盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态控制技术

盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态
控制技术
摘要：盾构法主要是利用盾构机进行隧道修建的一种方法，在实际施工过程中，借助盾构机在地下进行掘进，不仅能够避免开挖面发生坍塌，还能够最大限度保证掘进过程中开挖面的稳定，促使相关人员能够在盾构机内相对安全地开展隧道开挖以及衬砌等作业，以更好完成隧道施工。

在盾构法的具体应用过程中，盾构机姿态控制是整个施工的核心与关键，因此应该加大对盾构机姿态控制技术的重视，保证隧道施工的顺利开展。

鉴于此，文章将首先分析盾构机姿态控制的主要影响因素，然后具体探究盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态控制技术。

关键词：盾构法；土压平衡盾构机；姿态控制技术；影响因素
引言
盾构是隧道施工过程中的一种常用机械，在具体施工过程中，盾构机能够在盾壳的掩护作用下让隧道能够一次成型，同时完成土体的开挖，同时还能够对土渣进行排运，对管片进行安装等，以更好实现整机的推进。

依据盾构法的开挖以及结构特性，可以具体划分为敞开式和闭胸式盾构，其中闭胸式盾构主要采用的就是土压平衡式的开挖方式，借助泥土进行加压或者利用泥水进行加压的方式更好抵抗来自开挖面的水和土的压力，最大限度保证开挖面稳定。

由此可以看出，在土压平衡盾构隧道施工中，保持开挖面的稳定是整体施工的关键，这就促使土压平衡盾构机姿态控制技术在盾构法的应用过程中显得非常重要。

一、盾构机姿态控制的主要影响因素
（一）土质因素
在盾构机的具体推进过程中，如果切口环附近的体质在硬度方面差距较大，并且在松软土层的施工过程中如果不能合理对推力进行设置，就可能导致盾构机
深陷土体，出现载头现象。

如果这种现象不能得到及时改进，那么盾构机的姿态就会逐渐偏离既定施工轴线。

（二）盾构机始发托架与反力架的定位
在利用盾构机进行施工的过程中，在初始阶段，这一设备通常会被放置在始发托架，在这个过程中受托架高程、始发托架以及反力架固定性以及定位准确性等多方面因素的影响，促使与之相对应的始发盾架在姿态上存在一定差异。

[1]鉴于此，要求在初始阶段，应该加大对上述问题已的关注，并对盾构机的位置进行不断调整。

此外，盾构机与隧道洞门中的钢环应该与隧道的中线轴线和高程相一致，还应该保证始发托架的稳定，并且不能出现变形问题。

（三）盾构机姿态控制过程中的管片姿态
在盾构机进行推进期间，管片的拼装工作通常会在机器的盾尾位置展开，并借助拼装机开展管片的安装工作。

在这个过程中，拼装机需要实现管片的横向、纵向以及径向移动。

同时还应该完成管片的俯仰、回转以及横摇等动作，确保能够迅速完成管片的定位以及安装工作。

在拼装管片的过程中，如果与隧道的标准线路发生偏移，就应该结合实际情况，及时进行调整。

如果不能在管片拼装发生偏移的第一时间内就对管片进行调节，就容易为隧道中线带来一定不良影响，促使隧道施工难以满足工程实际需求。

因此，在管片的安装过程中，应该保证工作开展的合理性，最大限度减少对盾构机姿态的影响。

二、盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态控制技术
在隧道施工中，在隧道曲线、坡度以及施工技术等因素的影响下，促使在盾构工作推进过程中时常存在误差。

如果这些误差不能得到及时处理，在长期积累中就容易发生隧道衬砌被侵限的问题，在盾尾的间隙变小之后，管片容易受力不均，因此在运用盾构法进行施工的时候，应该积极采取行之有效的方法合理控制盾构机的具体掘进方向，保证能够及时纠正掘进过程中出现的偏差。

（一）盾构过程中出土量的控制
在使用盾构法的时候，应该合理控制盾构机的推进速度，并且在穿越构筑物
的过程中应该提前做好测量工作，将穿越的具体里程进行明确，还应该在提前20
环的时候就对掘进参数进行优化，在具体盾构期间还应该将推进速度保持在2
cm/min。

站在整体质量角度进行考虑，具体推进速度应该保持稳定，确保不受周
边因素的影响。

同时应该对出土量进行严格控制，在具体掘进过程中，每一环的
出土量可以利用如下公式进行计算：V = π × D2 /4 × L。

其中D代表是的管
片的外部直径，L代表是的管片的具体长度，V代表的是每一环的理论出土体积。

对出土量进行严格把控，不仅是盾构法在具体应用过程中的关键，还是保证控制
地层损失率的有效手段。

在试验阶段对出土量重量以及体积的验证是检验理论出
土量计算的主要手段，而实际的出土量数据则需要结合具体施工情况进行测定，
并且施工期间还应该结合收集到的数据不断优化和调整实际出土量的控制数据。

[2]在调整盾构姿态的时候还应该对纠偏的具体次数进行有效控制，以免对土体带
来扰动，甚至诱发隧道内土体的变形、沉降或者超标等问题。

（二）合理控制土仓压力
由于在盾构机的推进过程中，受到的土压会相对较高，甚至可能在满仓实土
压的情况下掘进，这就导致掘进过程中在油压的差值方面相差较大。

但是盾构机上、下、左、右等部位在姿态纠偏中存在的油压差值相对较小，这主要是因为盾
构机的大部分推力被用来抵消在盾体外围产生的摩擦力以及土仓在压力作用下产
生的反作用力，因此可以认为将来自盾体外围的摩擦力以及土仓的压力适当进行
降低，是控制盾构机姿态的间接性有效措施。

（三）合理控制推进速度、刀盘转速以及扭矩
盾构机在具体进行掘进施工的时候，应该遵守的首要原则应该是保持施工作
业的匀速以及缓慢。

在粉质粘土或者粉砂等相对较软的土质条件下，应该注意将
推进的实际速度控制在30 ～ 35mm/ min，而扭矩应该注意控制在3000kN·m以
下的范围内，并且应该将其转速控制在1.2r/min 以下，在这样的条件下，才能
够在保证推进质效的基础上，实现对管片成型错台率的合理控制。

结语
综上所述，在应用盾构法进行隧道施工的时候，由于具体施工环境以及土质条件相对复杂，促使盾构机在具体掘进过程中容易发生姿态的偏差或者管片的错台问题。

因此，要求施工人员在实际推进过程中应该合理控制盾构机姿态，在最大限度保证盾构施工稳定前进的基础上，促使隧道施工能够满足相关设计规范，提升隧道施工质量。

参考文献
[1]王江华.盾构小半径割线始发控制技术研究[J].铁道建筑技
术,2021(01):146-149.
[2]马蒙蒙,刘大刚,王明年,霍建勋.穿越起伏基岩地层的盾构机掘进姿态控制方法研究[J].路基工程,2017(02):159-162.
刘永涛男汉族 1972-05 大学本科学历工程师职称
甘肃铁科建设工程咨询有限公司工作。