盾构姿态自动控制技术的应用与发展

文章编号:1001 831X(2003)01 0075 04

盾构姿态自动控制技术的应用与发展

李惠平1,夏明耀2

(1 上海理工大学城市建设与交通工程学院,上海 200093;2 同济大学地下建筑与工程系,上海 200092)

摘要:为了保证地下隧道施工的高效及安全性,盾构掘进机的自动化技术得到了研究发展。目前这些研究主要集中于盾构技术发达的国家,在我国还很少。本文总结了国内外盾

构姿态自动控制技术的研究现状,阐述了该项技术在国内开展研究的必要性和迫切性。

关键词:盾构;姿态;自动控制

中图分类号:U455.3+9 文献标识码:A

1 引言

自1825年在英国太晤士河下首次使用盾构法修建第一条隧道以来,盾构法已有170多年的历史。由于其独特的优越性,世界上许多国家和地区修建或正在修建的城市隧道、越江或越海隧道大多采用盾构法修建。随着盾构机由低级到高级,由手工操作到计算机监控机械化施工不断地得到发展和完善,盾构法也日趋成熟。近年来,为了实现城市地下隧道施工的高效及安全性,盾构掘进机的自动化技术得到了发展。自动化技术应用于盾构法施工的目的之一就是使盾构机尽量准确地沿设计路线自动推进。

2 盾构姿态自动控制技术的研究现状

世界上不少发达国家,如欧美一些国家和日本,较早地在地下隧道施工中应用了盾构法,由此也带动了科研人员对盾构法施工中引发的各种问题进行深入的研究,大大推动了盾构法的完善和发展。随着自动控制的广泛应用,一些学者对盾构的自动控制进行了研究。

(1)酒井邦登等人[1]1987年将卡尔曼滤波理论(Kalman Filter Theory)应用于盾构控制。使用的数学模型为自回归模型(Autoregressive(AR)Model),它是建立在统计的基础上的,用下式来预测盾构位置。

x t=

i=1

a i x i-1+ i

y i=

i=1

b i y i-1+ i

由于卡尔曼滤波理论非常繁解,并且要进行大量回归工作,

所以它的应用范围受到很大的限制。

图1 偏离量的隶属函数

(2)桑原洋等1988年讨论了模糊控制在盾构掘进控制中的适用性[2]。模糊控制的特点类似人的思维,与经典控制理论的最大区别就是它没有严格的数学模型。模糊控制是在以往工作经验的基础上形成一系列的控制规则,依照这些规则对盾构进行控制。他提出了单向推进度的概念,定义如下式。

单向推进度=

使用的千斤顶距盾构中心的距离之和

作用千斤顶数千斤顶距盾构中心最大值仓冈丰1991年在福市高速铁道1号线延伸部施工中应用了模糊自动控制进行掘进管理[3],取得

第22卷第1期2003年3月地下空间

UNDERGROUND SPACE

Vol.23 No.1

Mar.2003

收稿日期:2002 12 03(修改稿)

作者简介:李惠平(1973 ),女,河北人,博士,讲师,主要从事盾构姿态的自动控制研究。

了比较满意的效果。他采用的是三角形隶属函数,如图1所示。

浦氵尺仪等人介绍了应用于某深长隧道施工中的自动控制系统[4]。该系统为人工智能和模糊理论的新系统,它具有自动控制泥浆和挖土量、盾构位置的功能,并高精度地完成了一个隧道的施工。研究人员为了进行比较,在一部分施工地段用熟练人员(有12年工作经验)进行了手工控制与自动控制比较,结果表明,与手工相比,该系统能在极短的时间内进行控制,提高了施工精度。

在国内[5],胡珉等开发了上海地铁二号线隧道轴线控制系统,该系统也采用了模糊控制,其中的推理法采用的是管野模糊推理法。但该系统仅是一个咨询系统,并没有参与对系统油压的实时控制。

(3)清水贺之等人等1992年开始应用现代控制理论对盾构掘进机的控制进行了一系列研究[6-9]。他们从研究盾构在土中的运动特性入手,通过模型实验,建立描述盾构运动的线性数学模型,并采用极点配置法进行控制系统的设计。在他们的研究中,采用的试验设备及模型如图2所示

图2

模型试验设备及模型

图3 模型试验结果

76地下空间第23卷

试验装置是由外径约400mm,长350mm 的盾构机模型,以及相当于管片的支持管和移动台架,装载土砂罐的固定支架,排土罐,油压泵,试验装置控制盘等构成。移动台架和土砂罐之间由两台油压千斤顶连结,模型的掘进速度靠调整油压来控制,在土中可掘进900mm,掘削下来的土砂由真空泵吸到排土罐中。

使用的试验方法是,当盾构模型推进时,在盾构模型上强制施加一定的弯矩,使盾构横摆角和纵摆角及位置偏离量发生变化,同时进行测量,试验结果如图3所示。

通过对试验结果的分析,可得到盾构的位置、扭转角与盾构千斤顶产生的扭矩之间的关系,最后

得到盾构在土中运动的运动模型,即

d i

=K i 11M ji +K i 12d i

dz =K i 21M ji +K i 22

式中,K i11、K i12、K i21、K i22为模型系数;

i 为横摆角(i=y)或纵摆角(i=p); i 为盾构形心偏离设计轴线的位置偏离量;下标i 为y 或p,y 指水平面内,p 指竖直面

内。

将该关系作为数学模型,进行自动控制系统设计。控制系统基本构成如图

图4 控制系统流程图

从图3可以看出盾构的位置、扭转角与盾构千斤顶产生的扭矩之间的关系用线性来描述显得有些粗糙,并且系数的精确确定很困难,在不同的工程中,不同的地质条件下系数也不同,这就使得该系统的通用性比较差。虽然清水等人通过研究试图寻求一种简易系数推导方法,但结果并不令人满意。

此后,高崎肇、清水等人用同样方法对中折式盾构和多圆形断面盾构进行了研究。

3 结语

目前在国内对盾构的控制主要靠人工操作,这

样盾构的控制受到操作者的能力、身体状况、情绪等个人因素的影响,控制质量很难保证。随着盾构法向大深度、大断面、长距离发展,再加上改善施工

环境及劳动条件,提高施工质量,避免施工危险及熟练工人不足等原因,使得自动化技术的开发成为必需。

随着我国城市地下铁道的大量兴建,使用盾构法施工的隧道将越来越多,因此对盾构位置和姿态控制的研究将会产生巨大的经济效益和社会效益。然而,我国目前还未将自动控制技术应用于实际工程中,并且在此领域的研究与国外有着很大的差距,加强盾构自动化技术的研究已越来越迫切了。

参考文献:

[1] 酒井邦登,星谷胜 !?# ?一%&?用(一 )位?予测+制御[A] 土木学会论文集[C],No.385,1987.

9,pp:69-78.

[2] 桑原洋,原田光男.?,?#理论?(一 )掘进制御.?适用[A] 土木学会论文集[C],NO.391,1988.3,pp:169-178.

[3] 仓冈丰.?,?#自动方向制御/01大口径泥水(一 )?掘进(福市高速铁道1号线延伸部)[J] 2!3 +地

下,1991 5,pp:27-34.

2003年第1期李惠平等:盾构姿态自动控制技术的应用与发展

[4] 江良嘉宏长大(一 )2!3 ?掘进管理(东京湾横断道路川崎2!3 川人南工事)[J] 2!3 +地下,

1997 3,pp:34-45.

[5] 胡珉,周文波,倪国庆上海地铁二号线隧道轴线控制系统的开发[J] 上海隧道,1998 2,pp:53-57.

[6] 清水贺之,铃木基光单圆形(一 )掘进机?运动特性/关41研究(模型实验506制御系?设计)[A] 日本机

械学会论文集(C编)[C],Vol58,No.550,1992.6,pp:155-161.

[7] 清水贺之,古川和.单圆形(一 )掘进机?运动特性/关41研究(第2报,实机解析507制御实证)[A] 日本机

械学会论文集(C编)[C],Vol58,No.554,1992.10,pp:121 128

[8] 清水贺之,山里久仁彦,西田昭二 (一 )掘进机?土中8?运动特性?推定[A] 土木学会论文集[C],NO.575,

1997.9,pp:243-248.

[9] 清水贺之,西田昭二.(一 )掘进机?土中8?运动特性[A] 土木学会论文集[C],NO.535,1996.3,pp:103-113. (上接第74页)

5 4 隧道火灾的通风排烟要求

(1) 本方案为双孔双车道(单向行驶)盾构法施工的隧道,通风系统采取全横向排风结合纵向增压射流风机的组合通风方式。

(2) 洞内火灾状况及排烟:

火灾状况按!公路隧道通风照明设计规范?(J TJO 23#1999),排烟风速取3m s,隧道火灾产热量按20MW考虑。

及时控制着火点烟气,并保证足够排烟能力。

利用已有的横向排风系统作为排烟系统,按每段600m将隧道分段,排风口设计成电动闭风口,以保证火灾段风口开启排烟而其余段风口关闭,确保火灾段的排烟能量,送风机要保证有1 2排烟量的补风量;关闭隧道两端射流风机,以避免烟气扩散。

若火灾发生在纵向通风部位,则停掉原有射流风机,由消防中心开启全部横向送排风道的风口(正常时关闭)进行排烟,关闭非火灾段的送排风口。若火灾发生在横向通风处,则排风机负担排烟工况,原排风口转换为排烟口,同时保证有正常工况时送风量的1 2,以控制火势。火灾时,风机开启台数由风速仪测试排烟风速联动控制;火灾消除后,由人工操作将风机运行退出火灾模式,回复到正常状态运行。

(3)人员避难要求:隧道火灾发生后,隧道内人员应能依据紧急广播系统发出的疏散通知,就地下车,利用安全诱导标志,通过设置于隧道路面板下部空间的避难通道疏散至安全区域。

参考文献:

[1] 童林旭地下建筑学[M] 济南:山东科学技术出版社,1994

[2] 约乾卡尔莫迪,等地下建筑设计[M] 北京:地震出版社,1993

[3] 黄兴安,等隧道工程[M] 上海:上海科学技术出版社

[4] Adams D.Urban Planning and Development Press:UC L Press[M].1994.

[5] Barbett.J.An Introduction to Urban Design[M].1982.

[6] Hall P.Urban and Regional Planning(3rd ed)Routledge[M].1992.

78地下空间第23卷

DISASTER PREVENTION ,ENVIRONMENT

Static Analysis of the New Defensive Structure under Explosive Loading SHI Shao qing et al(66)?????[Abstract ]Using the finite ele ment software ANSYS,a numerical analysis is done for the response of composite box structure of steel plate reinforced concrete and normal reinforced c oncrete structure under the same explosive loading.The comparative analysis between the two structures is presented.It is proved that the new defensive struc ture is worth applying.

[Keywords ]defensive structure;blast wave;composite box structure Research on Natural Ventilation in Tunnel with Vertical Shaft

ZENG Yan hua et al(69)

????????[Abstract ]In this paper the natural ventilation pressure in the tunnel with vertical shaft is studied with the theory of natural ventilation pressure of loops.It suggests that there were changes in magnitudes and directions of the natural ventilation pressure,which will affect the primary fan %s work in the vertical shaft.Therefore,attention must be paid in the ventilation design and ventilation operation management.

[Keywords ]natural ventilation pressure;natural ventilation pressure of loops;vertical shaft;primary fan

Study on Prevention and Control of Fire in Highway Tunnel C HE N Li dao et al(72)??????????[Abstract ]In this paper,the problems concerning with the fire prevention,material selec tion as well as the traffic or ganization,fire fighting,ventilation and smoke exhaust and refuge of the personnel during fire were investigated.The design of fire prevention was expounded taking the tunnel through the river in Shanghai as an exa mple.[Keywords ]highway tunnel;fire in tunnel;design of fire fighting;fire prevention ACAD EMIC DISC USSION ,RESEARCH DEVELOPMENT

Application and Development of Automatic Direction Control of the Shield Machine

LI Hui ping et al(75)?????????

??????????????????????????????????[Abstract ]To guarantee the efficiency and safety of the underground tunnel construction,the automa tic technique of the shield machine is developed and undergoing e xtensive research.However,the research is mainly in developed cou ntries while seldom at home.In this paper,the research of automatic direction control of the shield machine was sum marized.The necessary of research in this field at home was expounded.[Keywords ]machine shield;direction;automatic control

Some Viewpoints on Consolidation of Soft Soil Foundation C HEN Xin nian et al(79)??????????[Abstract ]From the initiation and propagation of deformation in foundation work with consideration of relationship be tween consolidation and deforma tion of the foundation,the consolidation of soft soil foundation is divided into passive and ac tive ones and the deformation control and design idea for both versions of consolidation of foundation are ana lyzed.

[Keywords ]foundation pit;soft soil;consolidation

109

2003.No.1 CONT E NTS AND ABS TRACTS

矩形隧道掘进机国内外概况和发展趋势

1.1国内外概况和发展趋势目前世界上绝大多数盾构断面均为标准的圆形,因此我们将非圆形断面盾构称“异形断面盾构”。从历史上看,异形断面盾构的断面形式包括矩形（圆角矩形）、多圆相交的并列圆形、多段弧线相切围合形(日本称复合圆形)。本课题总体设计所选择的就是4段圆弧相切围合的形状，如图3所示。其外观接近椭圆，但数学方程式并非椭圆，我们将其命名为“类矩形”。图3：类矩形盾构衬砌结构 1.１.１异形断面盾构的重生

图4 历史上第一台盾构机由法国人Marc Isａmbａｒｄ Bｒuｎelｌ(１８2５年)建造的人类历史上第一台盾构机就是矩形断面的,如图４所示。因为对于使用功能而言,矩形的断面使用效率是最高的,而且从当时掌子面人工开挖的方式看来说,矩形断面最有利于挖掘工人的布置（由于当时施工能力的限制。1843年,采用这台11 m宽、6 m 高的矩形盾构机完成了３9６m长的泰晤士河隧道，开创了盾构法隧道的新天地。由于当时结构设计和施工技术的局限，该隧道的衬砌为砖砌双联拱结构，与

盾构外形并不匹配。随着技术的发展,自纽约Pneuma ｔic Tr ａnsit 隧道(A ｌfred El ｙ Beach,1870）起,圆形衬砌结构由于受力合理迅速取代了矩形断面,见图5(ａ）；1８90年，连通美国与加拿大边境的S ｔ． Cla ｉr 铁路隧道盾构首次采用液压拼装机面,见图5（b ）;１９26年伦敦地铁首次采用了电驱动大刀盘切削正面土体，实现了全断面机械化开挖,见图5(c)。从此，圆形盾构由于衬砌结构经济性好,便于实现机械化开挖和衬砌拼装，迅速成为主流,矩形盾构在大约１00年的时间里成为被遗忘的技术。 (ａ) (b) (c ） 20世纪90年代以后，随着日本城市逐步由功能优先的现代化建设转向人居为本的后现代化建设，需要在本已拥挤的地下空间中建设地铁，地下化铁路，共同沟,地下道路等，由于《日本民法典》规定50米深度以内地下空间属于地面物业业主所有（２０01年修正案),往往面临狭小的道路无法布置双线隧道的问题，即使开发出40cm 极小间距施工的盾构技术也无济于事,唯一的办法是将两根隧道合为一体。90年代，此类隧道多采用双圆/多圆断面，但这种形式一般需设中柱或采用繁琐的结构托换／置换工艺，空间仍有浪费。因此,9０年代中期以后 , 图5：早期盾构技术沿革

盾构现场施工隧道监测方法

精心整理上海长兴岛域输水管线工程盾构推进环境监测技术方案

目录一工程概况二盾构推进对周边环境影响程度的分析和估计三监测施工的依据四监测内容

上海长兴岛域输水管线工程盾构推进环境监测技术方案前言科学技术的发展与试验技术的发展息息相关。历史上一些科学技术的重大突破都得益于试验测试技术。因此，试验测试技术是认识客观事物最直接、最有效的方法，也是解决疑难问题的必要手段，试验测试对保证工程质量、促进科学的发展具有越来越重要的地位和作用。测量技术在土建工程中同样占有重要地位，它在各类工程建筑，尤其是在地下工程中已成为一个不可或缺的组成部分。随着科学技术的发展，测量的地位更显关键和重要。早期地下工程的建设完全工作井相连。输水管线总长约10563.305m，其中东线长5280.993m，西线长5282.312m。全线最小平曲线半径为R＝450m；最大纵坡为8.9‰。具体详见下表。

施工工序，第一台盾构自原水过江管工作井始发推进（东线）至中间盾构工作井进洞后盾构主机解体调头，继续西线隧道推进施工。第二台盾构自中间盾构工作井始发推进（东线）至水库出水输水闸井进洞后盾构转场回中间盾构工作井，继续进行西线隧道推进施工。总体筹划详见下图：二盾构推进对周边环境影响程度的分析和估算因很复杂，其中隧道线形、盾构形状、外径、埋深等设计条件和土的强度、变形特征、地下水位分 V l S （x ）i Z －地面至隧道中心深度。 φ－土的内摩擦角。在已知盾构穿越的土层性质、覆土深度、隧道直径及施工方法后，即可事先估算盾构施工可能引起的地面沉降量，同时可及时地采取措施把影响控制在允许范围内。在推进过程中根据盾构性能及监测数据及时调整施工参数，控制变形量，确保周边环境的绝对安全，实现信息化施工。三监测施工的依据 3.1技术依据 1) 上海长兴岛域输水管道工程技术标卷（甲方提供）

盾构技术在地铁施工中的应用

盾构技术在地铁施工中的应用平大幅度提升。在前不久北京地铁望京站的施工中，盾构机完成了1400多米的掘进任务。盾构技术，在地下施工领域发挥了重要作用。盾构技术开创新局面中国工程院钱七虎、王梦恕等5位院士曾在一份研究报告中指出：人均GDP500美元，就具备了大规模开发利用地下空间的条件；1000至2000美元之间，则达到开发利用的高潮。2003年，我国人均GDP首次突破1000美元时，北京等大城市已经迎来了地下工程开发建设的高潮。在地下工程施工工法中，盾构以其技术先进和安全、快捷，受到越来越多的推崇。业内人士公认，21世纪是地下空间开发与利用的世纪，盾构专业技术将成为地下工程施工技术潮流新秀。盾构机是一种特殊的隧道掘进机，可以在防止开挖面崩塌并保持开挖面稳定的同时，在盾壳保护下安全地进行隧道开挖和衬砌作业，速度比传统施工快8至10倍，具有自动化程度高、占地面积小、不用大面积降水、有利于环境保护和降低劳动强度等诸多优点。日本、欧洲是盾构技术比较发达的国家和地区。20世纪末，我国实力雄厚的央企开始引进盾构机，用于南方的隧道工程。 1994年，在修建北京酒仙桥污水处理厂及亮马河北路污水管线工程中，经过反复研究、多方论证，盾构法施工成为污水截流工程的最佳方案。到2000年5月，亮马河污水管线盾构工程全长1700米的污水管线完工。沉降监测记录表明，所有数据都在可控范围内，工程沿线地面上的百余

座建筑物安然无恙，工程质量完全满足设计要求。同时，工程总投资由4.5亿元减少到1.5亿元，经济效益十分明显。由于盾构施工不需要降水，因而少抽取地下水380万立方米，相当于一个半昆明湖的水量，对于水资源紧缺的北京来说，弥足珍贵。亮马河污水管线工程获得北京市科学技术三等奖，被专家称为华北地区应用盾构施工技术的开先河之举。紧接着，北京市政集团四处在坝河污水截流工程中，只用10个月时间，完成了全长3900米的污水管线施工。其间，盾构机不但连续穿越东四环路、京顺路、机场路等，而且创下一次性掘进2500米、伴有隧道转弯的国内最高纪录。盾构机洋为中用至今国内的盾构机主要依赖进口。我国幅员辽阔、地质条件复杂，南方土壤含水高，北方土质硬且多鹅卵石，而洋盾构机恰恰是喜水惧石。怎样将洋设备本土化，使之适合我国北方的地质条件，是科技人员首先要解决的课题。北京凉水河南岸污水管线，是迄今为止国内外盾构施工难度最大的工程之一。难点一：盾构几乎在全断面无水砂卵石地层中长距离推进，这种土体中的盾构掘进在国内是第一例。难点二：盾构需要多次穿越公路和铁路干线，必须确保铁路在不限速、不慢点、不预加固的前提下正常运营。市政集团四处的工程技术人员借鉴国外的经验，探索改良土质的途径。最终，盾构机优质、高效地在无水砂卵石地层中推进3300米，安全穿越了京九等4条铁路主干线，确保了铁路的正常运营，创造了提前完工的佳绩。这项工程的科研成果后来被广泛应用到北京地铁工程建

特殊地段的盾构施工技术措施

特殊地段的盾构施工技术措施摘要:盾构在地铁区间的特殊地段施工,必须作好充足的施工准备和施工技术措施。关键词:地铁区间;盾构施工;技术措施广州西场站—西村站地铁区间施工标段,沿线两侧为密集民居、酒店、办公楼、商店等,交通繁忙,上部地面为环市西路,区间线路穿越广茂铁路,地形平坦,略有起伏,其中有岩溶和溶蚀空洞、内环高架桥桩、基岩球状风化体地段(风化深槽)、泥质粉砂岩、上软下硬岩段等特殊地段。其中广州火车站—草暖公园区间段下穿过广州火车站广场,到达草暖公园,施工难度大。根据现场实际情况,做出相应的盾构施工技术措施。 1盾构通过岩溶和溶蚀空洞本工程隧道左右线均存在岩溶和溶蚀空洞,左线溶蚀空洞约为0.8ｍ高,右线在ＹＣＫ7+522和ＹＣＫ7+576处存在溶蚀空洞,其中较大的溶蚀空洞为2.7ｍ高,对盾构掘进造成极为

不利的影响,极有可能发生突泥、突水、地面沉陷、盾构机被卡等严重事故。为保证盾构掘进顺利通过,必须提前探明隧道穿过的岩溶裂隙的位置、形状、尺寸大小、充填物性质等,并及时处理。施工采取以下措施探测和处理: (1)开工前,进行补充地质勘探,在左右线溶蚀空洞地段加密勘探,在勘探场地允许的前提下,使部分钻孔间距达到10ｍ,进一步查明该段条件地层地质条件,对可能出现岩溶裂隙的段落、岩溶裂隙的规模、充填物等情况,提前作出盾构掘进方案。 (2)对盾构机适当改造,针对地质情况,盾构机增设超声波探测系统。盾构掘进施工时通过发射超声波,可对刀盘前方30ｍ范围内的岩溶裂隙、砂土层中的孤石等分布情况进行探测,利用专业软件对接收到的反射波分析,即可精确查明岩溶裂隙或孤石的位置、形状、尺寸大小、充填物性质等。 (3)根据超前地质预报的资料,对分布于盾构周边的岩溶裂隙,通过地面注浆的办法进行超前注浆加固或回填。对岩溶裂隙要提前确定注浆方案,根据其位置、形状、充填物性质,确定实施超前注浆的里程位置、注浆品种及配合比、注浆压

国内外隧道盾构机技术发展趋势与应用

国内外隧道盾构机技术发展趋势与应用盾构机是一种专业工程机械，它主要用于在地下施工中开挖隧道。随着盾构掘机的发展，它集成了信息、光、电、传感、液、机、技术于一体，涉及地质、测量、电气、液压、机械、等多门技术，具有土碴运输、土体切削、衬砌隧道等功能，而且对于不同的地质进行相应的方案设计，准确性很高。文章介绍了盾构机的历史及其在具体工程中的应用与发展方向。标签：盾构机；发展；长沙地铁盾构机主要由动力部分、顶进主轴、导向系统、刀盘系统、纠偏系统、中继顶进系统、排运岩土机构以及等几个部分组成。盾构掘进机的工作原理就是一个圆柱形的钢件沿隧洞轴线一边对土壤进行开挖，一边同时向前推进。这一钢件壳的作用是负责分担来自周围土层的压力，起到对正在施工作业隧洞的保护以及支撑作用，排土、挖掘、衬砌等作业都在该圆柱组件的支撑下进行。由于工作原理的不同，盾构机主要有混合型、泥水加压式、土压平衡盾构等多种。考虑到盾构机给实际工程带来了极大的便利，因此已经应用于许多地铁、市政、水电、等许多地下工程。 1 盾构机发展溯源盾构机从发明那天起距今已经有180多年的历史，第一台盾构机诞生在英国，后由日本、德国不断发展壮大。盾构机的发展主要有三个阶段，盾构机的发明，盾构机的发展普及，盾构机的发展完善，随着科技的发展，盾构技术不断完善进步，从而为世界的隧道建设做出了重要的贡献。 1.1 第一台盾构机的诞生 1818年，英国工程师布鲁诺尔在一次偶然的情况下通过船板上的蛀孔，发现这种虫子在前进的过程中利用自身的分泌物涂在孔的周围来支撑周围物质得到启示，后来他完善了构思，发明了一种圆形铁壳，同时利用千斤顶在土壤中推进，在铁壳里的工人一边挖掘，一边衬砌轨道。从此世界上第一台盾构机便问世了。 1.2 盾构机在世界各国进一步发展普及 19世纪末到20世纪初盾构技术相继传入德、日、美等国，并得到了很大的发展。1892年，美国率先发明了掘削工作面封闭不能直接观察到施工面作业的封闭式盾构，必须辅以多种监控装置来控制掘削面工作。1931年苏联利用盾构机建造了莫斯科地铁隧道，施工中首次使用了化学注浆和冻结工法。自此，这种施工方法得以传播，并在全球范围内广受欢迎。 1.3 现代盾构机的进步和完善

特殊地段及复杂地质条件盾构施工技术措施

特殊地段及复杂地质条件盾构施工技术措施一. 盾构下穿河流（续） 1.应对江河地段水文地质条件、河床、河堤状况、水流速度、水深、淤泥层厚度、岸边建（构）筑物情况及保护要求进行详细调查。必要时进行补堪，确定河底地质。 2.应对地质勘探孔位进行调查确认，防止河水从勘探孔灌入隧道。 3.盾构应具有土仓加泥或泡沫的功能，螺旋输送机应设有防喷装置。 4.穿越时在土仓和刀盘前注入泡沫、膨润土改善渣土性能，防止涌沙突水发生。 5.盾构机刀盘处于河岸前一倍覆土厚度时，应逐渐降低土仓压力，到达河岸下方时，土仓压力应与浅覆土的河流段土压力相等。确保快速通过危险区域。 6.穿越前，应对盾尾密封系统做全面检查和处理。使用优质盾尾油脂，掘进中不断地对盾尾密封注入油脂，保证每环30kg以上。防止泥水和浆液进入盾体。 7.严格控制盾构操作，控制好盾构的各项参数，调整好盾构推进油缸的压力差及各组推进油缸的行程，避免盾构上浮。注浆材料加入早强剂，块速达到强度。 8.注浆压力在理论上减小0.05—0.1MPa，避免形成劈裂注浆，造成河水倒灌。必要时，可每１０环压注一次环箍（双液浆、水泥浆），防止窜浆，增强盾尾防水能力。注浆时应注意管片变形及隧道上浮。保证出渣量与掘进速度一致，避免“冒顶”。 9.掘进时保持土压平衡，停止掘进时保持土仓压力为正常值的1.1—

1.2倍。二．穿越风险源施工盾构穿越铁路、桥梁、建(构)筑物、大型管线、河流、胡泊、主干道路、不良地质地段（简称穿越施工）： 1. 盾构机组装时，禁止使用劣质盾尾刷；使用优质盾尾油脂，防止盾尾漏浆。 2.加强盾构机检修、保养工作，保持盾构均速、快速施工，避免非正常停机。 3.确保盾构机姿态，减少姿态调整引起的土层扰动，必须纠偏时每环纠偏量控制在4mm以内。 4.必须对同步浆液的稠度进行现场测试，浆液水泥含量不得低于120kg/m3,稠度不得大于11，浆液初凝时间不得大于6小时。 5.必须进行“持续”注浆，即：除同步注浆和二次注浆外，盾尾与二次注浆之间的管片（一般为5—8环），在不能实现二次注浆之前，必须进行间歇注浆。必须保证从同步注浆开始，盾尾以后的所有管片都能实现即时注浆，以控制地面沉降。 6.必须加大监测频率，根据监测数据及时调整土仓压力，注浆压力及注浆量。 7.必须坚持精细化施工，每天至少两次进行穿越过程书面作业，即：核对盾构机与地面建（构）筑物的精确对应关系，分析监测结果，对沉降部位及时采取措施。三. 浅覆土地段推进（覆土厚度不大于盾构直径的地段）

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。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，

土压平衡盾构施工技术难点及处理措施

土压平衡盾构施工技术难点及处理措施【摘要】土压平衡盾构以其高效、安全、环保等优点，已被广泛应用于地铁施工中，虽然技术成熟，但施工中一些常见的问题，施工方依然应当采取预防及处理措施，从而确保地铁工程的施工质量。本文根据实际工作经验，对施工中几个常见的难题探讨了其预防及处理措施。【关键词】土压平衡盾构；盾构法隧道；事故预防；处理一、盾构刀盘结泥饼问题盾构机穿越粘土地层时，如掘进参数不当，则刀盘和土仓会产生很高的温度，这样粘土在高温、高压作用下易压实固结成泥饼，特别是刀盘的中心部位。当泥饼产生，最终会导致盾构无法掘进。施工中采取的主要技术措施为：1）施工前分析隧道范围内的地层情况，在到达此地层前把刀盘上的部分滚刀换成齿刀，增大刀盘的开口率。3）合理增加刀盘前方泡沫的注入量，增大碴土的流动性，减小碴土的黏附性，降低泥饼产生的几率。5）必要时螺旋输送机内也要加入泡沫，以增加渣土的流动性，利于渣土的排出。6）如果刀盘产生泥饼，可空转刀盘，使泥饼在离心力的作用下脱落，施工过程中确保开挖面稳定。7）如上述方法均未能奏效，则可采用人工进仓处理的方式清除泥饼，人工进仓处理前如掌子面地层软弱，则需进行预加固。二、桩基侵入盾构隧道城市地铁线路规划设计应避开重要建（构）筑物、避开建筑物的桩基，但城市中心区内房屋建筑较为密集，要求线路选线时避开所有的建筑物是不现实的，因此难免会有一些建筑物桩基侵入隧道，由于许多桩基为钢筋混凝土结构，盾构机无法通过，需要对桩基进行拆除。针对侵入盾构隧道的桩基，采取的措施为：1）具有承载力的桩基，采取桩基托换方法。2）大竖井暗挖拆除桩基方法。3）小竖井开挖分区拆除桩基方法。4）人工挖孔+暗挖横通道拆除桩基方法。深圳市地铁龙岗线西延段3153标盾构区间下穿燕南人行天桥，开工前该桥地表以上部分已经拆除，但桩基并没有拆除。调查资料显示共有8根直径为1.2m 的人工挖孔桩侵入右线隧道，盾构机无法安全、顺利通过。为了使侵入隧道的桩基不对盾构施工造成影响，采用比原桩基直径大的人工挖孔桩自地表而下来破除侵入隧道范围内的桩基。燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系如图所示。侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系如图1和图2所示。图1 燕南人行天桥与盾构区间隧道位置关系图图2 侵入隧道桩基与隧道纵面位置关系图

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。不同的盾构油缸分组不同，分组的数量越多越利于调向。所有的油缸均自由的方式对调向最为有利。方向控制要点： ( 1 ）控制要点：以盾尾位置为控制点

盾构隧道施工方法及技术措施

盾构隧道施工方法及技术措施 § 1端头加固 1.1 端头加固概述盾构进出洞门外土体为软弱含水的土层，盾构机在进出洞时，工作面将处于开放状态，这种开放状态将持续较长时间。若不提前加固处理，地下水、涌水等就会进入工作井，就会导致软弱地层不稳定，严重情况下会引起洞门塌方。为确保施工安全及盾构机顺利始发及出洞，必须对洞门外土体进行加固处理。本标段盾构始发及到达共有4个端头需要加固，具体加固方法见表8-1-1 1.1.1加固的原则（1）根据隧道埋深及盾构隧道穿越地层情况，确定加固方法和范围。（2）在充分考虑洞门破除时间和方法的基础上，选择合适的加固方法和范围, 确保洞门破除和盾构机进、出洞的安全。 1.1.2加固要求根据始发及到达端头地层性质及地面条件，选择加固方法，加固后的土体应有良好的自立性，密封性、均质性，采用搅拌桩加固的土体无侧限抗压强度不小于0.8MPa, 8 渗透系数k < 1 x 10- cm/sec。（2）渗透系数v 1.0 x 10-5cm/s。 1.2 端头的施工 1.2.1施工原理旋喷法施工是利用钻机把带有特殊喷嘴的注浆管钻进至土层的预定位置后，用高压脉冲泵，将水泥浆液通过钻杆下端的喷射装置，向四周以高速水平喷入土体，借助流体的冲击力切

削土层，使喷流射程内土体遭受破坏，与此同时钻杆一面以一定的速度旋转，一面低速徐徐提升，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后即在地基中形成直径比较均匀，具有一定强度的桩体，从而使地层得到加固。 1.2.2机械设备旋喷法施工主要机具设备包括：高压泵、泥浆泵、钻机、浆液搅拌器、空压机、旋喷管和高压胶管等；辅助设备包括操纵控制系统、高压管路系统、材料储存系统以及各种管材、阀门、接头安全设施等。浆液搅拌采用污水泵自循环式的搅拌罐，钻机采用XY-100型振动钻机，空压机采用SA-5150W空压机，参数为20mVmin。 1.2.3材料要求旋喷使用的水泥应采用新鲜无结块42.5R普通硅酸盐水泥，浆液水灰比为1:1。稠度要适合，水泥掺入量250kg/m,粘土粉50kg/m,为消除离析，加入0.9 %的碱。浆液宜在旋喷前lh以内配制，使用时滤去〉0.5mm的颗粒，以免堵塞管路和喷嘴。 1.3 端头地层加固施工工艺 1.3.1三轴搅拌桩施工工序 ①定位三轴搅拌机开行到指定桩位，对中。当地面起伏不平，应注意调整机架的垂直度；搅拌桩的桩位偏差不得大于50mm垂直度不得大于1.5%。 ②制备水泥浆在搅拌机定位的同时即开始按设计确定的配合比拌制水泥浆，水泥浆的搅拌采用二次搅拌方式，灰浆拌和时间不少于2mi n，保证拌和均匀，不发生沉淀，放置水泥浆的时间不超过2个小时，搅拌好的水泥浆须在一个小时内用完。外渗剂可根据工程需要选用具有早强、缓凝、减水、节省水泥等性能的材料，为增强流动性可掺入水泥重量0.20%?0.25%的木质磺酸钙，1%勺硫酸钠和2%勺石膏，但应避免污染环境。 ③预搅下沉检查无误后开动搅拌机，以正循环方式钻进，为避免搅拌过程中喷浆口的堵塞，边喷射水泥浆边搅拌下沉，下沉速度控制在0.8m/min。 ④喷浆搅拌提升为保证水泥搅拌桩桩端、桩顶及桩身质量，第一次提钻喷浆时应在桩底部停留30 秒，进行磨桩端，然后以反循环方式提升，余浆上提过程中全部喷入桩体，且在桩顶部位进行磨桩头，停留时间为30s，提升速度要保持均匀，控制在0.5m/min。

盾构机的研究现状及发展前景

盾构机的研究现状及发展前景摘要：这就主要介绍国内外盾构机的发展过程、现状以及前景，并就取得的一些成果做探究。同时就我国盾构机发展面临的挑战分析，提出相应的意见。关键词：盾构机 ; 土压平衡轻量化;煤矿引言:盾构机是隧道施工中的关键设备，盾构工法由英国人Brune于1810年发明最先有提出，其后发展到欧洲各国，如英国、德国以及引入日本。它的应用范围广泛，是现代工程建设中非常重要的工程机械。主要用于铁路、公路、地铁、城市管廊、煤矿巷道、引水工程、矿山开采等隧道施工。可以说盾构机的出现有效的推动了国民经济的发展与建设，已经成为工程建设中不可缺少的重要机械装备，因此盾构机也成为各国探索发展的重要机械，成为衡量一个国家工程领域发展的重要标志。 1 关于我国盾构机现状研究经过多年的发展，我国已经具备相对完善的盾构机设计、研发、生产的配套产业链，并具备自主知识产权。这里经过我对盾构机文献的各方查阅发现，盾构机的研发与设计主要集中在两个大的难点方面，分别盾构机刀盘以及拼装技术上的研究。这主要的原因在于在盾构机实际工作中，掘进和管片拼装是盾构机最基础性的工作要求。除了这些以外，盾构机的各项组成也极其复杂，其中就涉及机、电、液、导向、计算机技术等学科的综合性大型机械装备。所以不难看出，研究盾构机需要涉及很多门学科，主要包括传统的机械、电子、地质、土木、材料等综合性技术。 2 盾构机发展与展望盾构机已经成为交通、矿山、水利等工程方面关键的技术装备，已经在众多领域有着广泛的应用。随着当下信息、自动控制技术以及微电子遥感技术的不断发展，对于盾构机的多功能化越来越强烈，因此未来这些技术已经密集性应用于盾构机的设计与研发，使得盾构机能满足复杂的地质工况，同时也让盾构机更加智能，下面就具体就盾构机的发展做几点研究。 2.1 机型多样化发展未来的盾构机将不在运用于单一的工况，而是随着盾构机的不断改进与优化，盾构机的使用也将发生巨大变化，未来盾构机不管是形状还是大小都将发生改变。同时随着断面尺寸、大小、形状需求的改变，盾构机也将朝着多样化发展。同时盾构机不再是整体结构, 逐步被可拆卸模块化结构所取代，使得盾构机的使用领域更加广泛 2.2更加自动化、智能化的操作现代的盾构机已经不单单只实现人工形式的盾构作业，通过不断改进创新设计，现代盾构机已经逐步实现了自动、智能化作业与生产。如在当今的盾构机中，就有着大量的先进技术，主要包括刀盘驱动装置、自动控制、遥感技术、探测技术、通信技术等，这使得盾构机更加趋于智能化发展。同时随着盾构小机型化的发展，盾构机的应用领域也在不断增多，能够适应各种复杂的环境与气候，成为更加智能、灵活的工程作业机械。传统盾构机不管是在操作还是在装配时都比较危险，将盾构机可靠性、安全性提高，使得盾构机被更多人所接纳，运用范围也将变得更加广阔。 2.3整机集成化、模块化发展

盾构姿态控制

复合地层长距离小半径曲线隧道盾构姿态控制一、工程概况大连市地铁二号线西安路站～交通大学站区间，本区间隧道起讫里程为DK16+803.630～CK18+462.893。本区间主要采用盾构法施工，在靠近交通大学站一端采用矿山法。本盾构区间隧道起讫里程为DK16+803.630～DK18+130.000，右线全长1326.370m，区间在DK16+796.63处设盾构始发井，在DK18+135.5处设盾构接收井。西安路站至交通大学站区间平面线路出西安路站后沿南北向向南，通过半径为300m的曲线转入偏东西方向，再通过半径450m曲线接入黄河路，到达交通大学站。区间纵断布置形式呈“V”字形，最大纵坡为25‰。区间为双线地下隧道，左右线路为上下重叠至区间终点左右线逐渐分离并行。盾构段隧道开挖断面直径为6m，盾构隧道衬砌的管片采用厚300mm，宽1200mm，每环由6片管片拼装而成，拼装方式采用错缝拼装。图1-1 西安路站至交通大学站区间平面

二、工程重、难点 2.1小半径（300m半径）曲线始发由于受线路和现场条件限制，盾构机设计在线路为300m小半径曲线段上的竖井始发进洞，保证开挖隧道轴线在规范允许范围内是一项技术难题。 2.2复合地层长距离小半径R300曲线掘进在硬岩地层或岩土复合地层小半径曲线掘进，对盾构掘进姿态的控制提出极高的要求。主要问题有: （1）风化岩地层基本无压缩性，在风化岩中刀具磨损较快，当边缘滚刀磨损5-8mm后盾构即出现卡盾及转向困难趋势；在曲线外侧超差时盾构需要以更小的转弯半径才能回正；（2）掘进中对盾构姿态控制的要求高，操作者对超差趋势需极其敏感。边缘滚刀的磨损检查及更换频率高。 (3) 推进油缸的推力方向为线路的切线方向，因此对管片有1个向外的分力，导致管片发生偏移，故油缸推力要合理设置 (4) 转弯过程中，盾尾和管片有一定的夹角，导致盾尾密封刷局部防水效果不理想，易发生盾尾漏浆。 (5)盾尾密封刷局部受压容易使盾尾密封损坏，同时管片外边缘易受损，铰接油缸及纠偏强度需合理设置 2.3长距离硬岩段掘进施工相比上软下硬、砂层推进中可能导致的地面环境灾害，在长距离硬岩段中掘进主要的困难在于盾构穿越硬层时会出现刀具磨损快、掘进效率低下以及管片上浮等问题。硬岩段地层推进时管片脱出盾尾后上浮现象明显，下坡变坡段时尤盛。出现管片上浮的原因在于赋存与岩层中的地下水、壁后注浆浆液以及向工作面注入的改良性液体等汇集到盾尾处，这些带有一定压力的液体会使脱出盾尾的管片悬浮。在此过程中，应根据管片测量成果，对盾构姿态进行预压，保证在管片浮动后，成型隧道轴线与设计轴线偏差保持在规范允许范围内。

盾构施工质量保证措施

1.1管片质量保证措施（1）管片生产质量保证措施 1）严格控制管片模具的精度，按照精度要求对管片钢模定期进行检查和校正。 2）要求混凝土所使用的原材必须符合设计及施工规范的要求，应有出厂合格证和相应的试验报告。 3）严格审查管片生产工艺和质量保证措施,认真做好过程控制。指派专门的管片质量检查人员每周不定期去构件厂检查管片生产过程的质量、原材料及生产工艺的控制情况，要求构件厂提供从原材、生产及试验的所有资料，并结合检查记录分析等形成质量周报，并报业主及监理等单位。 4）要严格做好出厂检验及现场的验收工作，事先制定出厂检查及现场质量验收标准。 5）事先计划好现场管片的存放、运输及拼装作业。要有管片的使用计划。（2）管片拼装质量保证措施 1）选取管片时要多方面考虑，选取管片时也要本着“勤纠偏、小纠偏”的原则进行，以减小片拼装时的错台。 2）确保质量合格、管片类型符合工程师指令的管片才准进洞。 3）严格按指定的拼装工艺进行拼装。 4）拼装过程中经尺量管片错台符合拼装要求后，再将管片就位。（3）管片衬砌防水质量保证措施 1）确保管片的自身防水符合设计要求，并对管片弹性密封垫入洞前进行严格的验收。 2）严格控制拼装工艺，提高管片拼装的质量。 3）在管片拼装前先于弹性密封垫上涂抹润滑剂，以减少弹性密封垫在拼装中出现的错位。 4）安装管片螺栓接头前检验止水垫圈完整方可安装螺栓。 5）盾构掘进时盾尾空隙注浆要严格控制配比，以形成稳定均匀的管片防水层。

（1）盾构施工轴线控制措施 1）所使用盾构机须装备有高度现代化的自动实时监控测量指引系统。 2）在盾构隧道施工之前，要严格按要求建立起一套严密的人工测量和自动测量控制系统，根据自动的精度和工程的精度要求决定人工控制测量和复核的内容及频率。 3）认真做好盾构机的操作控制，按“勤纠偏、小纠偏”的原则，通过严格的计算，合理选择和控制各千斤顶的行程量，从而使盾构和隧道轴线在容许偏差范围内，切不可纠偏幅度过大，以控制隧道平面与高程偏差而引起的隧道轴线折角变化不超过0.4%。 4）合理使用超挖刀和铰接千斤顶来控制盾构机轴线，从而实现对隧道轴线的线形控制。 5）管片的类型和拼装方式的控制，依据隧道中线和设计中线以及盾构机和管片的关系，通过计算修正曲线来确定管片的类型和超前量。（2）盾构施工沉降控制措施认真进行现场环境条件的调查，并结合线路的走向做好地面的监测工作。准备进行的与沉降有关的监测项目有：地表沉降监测、地面建（构）筑物变形监测、地下管线变形监测、河底沉降监测、隧道收敛监测。 1）监测点的观测频率、范围与数据处理 2）盾尾注浆压力和注浆量是直接影响地面沉降的关键因素，在施工中要严格按规定程序和下达的施工指令进行注浆操作，精确控制注浆压力和注浆量。 3）严格控制盾构机的姿态在盾构掘进施工过程中，盾构姿态变幅越大，盾构机越难控制，对地面沉降的影响也越大，要坚持“勤监测、勤纠偏、小纠偏”的原则，尽量实现盾构的平缓推进；严禁一次性大幅度纠偏，造成过大超挖和对周围土层的扰动。每次盾构机的纠偏量应不超过3cm（0.5%D）。 1.3联络通道施工质量保证措施（1）测量放线准确，从地面引测后，尽早从隧道内进行检测。（2）衬砌之间的防水板接缝严密，焊钢筋时设隔垫板保护。

盾构技术在城市地铁施工中的应用

盾构技术在城市地铁施工中的应用发表时间：2018-05-21T09:55:06.403Z 来源：《建筑模拟》2018年第2期作者：李现军[导读] 随着城市化水平的提高，城市交通压力也越来越大，为了有效缓解城市交通压力，地铁工程逐渐得到广泛应用，并成为十分重要的交通工具。天津市地下铁道集团有限公司天津市 300392摘要：现阶段，我国的经济发展的十分的迅速，科学技术水平也有了很大的提高。随着城市化水平的提高，城市交通压力也越来越大，为了有效缓解城市交通压力，地铁工程逐渐得到广泛应用，并成为十分重要的交通工具。在地铁施工中，隧道工程建设至关重要，而通过采用盾构施工技术，可以将盾构机作为隧道的掘进设备，以盾构机的盾壳作为支护，施工效果显著。因此，对盾构技术在地铁施工中的应用进行详细探究具有十分重要的现实意义。关键词：盾构技术；城市地铁施工；应用引言随着我国经济建设的大力发展，人们的生活水平大幅提高，我国人均汽车保有量实现大幅增加，汽车等现代化交通工具已经成为每个家庭的日常用品，因此大中城市的交通拥堵问题也日益严重。如何解决城市公共交通问题成为摆在决策者和建设者面前的一道难题，解决交通问题首先要做好城市轨道交通的规划和设计，其次是将轨道交通和传统交通进行有机结合，实现与常规公交车站、出租车站、火车站的无缝对接，最后是加强对市民的交通行为的教育和惩戒力度。因此修建有轨交通成为解决城市拥堵的最重要的问题。地铁作为一种先进的交通方式，具有安全性、可靠性、经济性等优点，因此备受各大城市的重视。 1盾构技术的技术特点城市地铁运用盾构施工具有很多优势，主要体现在以下几个方面：①不会对周边环境和建筑产生太大的影响。盾构在施工的过程中大部分占据场地都比较少，因此所产生的噪音危害非常小，能够确保人们的正常生活。②具有很高的施工精度。盾构掘进会选择使用先进设备进行观测工作，需要严格控制隧道的轴线偏差工作。同时衬砌管片在制作的过程中还需要合理控制误差，目前主要是将误差控制在0.5mm以内。③设备的专用线。盾构机使用过程中需要根据隧道断面参数进行控制，因此盾构机具有专用性，隧道完工后，机械不会再次进行重复使用。④存在风险性。盾构机在进行施工的时候最大的风险是施工只能前进不能后退，在掘进的过程中如果出现问题或者故障，会直接影响工程的有效开展，造成很大的经济影响。 2盾构技术在城市地铁施工中的应用 2.1管片拼装施工就目前的情况来看，盾构机的头部是生产厂商进行组装完成的，然后将整体进行运输，到达施工现场。但是目前我国的道路运输主要采用的方法是分体运输方式，将其分为了4个部分，即切削刀盘、上部盾壳、下部盾壳、主机，然后完成相应的组装工作。因为整个应用中单件重量基本都是30t左右，所以在进行起重设备的选择主要是使用龙门式起重吊机或者汽车起重机。其应用过程是：①盾构基座的安装，需要测量轴线、始发导口。②吊装盾壳，为了确保整体的安全性，需要准确进行安装。③吊装主机，将刀盘固定在主机上。④对上下部盾壳进行安装，然后完成焊接工作，结束后就完成了拼装工作。同时，需要注意的是在其中反力装置主要分为了2个部分，即固定支撑座和临时支撑垫，目前主要进行反力架支撑的是负环管片，其组成是预制的隧道管片拼接得到的。 2.2环面超前量控制措施在进行管片施工的时候需要加强检查环面超前量，这样才能有效保证管片环面与隧道轴线保持垂直状态。（1）同步注浆。本标段三个区间盾构均穿越楼房段，同步注浆浆液选用快硬性早强浆液。由于浆液的黏度较高，泌水性较小，因此在施工过程中不会出现渗漏问题。另外，浆液有较好的抗渗漏性能，浆液的后期强度高；按规程作业，注浆量充沛，地面沉降的控制可达到较佳状态。由此可见，通过使用这种快硬性早强浆液，能够有效确保施工质量，同时也能够降低施工工期，控制成本。（2）二次注浆。盾构掘进影响建筑物范围（隧道中心线左右各20m），在注浆施工中，压浆施工至关重要，因此，在压浆施工过程中，应该安排技术人员对实际施工情况进行记录，主要包括压浆量、压浆位置等，同时监理人员做好对整个过程的监督工作，从而保证施工质量。 2.3出土（1）垂直运输。在进行盾构施工前，首先需要在始发井位置布设门吊，为出土运输提供便利。（2）水平运输。对于洞内水平运输，应该采用编组列车的方式。（3）集土坑。本次集土坑设置540m3（20m×6m×4．5m），可保证盾构机掘进出土。（4）弃土运输。在盾构施工中，对于渣土，可以在夜间进行运输，首先采用挖掘机将渣土装入运输汽车中，然后再根据拟定路线进行渣土运输，在场地出渣门口，还可以设置洗车槽，对运输车辆进行清洗。 3城市地铁施工中盾构技术的优化 3.1区间隧道防水施工对于管片自防水施工，要求抗渗等级达到P10级，需要采用高强度混凝土材料进行防渗处理。对于管片接缝防水施工，需要采用橡胶弹性密封垫对管片的接缝位置进行密封，并采用千斤顶和螺栓对管片的橡胶垫进行压缩，从而提高接缝防水性。对于嵌缝密封防水施工，需要对变形量较大的衬砌环段位置采用整环嵌填处理方法，而对于其他区段，则采用内嵌填处理方法。在进行嵌缝槽密封材料选择方面，可以采用氯丁胶乳水泥进行处理。对于接缝螺栓孔防水施工，需要采用遇水膨胀橡胶密封圈进行防水处理。对于吊装孔的防水施工，在管片接缝漏水处理方面，可以采用双液注浆施工技术，当浆液凝固后即可拆除断头，并对吊装孔内的杂物进行仔细清理，并填入密封材料，最后采用防水砂浆对孔口进行封固。 3.2提高盾构施工人员的技术在进行盾构施工之前需要加强现场管理人员的管理和培训工作，使其能够熟练掌握相关技能。在进行盾构施工之前，需要对施工人员掌握施工技术的熟练度进行考核。另外，在实际应用中还需要相关人员进行施工现场的技术交底，包括施工技术难点、常见问题与预防措施等，从而确保施工人员能够充分掌握设计人员的施工意图，并在整个施工过程中加强施工人员的质量安全教育控制，从而能够有效保障盾构质量。

盾构管片拼装和姿态控制的要点

盾构管片拼装和姿态控制的要点盾构管片拼装质量和姿态控制是相互关联，密不不可分的。为保证拼装质量和姿态，我们可以从人、机、物、法、环几个方面进行控制。 1、人的控制首先人是控制工程质量的第一因素，在这里我认为主要是责任心和技能素质。责任心与自身所受的教育，家庭责任感和社会责任感及公司的管理制度有很大的关系。你的用心操作和一丝不苟的作风，将直接影响到拼装质量。所以拼装负责人和机械操作手要掌握质量标准，以质量求进度，质量不达标准不进行下一环的拼装。在技能方面，你们公司是第一次在上海做盾构，盾构机又是新购进的，人员也是新配备的，机械性能等方面都需要调试和一个熟悉的过程。这里固然有有利的因素，那就是机械性能先进，自动化程度高。但我们也要看到不利的因素，就是新的人员要驾御这匹性能还不完全熟悉的盾构机。一是需要专家的现场指导，二是在干中学学中干。并要结合实际，积累经验，达到熟练操作的程度。 2、管片拼装 1）、管片拼装的前期准备盾构推进的后座应与后壁密实贴紧，后座的环面应与推进轴线垂直，同时开口段的上半部应设有稳固的后座支撑体系。盾构在基座导轨上推进时应同步垫实管片脱出盾尾后与导轨之间的空隙，不使管片下沉，垫实材料宜用木楔。盾构的出洞施工由于后座条件的限制，一般盾构的上部千斤顶在一定期间内不能使用，为此要精心调整盾构正面土体反力以少用或不用底部范围千斤顶，防止盾构上飘以及后座因受力不均而遭破坏。当上飘较大而开口副环又没到位时，要临时在上部加支撑和使用上部千斤顶。. 盾构管片的第一环（包括副环），管片的横向轴线一定要垂直于隧道设计的纵向轴线。这一环致关重要，首次拼装一定要千万注意。施工人员要加强对前一环管片环面进行质量检查和确认，及时通知地面管片进行调整接缝弹性密封垫厚度的调整。同时本环的第一块管片定位前，应观察管片与盾构四周的空隙情况及上环管片的成果报表来决定本环的纠偏方法和纠偏量，然后确定本环第一块的拼装位置。送到盾构后续车架内的管片，要按先后顺序——由下而上，待拱底块管片就位

盾构穿越建筑物施工技术措施

盾构穿越建筑物施工技术措施【摘要】在城市地下进行盾构隧道掘进施工，有时盾构将不可避免的穿越建构筑物或地下管线，采取何种施工措施控制其变形，是地铁或其他地下工程盾构施工中不可回避的问题。本文针对成都地铁盾构在砂卵石地层穿越不同结构、基础和建设年代建筑物时所采用的技术措施进行了简单描述，希望能够对相同或接近地层的盾构施工起到借鉴作用。关键词：盾构建构筑物加固施工 1．前言：地铁工程建设所选择线路主要区段均在城市的主城区，因规划和历史原因，地铁隧道线路或将不可避免的在既有建构筑物或地下重要管线的下方穿过。但受盾构施工机理和地质情况的限制，掘进时将引起地面隆起和沉降。如沉降或隆起超过建构筑物或管线允许的变形控制极限，造成地面建构筑物和管线的变形、开裂，甚至建筑物倒塌，可能带来的纠纷对施工产生不可忽视的影响，不但影响施工进度和施工安全，并且会造成严重的社会不良影响。特别是成都砂卵石地层、含水量丰富且有粉细砂透镜体，在扰动状态下掌子面不稳定，地面沉降量和沉降速率均较大，采取何种施工措施控制建构筑物的变形是盾构施工的难点。 2．成都地铁地质情况描述：盾构隧道从<2-8>、< 3-4>、<3-7〉等砂卵石地层中通过。卵石成分主要为灰岩、砂岩、石英岩，卵石的含量达67％，中间夹杂大漂石。砂卵石具有分选性差，强度高的特点（地质情况见图1、图2所示）。隧道通过的地层含水丰富，根据钻孔揭示，隧道区间分布的卵石土及所夹透镜状砂层为地下水主要含水层，含水量丰富，含水层厚20～22 .6m，区间范围内卵石土分选性差，渗透性强。图1、基坑开挖时渣土状态图2、刀盘前掌子面土体 3．盾构施工中引起沉降的情形分析：（1）、盾构掘削面前的地层变形：盾构推力过大和出土率小而引起的挤压隆起和前移；盾构推力过小和出土率大而引起的塌陷。（2）、盾构通过时引起的地面变形：盾构盾体与土体摩擦引起的隆起和前移；刀盘超挖、盾构蛇形扰动引起的地面沉陷。（3）盾尾脱出后的地层变形：盾尾空隙不能及时填充注浆引起沉陷，因过大的注浆量和注浆压力而引起的隆起。盾尾漏水或隧道衬砌漏水引起地下水下降而发生大范围下降，盾构在软弱粘土地层扰动引起的长期固结沉降。因地层变形，邻近的地面或地下建构筑物的外在条件，支撑状态将会发生变化，建构筑物受到不同程度的影响而发生隆起、沉降、倾斜，甚至结构破坏。影响程度的大小取决于建构筑物与盾构隧道的相互关系（距盾构的位置距离、线型、施工段长度）、建构筑物结构条件、刚度、地层的特性等。 4．盾构下穿见构筑物施工的基本技术措施： 1）、盾构下穿建构筑物的技术准备工作（1）、在施工前对建构筑物、管线进行充分调查。收集有关资料，包括建构筑物的设计图纸、竣工图进行研究分析，并对建构筑物进行实地调查分析，必要时实施探槽调查的方法。（2）、经过调查后应明确建构筑物的位置、结构形式及尺寸、何种基础、建筑年代、老化程度、使用状态、产权归属、与盾构隧道的距离及相对位置关系等；对地下管线通过调查应明确管线的功能性质、材质、接口形式、管道输送介质、老化程度、埋深以及产权归属、与盾构隧道的距离及相对位置关系等基本情况。（3）、为避免盾构通过后不必要的纠纷，在盾构通过前根据建构筑物的产权情况、重要性、