盾构姿态控制
盾构姿态控制与管片拼装技术(1)
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。
1.盾构姿态控制与管片拼装的基本原则1.1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)。
盾构姿态控制方案
盾构姿态控制方案1、自动导向系统和人工辅助测量控制盾构掘进方向和盾构姿态该系统配置了导向、自动定位、掘进程序软件和显示器等，能够全天候在盾构机主控室动态显示盾构机当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。
据此调整控制盾构机掘进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。
随着盾构推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。
为保证推进方向的准确可靠，拟每周进行两次人工测量（具体测量次数由实际施工进度和线路情况确定），以校核自动导向系统的测量数据并复核盾构机的位置、姿态，确保盾构掘进方向的正确。
2、采用分区操作盾构机推进油缸控制盾构掘进方向根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向系统反映的盾构姿态信息，结合隧道地层情况，通过分区操作盾构机的推进油缸来控制掘进方向。
在上坡段掘进时，适当加大盾构机下部油缸的推力；在下坡段掘进时则适当加大上部油缸的推力；在左转弯曲线段掘进时，则适当加大右侧油缸推力；在右转弯曲线掘进时，则适当加大左侧油缸的推力；在直线平坡段掘进时，则应尽量在盾构保持抬头的前提下使所有油缸的推力保持一致。
3、盾构掘进姿态调整与纠偏在实际施工中，由于地质突变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，有可能产生较大的偏差。
因此应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）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来纠偏。
3）当滚动超限时，盾构机会自动报警，此时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。
4、滚动控制采用使盾构刀盘反转的方法，纠正滚动偏差。
允许滚动偏差≤3°，当超过3°时，盾构机报警，提示操纵者必须切换刀盘旋转方向，进行反转纠偏。
5、竖直方向控制控制盾构机方向的主要因素是千斤顶的单侧推力，它与盾构机姿态变化量间的关系非常离散，主要靠盾构主司机的经验来掌握。
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。
盾构隧道姿态控制措施
向等 因素 正 确 选 用 管 片 的类 型 ． 以调 整盾 构姿 态 。 测 量人 员按
和 纠偏 ：
在 盾 构掘 进 时 ， 盾 构 水 平 姿 态控 制 在＿ ＋ ２ ０ ｍｍ 为 最 佳 ． 考 虑
盾 构 隧道 姿 态 达 到规 范要 求 内
事 前 依 据 地 质 报 告 情 况 与 过 往 盾 构 施 工 经 验 总 结 ．选 用 最适 合 的 盾 构机 类 型 和 刀 盘 配 置 。 提 出盾 构 掘 进 方 案 ， 针 对 风
险性 较 大 的 区域 提 出专 项技 术 措 施 ．对 参 与盾 构施 工人 员进 行 详 细 的技 术 交底 ， 保 证 盾 构 施 工 的 顺 利 进行 。
（ ２ ） 掘 进 速 度 也 同样 影 响 着 盾 构 姿 态 ， 在 盾 构 姿 态偏 差较
大时， 掘进速度 愈快 ， 姿 态就 愈 难 控 制 。 同 时 也 会 造 成 壁 后 注
浆量不饱满 ， 进 一 步影 响 管 片错 台及 盾 构 姿 态 。 （ ３ ） 壁 后 注浆 的 不 饱 满 会 直 接 导 致 成 型 管 片上 浮 ， 从 而影 响 盾 构 隧 道 姿 态。 管 片上 浮 是 受 到 浮 力 作 用 及 上 浮 的 空 间 ， 而
（ １ ） 盾 构 机 主 要 依 靠 千 斤顶 的推 力掘 进 ． 千 斤 顶 分 为 四 个 区域 ，通 过 对各 区 千 斤 顶施 加 不 同大 小的 推 力 来调 整 盾 构机
掘进方 向。
步 分析 原 因 为盾 尾 被 砂 浆 固结 ．在 钻 孔 取 样 后 发 现 未 发 现 有 水 泥砂 浆迹 象 ， 盾 尾 被 水 泥 固结 的 可 能排 除 。 随后 以膨 润土 润
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。
探析地铁施工中的盾构机姿态控制
探析地铁施工中的盾构机姿态控制前言：近几年，工业的发展速度越来越快，人们对生活质量的要求也越来越高，尤其是对交通工具的要求。
在这种背景下，地铁应运而生。
在今天，地铁已经成为了一种非常普遍，也非常受广大民众欢迎的交通工具。
由于盾构机在地铁工程中占有非常重要的位置，盾构机姿态控制也就受到了人们的广泛关注。
本研究就将针对“地铁施工中的盾构机姿态控制研究”这一主题进行阐述，使广大民众对这方面的内容有一个更加深入、全面的了解。
1. 盾构姿态盾构姿态常常出现在以盾构法为主要施工方法的隧道工程中，盾构姿态其实就是通过机械测量或人工测量得到的盾构机与设计轴线的偏离状态。
我国也有与隧道轴线偏差有关的规定：在隧道轴线平面位置中，地铁隧道允许的偏差为±50毫米，在这种情况下，检查人员一般会选择经纬仪测量中线；在隧道轴线高程中，地铁隧道的允许偏差为±50毫米，在这种情况下，检查人员一般会选择水准仪测量高程。
2. 影响盾构机姿态控制的因素影响盾构机姿态控制的因素具体有以下几个：第一个因素，土质因素。
盾构机切口环两边的土质不一定是同种土质，可能一边的土质较为松软，另一边的土质较为硬实，在这种情况下，就需要调整土质较为松软的那边的千斤顶，如果没有调整，或者调整的不到位的化，盾构机就会向土质较松的那一边倾斜，自然而然，盾构机就会偏离设计轴线。
第二个因素，始发基座的定位是否准确。
盾构机在工作之初，是处在始发基座上的，也就是说，始发基座的初始位置与盾构机工作之初的盾构姿态有着密切的关系。
所以，在正式施工前，一定要精确的定下始发基座的初始位置，这样，才能保证盾构机的中心线不会偏离设计轴线，才能控制盾构姿态。
除此之外，在施工前，相关工作人员还需要仔细检查一下始发基座，确保始发基座是坚实稳固的。
第三个因素，盾构机操作人员的技术水平。
盾构机操作人员的技术水平的高低决定着操作人员能否将盾构机姿态控制好，他们的操作决定了盾构机的走向。
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
浅析隧道盾构施工中盾构机姿态控制技术
不能够保持正确的姿态， 直 接 影 响 管 片拼 装 质 量 。 ② 轴 线 偏 差 大 小 不 一 样 让 盾 构 机 向 转 弯 方 向偏 移 一 定 量 。一 般 曲线 半 径
是指盾构机体轴线（ 盾 构 机 盾 尾 中 心 与 刀盘 中心 的 线 段 ） 与 设
计 轴 线 的 的 偏 差
Ｌ ｏ Ｗ Ｃ Ａ Ｒ Ｂ ｏ Ｎ Ｗ ０ Ｒ Ｌ Ｄ ２ ｏ ｉ ４ ， ５
沦述
浅析隧道 盾构施 工 中盾构机姿态控制技 术
云 锟 （ 广东 省源天工程公司）
【 摘 要 】 结 合广州地铁五号线、 Ａ Ｍ Ｐ ３ 标实际施工情况 分析 盾 构 施 工 过 程 中 通 过 管 片 选 型 及 不 同 地 层 条 件 下 对 盾 构 机 姿态 的控 制 技 术 。 【 关键词 】 盾构机 ； 管片 ； 盾尾间隙 ； 姿态控制
制是重点。 对于 １ ． ５ ｍ 宽的管片， 千 斤 顸 行 程 应控 制 在 １ ７ ５ ０ ｍ ｍ
左右 。 行程差控 制在 ０ — ４ ０ ｍ ｍ 内． 行 程过 大， 使得后盾 与管 片 之间的夹角增大， 受力 不 均 ． 导 致 管 片错 台 以及 崩 角 。
３ 不同地质条件下盾构机掘进姿态 的控制
统 的施 工方 法对 地 质 条 件 相 当敏 感 ．而 随 着 盾 构 施 工 技 术 的 不 断成 熟 。现 代 化 的 机 械 式盾 构 对 复 杂 的地 质 有 较 强 的 适 应
各 分 区 的 千 斤顶 推 力 ． 保 持 盾 构 机 轴 线 吻合 设 计 轴 线 ． 同时 注
意 管 片选 型应 符 合 盾 尾 间 隙要 求 ．防 止 盾 尾 间 隙过 小 造 成 的 干涉， 间 接 影 响 盾 构姿 态 。
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
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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
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姿态控制目标
验收规范规定最大偏差目标： 水平：±50mm 高程：±50mm
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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。
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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盾构直线掘进姿态控制
推
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进
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油
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示
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意
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图
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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。
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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。
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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。
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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。
扭距不可太大，超过200bar不但应该提高泡沫剂等的用量，也要通过降低掘进速度的措施，来保证刀具不被严重磨损。
3 盾构纠偏
管片点位的选择对纠偏的影响
根据盾构机的走向，即满足的关键点为管片的轴线要与盾构机的轴线重合，在考虑纠偏调整的时候应考虑几点注意事项，首先要根据推进油缸的行程分析，封顶块要拼装在行程最短的一侧，其次要看盾构机的姿态，例如盾构机向右，而右侧的行程又最大，那就得要看第三个考虑的因素--铰接，这个因素也是最容易让人忽略的一个，如果右侧铰接最小，那么拼装时所要优先考虑的是拼装在行程最短处的两侧，使得管片有向右的趋势，减小管片与盾构机轴线之间的夹角，如果左侧的铰接最小，那么拼在行程最短处也是可以的，因为盾构机已经有向左的趋势了。
当盾构机转弯方向与姿态方向相反时，如果趋势过大，超过±8，从施工过程来看，急纠的危害是巨大的，如果从开始就调大推力压差，产生的结果是后点还是向外侧偏移，掘进过程中发现初始阶段大概推进400mm的时候，把压差调得适当，即保证的状态为维持前后点，使得后点有向内侧移动的趋势，然后再调大压差，就会容易使前点向外侧移动，顺利完成纠偏，同时这样也避免了过多的超挖。
盾构机的纠偏
实践发现，如果水平纠偏，最好先把垂直姿态稳住，再水平纠偏，也就是说要一个方向纠完，再纠另一方向，而实际的情况多是水平、垂直同时出现的，
同时纠偏效果不是很好，有的时候，会出现推进压差不够的情况，另外最容易出现的问题就是脱顶，如果一侧脱顶严重的话，将有可能把管片拉开，这对防水及下一环的拼装都会产生不利的影响。
盾构机纠偏的方法
⑴小摆头、大摆尾。
这种情况的要求下，盾构机的姿态变化轨迹是以前点后侧为基准点，后点进行扇型展开，这种情况下对掘进速度是有一定影响的，同时对下一环的掘进也将产生不利的影响，如果盾尾处的间隙很小，当掘进时受力不均等因素存在就会对管片产生扭动，不仅仅降低了推进油缸的有效推力，同时还会加大管片间的内力使得管片损坏或管片严重错台。
⑵大摆头、小摆尾。
这种情况就是,前点变化明显,使得一侧的土严重超挖,
并使土的内聚力增加,另一侧出现很大空隙,而这个空隙暂时是无法添充的,当盾
构机停止掘进时,由于一侧的内力释放,就会使得前点向另一侧偏移,这就是为什
么再次掘进时姿态会出现偏移的原因。
这两种纠偏方式都各有其优缺点,在掘进过程中似具体情况灵活运用,利用
其它参数的使用找到二者平衡点，但要保证的是尽量使盾构机减少对土体的扰动。
4 结语
以上对盾构施工中困难状况的分析，来避免增加不必要的操纵难度，提高盾构掘进速度及掘进质量，为类似情况的发生对技术工作者提供借鉴及思考。