在这一历史进程中盾构机的应用和发展无疑起到了至关重要的决定性作用，社会在发展，盾构机的种类也日渐繁多，因此对盾构机的应用技术便有了更高的要求。
1 盾构姿态的影响因素笔者根据目前所在武汉蔡甸线地铁工程的实践经验，经过总结后得出影响盾构水平偏差及垂直偏差的因素有多个方面，主要有：① 现场地质方面；② 工程设计方面；③ 始发基座偏差；④ 操作手的操作水平和操作经验；⑤ 管片姿态；⑥ 注浆压力；⑦ 旋转角。
2盾构机姿态控制2.1盾构曲线段出洞的姿态控制⑴以洞门中心作为起始点，以加固区外边缘与隧道轴线间的交点作为终点，并且通过计算保证盾构及管片报表不会超标的前提下，采取以直线推进来代替盾构出洞段曲线推进。
⑵采用超挖刀调整盾构推进的趋势在推进时，可以通过超挖盾构小曲率半径内侧加固土体来达到盾构纠偏的目的。
超挖量的多少根据实际的纠偏效果，伸长或缩短超挖刀的伸出长度，并根据超挖刀的伸出长度调整刀盘转速。
2.2 盾构正常段姿态的控制正常推进段推进轴线控制主要有平面直线段推进轴线控制、平面曲线段推进轴线控制、纵坡推进轴线控制等，平面直线段推进姿态的控制，控制比较简单，只要考虑千斤顶行程差与盾构姿态的关系，平面曲线段推进姿态主要控制盾尾与管片间的间隙、左右油压差值及左右千斤顶长度差值。
(完整word版)盾构机的方向控制
盾构轴线控制轴线控制，即及时纠正盾构机推进中产生的轴线偏离，使推进轴线时时刻刻与计划路线保持一致。
近年来各种自动测量系统和盾构千斤顶操作无人化的轴线控制系统大量问世。
自动化、省力化已是当前的社会需求。
将来这些新的系统必然得以有效的广泛地应用。
不过这里需要说明的是，即使利用计算机自动化系统测量的场合下，管理者也必须很好地理解测量、轴线控制原理，以便对测量结果进行核校及对轴线修正的判断。
1 修正偏离的原则盾构轴线控制的基本原则如下：①偏离量增大之前及早修正；②在场地条件受限不能修正，只能按现时轴线掘进的场合下，通常可提前10～20m控制偏离量。
③遵循偏离量的管理值和允许值，确立偏离修正方针。
图1示出的是盾构轴线控制、偏离修正图。
为了把施工时的实际偏离量控制在规定的允许偏离量以内，首先应确定偏离量的管理值(允许值的50％～80％为目标)，并在该目标范围内修正偏离进行推进管理。
必须确立连续修正偏离的意识，但是，如果不明确修正到什么时候，什么程度的方针，则会像图1示出的那样出现反复偏离。
图20.4.1 盾构偏移修正图如果在已经发生偏离的场合下修正盾构轴线，则因超挖和盾构外周面摩擦的增大周围地层将发生扰动，致使沉降。
从防止沉降的观点出发，希望减小偏离量。
在轴线控制时，必须先掌握盾构现在在推进轴线上的偏离量，其次按可以把偏离量拉回到管理值以内的原则设定轴线修正量，即使超过管理值也可以考虑先修正几米的原则进行轴线控制。
2 盾构轴线控制2．1 决定轴线修正量在决定盾构轴线修正量时，应进行盾构位置、轴线变化的模拟，必须明确偏离修正的方针。
设盾构推进微小距离△L 时，对应的轴线变化角为θ，则对应计划线形的偏离量的变化为δ，由图2可知，δ可按下式计算：δ=δ1+δ2 (1)δ1=(δh0一δt0)·△L／L (2)δ2=δp+L1·sinθ(3)δp=R·(1一cosθ)(4)=ΔL·(1一cosθ)／{2·sin(θ／2)}式中：δ1——偏离计划轴线差的变位量；δ2——轴线修正的变位量；δh0——掘削面现时偏离量；δt0——盾尾现时的偏离量；δp——盾构旋转位置的变位量。
盾构隧道施工中盾构机姿态控制
环球市场/施工技术盾构隧道施工中盾构机姿态控制王 鹏中铁隧道股份有限公司摘要：我国科学技术的迅猛发展，让交通地铁建设也进入了高速发展的过程中，地铁施工技术的安全性是公众关注度的重点话题。
在近期，因为地铁施工项目增多，很多大盾构隧道施工中会出现各类施工问题，如果不能及时的处理，就会给施工带来诸多的问题，增加了施工的复杂性。
而这些问题的出现很大部分是由于盾构隧道施工中盾构机姿态的控制问题所造成的，对此，本文笔者将着重分析探讨盾构隧道施工中对盾构机姿态的有效控制。
关键词：隧道；盾构机；姿态1 盾构隧道施工中盾构机自动导向盾构机自动导向系统的姿态定位主要是依据地下控制导线点来精确确定盾构机掘进的方向和位置。
首先在控制点上安置好全站仪，输人测站坐标和后视点坐标，瞄准后视点进行定向，再利用全站仪自动测出ELS棱镜的坐标(即X，Y，Z)。
激光束射向ELS就可以测定激光相对于ELS平面的偏角，在ELS人射点之间测得的折射角及入射角用于测定盾构机相对于隧道设计轴线(DTA)的偏角。
坡度和旋转直接用安装在ELS内的倾斜仪测量。
通过全站仪测出的与ELS之间的距离可以提供沿着DTA掘进的盾构机的里程长度。
所有测得的数据由通信电缆传输至计算机，通过软件组合起来用于计算盾构机轴线上前后两个参考点的精确的空间位置，并与隧道设计轴线(DTA)比较，得出的偏差值显示在屏幕上，这就是盾构机的姿态。
在推进时只要控制好姿态，盾构机就能精确地沿着隧道设计轴线掘进，保证隧道顺利准确地贯通。
现在的盾构机都装备有先进的自动导向系统，本区间盾构机上的自动导向系统为德国VMT公司的SLS-T系统，主要由以下四部分组成：1)具有自动照准目标的全站仪。
2)ELS(电子激光系统)，亦称为激光靶板。
这是一台智能型传感器，接收全站仪发出的激光束，测定水平方向和垂直方向的人射点。
3)计算机及隧道掘进软件。
SLS-T软件是自动导向系统的核心，它从全站仪和ELS等通信设备接收数据，盾构机的位置在该软件中计算，并以数字和图形的形式显示在计算机的屏幕上。
盾构机的姿态控制及纠偏
❖ 6、铰接油缸的伸出长度直接影响掘进时盾构 机的姿态，硬减小铰接油缸的长度差，尽量 控制在30mm以内，将铰接油缸的形程控制 在40-80mm之间为宜。
❖ 四、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：
❖ 三、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。
❖ 这将受到设备状况，地质条件和施工操作等 方面原因的影响。当开挖面图提交均匀或软 硬上下相差不大时，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； 否则，会因盾构急转弯过急造成盾尾间隙过 小破坏盾尾刷和管片错台破裂漏水。
❖ 一、姿态控制
❖ 1、姿态控制基本原则
❖ 以隧道轴线为目标，根据自动测量显示的 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、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。
❖ 1）改变刀盘旋转方向
❖ 2）改变管片拼装左右交叉先后顺序
❖ 3）调整两腰推进油缸轴线，使其与盾构机轴 线不平行。
❖ 4）当旋转量较大时可在切口环和支撑环内单 边加压重
❖ 2、盾构机上下倾斜和水平倾斜 ❖ 1）倾斜量应控制在2%以内 ❖ 滚动角应控制在10mm/m,滚动角太大，盾构
机不能保持正确的姿态，影响管片的拼装质 量。可通过反转刀盘来减小刀盘的滚动角 ❖ 2）通过应用盾构千斤顶逐步纠正 ❖ 如果盾构机向右偏，可提高右侧千斤顶的推 力；反之亦然，如果盾构机向下偏，则提高 下部千斤顶的推力；反之亦然。
盾构技术 姿态控制要点
2
目录
盾构姿态控制目标 直线掘进姿态控制 曲线掘进姿态控制
3
4
姿态控制目标
验收规范规定最大偏差目标： 水平：±50mm 高程：±50mm
5
姿态控制目标
• 纠偏原则：
（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。
• ⑵ 控制管片水平移动和侵限 • ①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20～40mm，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。
40
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
41
盾构曲线掘进姿态控制
• ②减小油缸推力。 • 在砂质地层中要加强渣土改良，总推力
33
盾构曲线掘进姿态控制
图中箭头为盾尾及千 斤顶对管片的作用力
34
盾构曲线掘进姿态控制
管片形成轴线与设计轴线模拟
直线管片
楔形管片 直线管片
短直线
允许误差
施工轴线 设计轴线
35
盾构曲线掘进姿态控制
• ⑶ 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。
，线性最佳。 • ⑶ 趋势调节：趋势调节不能变化太大，不
盾构技术-姿态控制要点
22
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0～ 50mm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。
用； • ⑺ 防止相邻管片纵缝两侧受力不同
12
盾构直线掘进姿态控制
推
21 22 1
20
2
进
19
3
油
18
46
6
示
15
7
意
14
8
图
13
9
12 11 10
13
盾构直线掘进姿态控制
• 方向控制要点： • ⑴ 控制基点：以盾尾位置为控制基点 • ⑵ 调节量控制：一环掘进调节6mm较为合理
• ⑤根据曲线的特点做好管片选型； • ⑥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20～40mm之间。
39
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，减少移站 后出现的轴向偏差。
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。
26
盾构直线掘进姿态控制
• 盾构姿态蛇行变化，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。
盾构掘进纠偏的原则
盾构掘进纠偏的原则以盾构掘进纠偏的原则为标题，我将为大家详细介绍盾构掘进纠偏的原则。
盾构掘进是一种常用的地下工程施工方法，广泛应用于地铁、隧道等工程中。
然而，在盾构掘进过程中，由于地质条件、工程设计等因素的影响，可能会导致盾构机偏离预定线路，这就需要进行纠偏操作。
盾构掘进纠偏的原则主要包括以下几个方面：1. 监测与分析：在盾构掘进过程中，需要对盾构机进行实时监测，以获取准确的数据。
通过监测数据的分析，可以了解盾构机的偏移情况，确定纠偏的方向和程度。
2. 适时纠偏：盾构掘进纠偏需要在适当的时机进行。
如果盾构机偏离的程度较小，可以通过微调来进行纠偏；如果偏离较大，则需要停机进行大范围的纠偏。
在进行纠偏操作时，要保证施工安全，避免对周围结构和设备造成影响。
3. 纠偏方法：盾构掘进纠偏的方法有多种，常用的包括：调整盾构机推力和转向力的分配，通过改变推力和转向力的大小和方向来纠正偏移；调整盾构机刀盘的转速和刀具的姿态，通过改变刀盘的工作状态来纠偏；调整盾构机的土压平衡，通过改变土压平衡的方式来纠正偏移。
4. 纠偏精度：盾构掘进纠偏的精度是一个重要的指标。
在实际施工中，需要根据工程的要求和具体情况来确定纠偏的精度。
一般来说，盾构机的偏移应控制在允许范围内，不能超过设计要求。
5. 纠偏操作的安全性：在进行盾构掘进纠偏操作时，要保证施工的安全性。
操作人员需要经过专门的培训，熟悉盾构机的结构和工作原理，掌握纠偏的操作方法。
同时，要严格按照操作规程进行操作，确保施工的安全。
6. 纠偏效果的评估：盾构掘进纠偏操作完成后，需要对纠偏效果进行评估。
通过对纠偏结果的分析，可以了解纠偏的效果是否达到预期要求。
如果纠偏效果不理想，需要及时采取相应的措施进行修正。
盾构掘进纠偏的原则是保障盾构施工质量和安全的重要保证。
通过科学合理的纠偏方法和操作，可以有效地解决盾构机偏移的问题，保证地下工程的顺利进行。
同时，盾构掘进纠偏的原则也为其他地下工程的施工提供了有益的借鉴和参考。
盾构机姿态控制与纠偏
土压平衡盾构机姿态控制与纠偏目录一、姿态控制 (3)1 、姿态控制基本原则 (3)2、盾构方向控制 (3)3、影响盾构机姿态及隧道轴线的主要因素 (6)二、姿态控制技术 (10)1 、滚动控制 (10)2 、盾构上下倾斜与水平倾斜 (11)三、具体情况下的姿态控制 (12)1 、直线段的姿态控制 (12)2 、圆曲线段的姿态控制 (13)3 、竖曲线上的姿态控制 (14)4 、均一地质情况下的姿态控制 (15)5 、上下软硬不均的地质且存在园曲线段的线路 (15)6 、左右软硬不均且存在园曲线段的线路 (15)7 、始发段掘进调向 (16)8 、掘进100m 至贯通前50m 的调向 (16)9 、贯通前50米的调向 (17)10 、盾构机的纠偏 (17)11 、纠偏的方法 (18)四、异常情况下的纠偏 (19)1 、绞接力增大，行程增大 (19)2、油缸行程差过大 (20)3、特殊质中推力增加仍无法调向 (20)4 、蛇形纠偏 (22)5 、管片上浮与旋转对方向的影响 (22)五、大方位偏移情况下的纠偏 (23)一、姿态控制1 、姿态控制基本原则盾构机的姿态控制简言之就是,通过调整推进油缸的几个分组区的推进油压的差值，并结合绞接油缸的调整，使盾构机形成向着轴线方向的趋势，使盾构机三个关键节,是（切口、绞接、盾尾)尽量保持在轴线附近。
以隧道轴线为目标,根据自动测量系统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,确保管片不破损及错台量较小。
通常的说就是保头护尾。
测量系统主要的几个参数：盾首(刀盘切口）偏差：刀盘中心与设计轴线间的垂足距离。
盾尾偏差: 盾尾中心与设计轴线间的垂足距离。
趋势:指按照当前盾构偏差掘进，每掘进1m产生的偏差,单位mm/m 。
滚动角:指盾构绕其轴线发生的转动角度。
仰俯角:盾构轴线与水平面间的夫角.2、盾构方向控制通过调节分组油缸的推进力与油缸行程从而实现盾构的水平调向和垂直调向。
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6、铰接油缸的伸出长度直接影响掘进时盾构
机的姿态，硬减小铰接油缸的长度差，尽量 控制在30mm以内，将铰接油缸的形程控制 在40-80mm之间为宜。
四、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：
盾构机的姿态控制及纠偏
一、姿态控制
1、姿态控制基本原则
以隧道轴线为目标，根据自动测量显示的 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。通俗的说就是“保头护
尾”
2、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。
在20mm/m之内，在缓和曲线段及园曲线段， 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。
这将受到设备状况，地质条件和施工操作等
方面原因的影响。当开挖面图提交均匀或软 硬上下相差不大时，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； 否则，会因盾构急转弯过急造成盾尾间隙过 小破坏盾尾刷和管片错台破裂漏水。
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 侧的千斤顶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60.mm。
3、当开挖面内的左，右低层软硬相差很大而
且又处于曲线段时，盾构机的方向控制比较 难。此时，可降低掘进速度，合理分配各区 的千斤顶推理，必要时，可将水平偏角放宽 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跳到合理位置 时，将考虑实用仿行刀。
机不能保持正确的姿态，影响管片的拼装质 量。可通过反转刀盘来减小刀盘的滚动角 2）通过应用盾构千斤顶逐步纠正 如果盾构机向右偏，可提高右侧千斤顶的推 力；反之亦然，如果盾构机向下偏，则提高 下部千斤顶的推力；反之亦然。
三、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
1、盾构机在每环推进的过程中，应尽量将盾
构机姿态变化控制在+—5mm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角值
5、在盾构机姿态控制中，推进油缸的形程控
制是重点。对于1.5米宽的管片，原则上推进 油缸的形程在1700-1800mm之间，形程差控 制在0~50mm之间。形程过大，则盾尾刷容 易露出，管片脱离盾尾较多，变形较大，以 导致管片姿态变差；形程差过大，以导致盾 尾与盾体之间的夹角增大，铰接油缸形程差 加大，盾构机推力增大，同时造成管片的选 型困难。
4、在曲线掘进时，管片易望曲线外侧偏移，
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 10-30mm。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。以保证隧道成型后与设计曲线基本 一致。
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千斤顶油缸压力和 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±20mm以内，间隙要均匀平衡。
盾构姿态蛇行变化，主要是通过调整盾构分
方向控制要点
1）控制基点：以盾尾位置为控制基点 2）调节量控制：一环掘进调节10mm较为合
理，线性最佳。 3）趋势调节：趋势调节不能变化太大，急于 纠偏，大趋势变化由大方位变化而来。 4）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。满足铰接弯曲
二、姿态控制技术
1、盾构机滚动控制 1）改变刀盘旋转方向 2）改变管片拼装左右交叉先后顺序 3）调整两腰推进油缸轴线，使其与盾构机轴
线不平行。 4）当旋转量较大时可在切口环和支撑环内单 边加压重
2、盾构机上下倾斜和水平倾斜
1）倾斜量应控制在2%以内 滚动角应控制在10mm/m,滚动角太大，盾构
区推力来实现的。盾构姿态调整，要在各种 地质情况下推力参数基础上，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应加 大A区域推力，千斤顶行程和盾尾间隙相应跟 着变大。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，千斤顶行程差会相应变化，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