盾构机姿态控制与纠偏文档格式.docx

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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

、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

1例如在盾构通过富水岩层中，管片己上浮和旋转，因此需要提前对盾构头部姿态作出调整，一般情况下会通过人工测量反馈一定的上浮量，将垂直姿态适当的下调一定的比例，如上浮100mm时，需将整体姿态向下50mm。

确保盾尾管片的姿态在控制轴线允许偏差范围内。

（2）调节量控制

一般情况下掘进调节量5mm/m以内较为合理，线性最佳，特殊情况下，可根据线路的转弯半径提前进行调节。

例如在左转时，进入转弯曲线前，需提前向左边进行适当的偏移。

因此主司机必须提前掌握整个线路的走向以及趋势，确保方向能够更加缓和的调整。

（3）趋势调节趋势一般情况下不能太大，否则会造成急于纠偏的现象，大趋势变化由大方位变化而来。

趋势要与管片银行量调整大小匹配，在管片能够调整的范围内进行调向。

也就是要跟着管片方向进行调向。

反之则容易使管片与盾尾卡死，绞接力及行程会增力口。

（4）油在工行程差

一般情况下油在工行程差不大于50mm,在特殊情况下油缸行程差值也不要大于60mm。

油缸行走的差值,直接反映了调向的快慢,例如左边的油在工行程比右边的行程多行走50mm,那么方向将向右边偏移，一般情况下调节的行走行程的差值不大于管片调形量，例如管片银行量为38mm,那么每环最大的调节行程差控制在38mm以内较为合适，否则过快的调向会造成卡盾现象

（5）铰接控制对于被动式铰接来说，铰接基本处于自由的状态，切口及盾尾的姿态趋势决定了铰接的位置状态，一般来讲，如果切口和盾尾的位置状态控制的好的情况下，则铰接的位置状态也会比较理想，如果铰接位置偏离施工轴线较小，则不需要做刻意的调整，只需要使切口保持在施工轴线附近进行推进，再控制好盾尾的姿态，则铰接也可以回到施工轴线的附近，但如果铰接偏离施工轴线比较大，则需要通过调整推进方法进行调整，一般我们采取梯形推进的方法进行调整，即以靠近施工轴线的趋势推进一段距离，然后再以平行施工轴线的趋势推进一段距离，以此方法重复进行一段距离的推进后，则铰接的位置状态一般情况下可以在较短的距离内调整到施工轴线附近。

一般情况下铰接行程在其油缸总行程的中卫左右以下，例如铰接油缸极限行程为140mm一般情况下油缸进行控制在80mm以下较为合适，但是也不易过小，控制在30mn以上。

（6）速度与调向的关系掘进速度的快慢与调向也有直接的关系，在一般情况下，速度慢对调向更为有利，因此在调向困难时，一定要放慢掘进速度已确保方向可控，并且每掘进300-500mm的油在工行程，观察姿态的变化是否与调节的方向相一致。

如果行程差在增大而方向没有任何变化或向相反的方向移动，那么需立即停机并将情况及时的反馈至相关人员进行测量核定。

3、影响盾构机姿态及隧道轴线的主要因素

在进行盾构法隧道施工中，由于盾构机是始终悬浮于原状土体之内的，整条隧道必须一次成型，不具有调整性。

所以在施工中必须事先分析好一些影响施工的主要因素，从而确定相应的解决方案，以保证隧道的整体成型质量，其中对盾构机姿态及隧道轴线的影响又是最主要的因素，需要进行系统地分析具体的解决。

主要包括以下几个方面：

（1）随地设计轴线的影响。

隧道的总体设计除了要满足地铁运行的使用要求以外，对于盾构法施工，还应在设计中充分考虑到盾构法施工的特点，发挥盾构法施工的长处，避免一些不必要的难点，以保证施工的顺利高效进行。

对于既有的隧道轴线，应充分地对设计轴线进行系统地分析研究。

对不同的设计线型，确定具体的施工方案，主要包括：

在设计轴线的基础上，结合盾构法施工的特点制定出一条指导施工的施工轴线；

确定小半径施工、穿越建构筑物及河流施工、穿越不同地层施工等特殊工况的施工方案；

确定具体的测量检测方案；

确定轴线调整预案等。

（2）隧道穿越地层的地质状况的影响

盾构机在掘进中，所穿越的地层直接影响到盾构机及隧道的整体受力情况，尤其是在两种不同的地层之间进行掘进中，盾构机的受力情况更加复杂，给掘进中的姿态控制造成了较大的难度，所以在施工中，要对隧道穿越地层的地质情况进行系统地分析，事先确定施工方案，以保证施工的顺利进行。

（3）隧道测量的影响在隧道掘进过程中，测量的正确性、准确性及精确性是至关重要的，它直接觉得了盾构机的掘进方向，所以在施工中应保证测量的万无一失，并经常进行复测，并对现有测量成果进行及时调整，保证隧道轴线的正确性。

对于管片上浮或旋转造成测量系统出现问题，此时主司机要密切注意油缸进程差值的变化以及线路是否正确，在发现异常时及时反馈至相关人员对测量系统进行校核，确保我们的“眼睛”是正确的。

重庆5号线就是出现过由于管片上浮和旋转引起的测量系统误差问题。

（4）隧道管片型式的影响管片的不同形式对隧道的掘进有着不同的影响，目前国内普遍的管片设计形式是有两种类型即全部采用鍥行量一样的通用环和采用标准环（直线环）、左转弯环、右转弯环的形式，一般设计方会出具隧道的整体管片排列图，但根据具体的施工情况会做出相应的调整，同时根据管片的不同拼装方式（主要有通缝拼装和错缝拼装），也应确定相应的施工方

（5）地表建构筑物等的影响隧道掘进过程中，地表的附着物（包括建构筑物及河流等）也会对盾构机及隧道的受力情况造成一定影响，需要进行具体分析，并确定相应的施工方案，保证隧道掘进的整体安全性及质量规范要求。

（6）设备方面的影响隧道掘进过程中是否会出现小转弯半径是设备选型方面的一个关键，因此首先要在掘进前就确定设备最小的转弯半径值以确保能够顺利通过圆曲线段。

（7）刀具更换的方面的影响一般情况下盾构设备的最小转弯半径曲线是要求在全盘是斤刀的情况下模拟的，因此在掘进前就要考虑刀具更换的位置确定相应的更换方案，己确保能够顺利的通过曲线段。

（8）铰接形式方面的影响不同型式的盾构机其具体的原理也是有一些微秒的差别，就土压平衡式盾构机而言，其区别主要表现在铰接型式上。

我们知道，现在的盾构机主要存在两种类型的铰接型式，一种是以日本、法国等国家生产的盾构机为代表的，采用的是主动式铰接型式，俗称“死绞”，这种型式的铰接，一般设置在滚钩机的中段（我们称之为“支承环”），每组铰接油缸的液压回路是独立的，可以独立操作，一般情况下是处在锁定状态的，盾构机的前后部分在铰接锁定状态下采用螺栓及销轴的机械连接，盾构机的前后部分不会产生相对的运动，是一个固定的整体，就像没有铰接一样，只有在盾构机偏离轴线较大或处于小半径曲线的掘进中，才有必要打开铰接，但铰接的打开度需要提前计算打开角度，然后按计算值将铰接打开到所设定的角度后，讲铰接锁定，然后再进行推进。

这种铰接型式在进行直线段隧道的掘进的施工中是比较有利的，操作人员在施工中可以不用考虑铰接的姿态位置，盾构机的纠偏操作也比较简单易行，在与轴线的偏差值不是特别大的情况下，可以非常有效的控制盾构机的姿态，盾构机在覆土内的运行也比较稳定，基本不会产生较大的切口上浮及下沉，但在进行小半径曲线段施工的过程中，这种铰接型式就存在机动性能不好，纠偏效果不好等弊端，并且在盾构机与轴线偏差值较大的情况下，盾构机的纠偏会比较困难，并且会使盾构及管片局部受力，造成盾构机或者管片的损伤，影响管片的成环质量以及工程的整体质量；

另一种是以德国生产的盾构机为代表的，采用的是被动式铰接型式，俗称“活铰”这种型式的铰接，一般设置在盾构机的前段与盾尾的连接处，魅族铰接油缸的液压回路是互相联通的，保持有相同的油缸压力，在推进的过程中可以进行“放松”和“拉紧”的操作，一般情况下处于“锁定”状态下，但其锁定状态与主动铰接的锁定有着本质上的区别，不是靠硬性机械连接，而是靠闭合液压回路的进出油路来起到锁定作用，每组铰接油缸的液压回路还是保持互相连通，受外力较大的铰接油缸行程会相应的逐渐伸长，受外力较小的铰接油缸行程会相应缩短，这种铰接型式，可以非常有效的起到保护管片的作用，可以适应各种型式的掘进轴线要求，具有较高的机动性，比较适应较大的变坡以及小半径隧道的施工工况，能够有效的保证管片的成环质量及隧道的整体质量，然而，由于盾尾始终处于游离状态，所以盾尾的姿态主要取决于管片的姿态，操作手在进行盾构姿态调整中，只能对其切口的高程及平面进行调整，所以如果要将盾构机的姿态调整到理想的状态，就要综合考虑切口、铰接、盾尾以及管片的相对姿态与位置，对操作手的综合素质有较高的要求，同时由于铰接部位的频繁运动，会造成铰接密封部件的较大磨损，很容易造成盾构机铰接部位密封件损坏以及的漏水漏浆，影响掘进工作的正常进行。

由于被动式铰接盾构机的姿态控制存在较高的技术要求，如果控制好的话会得到比较好的效果。

（9）其他方面的影响在掘进中，影响盾构机姿态及隧道轴线控制的因素还很多，主要包括、地下水及地下不明物、隧道自身游离偏移等，都需要在具体施工中根据具体情况进行具体的分析解决。

二、姿态控制技术

1、滚动控制

（1）刀盘旋转方向

刀盘的转速主要由地层的软硬情况来确定，一般情况下硬岩采用高转速，因此滚动角变化也会很快，这时要及时调整转向，每掘进一定的行程将进行刀盘的换向以确保滚动值在正确的范围内，不同的地层滚动值变化快慢也不同，其受到盾壳与地层间的摩擦力的影口向，一般情况下每一环都要进行几次换向，300-SOOmr须换向一次，滚动值一般控制在+—5mm/m以内，特殊情况下不要超过J10mm/m同时在掘进过程中如果发生一边转向掘进较快时请注意刀具磨损的情况。

（2）管片采取左右交叉顺序

（3）调整两腰推进油缸，使其轴线与盾构轴线不平行，增加摩擦力

2、盾构上下倾斜与水平倾斜

（1）倾斜量应控制在2°

/o以内

滚动角控制在+—10mm/m以内，滚动角太大盾构不能保持正确的姿态，影响管片的拼装质量。

可翻转刀盘来减小。

（2）通过推进油缸的调整逐步纠正盾构机切口位置的控制可以通过调节几个推进油缸区域推进压力的差值来进行调整，当两腰的推进压力基本相同时，盾构切口平面会保持向前，若两腰的推进存在差值时，则盾构切口将产生调向的趋势，盾构方向左偏时，提高左侧的油缸推力，盾构方向下偏时，提高下边的油缸推力，反之亦然。

一般在进行直线段顶进过程中，应尽量使盾构机切口的位置保持在施工轴线的，10mm~+

10mm范围之间，在盾构机姿态不好需进行纠偏时，可以适当放大切口

位置范围，但也应尽量控制在施工轴线的，20mm~+20mm范围之间,最大不应超过30mm,以免对盾构机的姿态造成进一步破坏；

在进行转弯或变坡段顶进的过程中，应才是前对切口偏移位置进行预测算，并在推进的过程中适当调整各区推进油缸的推进压力差，以保证盾构机切口在推进的过程中始终保持在施工轴线的允许偏差范围内，一般情况下，我们会将允许偏差范围向曲线的中心方向作适度的偏移，以保证盾构机能够较好的控制在施工轴线附近。

三、具体情况下的姿态控制

1、直线段的姿态控制

在进行直线段的推进时，应尽量控制切口位置保持在施工轴线的，10mm~+10mm范围之间最大控制在施工轴线的－20mm~+20mm范围之间，左右两侧的推力应始终保持一致，并根据实际的刀盘受力情况作微小调整，使两侧油缸行程保持一致，左右油缸行程差值最大不应超过50mm合理控制铰接及盾尾位置，使之位置偏差亦控制在-20一+20mm的偏差范围之内，如出现超出偏差范围的情况，应及时作纠偏处理，纠偏时切口的位置亦要保持在—20一+20mm的偏差范围之内，严禁在纠偏过程中过大的调整切口位置，造成后续推进中的姿态失控；

绞接油缸的行程应始终控制在30-80mm的范围之内，并且左右的绞接油缸行程差值不应超过10mm,如果出现超出偏差范围的情况，应及时作

纠偏处理，以保证绞接部位能够起到正常的保护调整作用，避免绞接部件的局部受损。

2、圆曲线段的姿态控制

圆曲线段的姿态控制在进行圆曲线段的推进时，应提前计算好左右油缸行程的超前量。

超前量的值可以通过计算求出，也可以通过AutoCAD绘图直接量取。

在推进过程中，切口的控制中心应向着因曲线的圆心方向作出一定量的偏移。

偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，推进中应控制切口位置保持在设定的控制中心附近，正常施工时的误差不应超过-10-+10mn,最大应控制在-20-+20mm间，左右两侧的油在工推力应始终保持有一定的差值，并根据实际的刀盘受力情况作微小调整，使两侧油在工行程差值与才是前计算得出的超前量的值保持一致，左右油缸行程差值与超前量之间的最大误差不应超过10mm。

按照设计部门给出的曲线段的管片排列图进行管片选型拼装，并祝具体的施工情况进行管片处理，通过换形传力衬垫对管片姿态进行微量调整，并控制好环面平整度及喇叭度。

合理控制绞接及盾尾位置，盾尾的控制中心应向着圆曲线的圆心方向作出一定量的偏移，偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，盾尾（绞接）的控制中心应向着背离圆曲线圆心的方向作出一定量的偏移，偏移量的大小视圆曲线的半径大小而定，半径越小偏移量越大，推进中应控制盾尾及绞接位置保持在设定的控制中心附

近，位置偏差亦控制在-20-+20mm的偏差范围之内，如出现超出偏差范围的情况，应及时作纠偏处理，纠偏时切口的位置亦要保持在-20-+20mm的偏差范围之内，严禁在纠偏过程中过大的调整切口位置，造成后续推进中的姿态失控；

绞接油在工的行程应始终控制在40-100mm勺范围之内，如果出现超出范围的情况，应及时作纠偏处理，以保证绞接部位能够起到正常的保护调整作用，避免绞接部件的局部受损。

3、竖曲线上的姿态控制

竖曲线上的姿态控制相对比较简单，主要控制好盾构的坡度变化，在进行直线段的推进时，应尽量控制切口位置保持在轴线附近，正常施工时的误差不应超过-10-+1Omni最大应控制在-20-+20mm之间，同时控制盾构机坡度与设计轴线纵坡基本保持一致，最大误差不应超过2%，应根据实际盾构坡度值调整好上下两组推进油在工的推进油压，使盾构机的坡度保持在稳定的状态下，并根据实际的刀盘受力情况作微小调整，使上下油缸行程保持一致，上下油在工行程差值最大不应超过50mm,合理控制绞接及盾尾位置，使之位置偏差亦控制在—20-+20mm

的偏差范围之内，如出现超出偏差范围的情况，应及时作纠偏处理，纠偏时切口的位置亦要保持在—20-+20mm的偏差范围之内，严禁在纠偏过程中过大的调整切口位置,造成后续推进中的姿态失控；

绞接油在工的行程应始终控制在30-80mm的范围之内,并且上下的绞接油在工行程差值不应超过10mm,如果出现超出偏差范围的情况，应及时作纠偏处理，以保证绞接部位能够起到正常的保护调整作用，避免绞接部件的局部受损。

4、均一地质情况下的姿态控制

一般情况下，盾构方向偏差控制在20mn之内，缓和曲线及园曲线段控制在30mm以内，曲线半径越小，控制难度越大。

这将受到设备状况，地质条件及施工操作等多方面因素影响，在地质均一的地层中控制姿态较容易，方向偏角（趋势）一般控制在5mm/m以内，特殊情况下控制在10mm/m以内。

否则会带来管片错台破损等不利后果。

5、上下软硬不均的地质且存在园曲线段的线路

当开挖面存在上下不均时，为防止盾构机机头下垂，一般情况下要保持上仰姿态，掘进时注意上下两端及左右两端的油在工行程差，一般控制在50mm以内，特殊情况下一般不超过60mm。

6、左右软硬不均且存在园曲线段的线路

当存在左右不均且又处于园曲线时，盾构机的方向控制将会比较困难。

在此情况下，可适当的降低掘进速度，合理的分自己各区域油在工压力。

必要时，可将水平偏移角放宽至10mm/m以加大盾构结构向力度。

当以上操作均无效时，可通过换刀作业增加开挖面的方式来调整方向。

因此在盾构过圆曲线段前，一方面要提前进行方向的调整，另一方面要在适合的地点进行换刀作业，确保能够顺利的通过。

7、始发段掘进调向

（1）最初掘进的10米

此时由于盾构掘进的反力由反力架提供，而盾构机的外壳摩擦力也不足，因此防止盾壳的滚动是比阶段的主要问题。

在一般情况下都采取低转述，低掘进速度进行掘进。

方向的调节主要受控于始发架的定位以及导轨的情况。

因此在始发段掘进前一定要先安装导轨才能进行掘进否则肯定会出现机头下垂，无法调向的现象。

始发段一般不进行调向，尤其是在推进反力不足的情况下，每组油在工都要有压力，以防止管片挤压不紧而造成的管片错台破损。

（2）10米至100米

此时已经可以初步调向且主机已经全部进入土休，但是由于反力不足，我们只能进行一个方向的调节，而另外的一个方向只能维持。

通常情况下，为了防止盾构机机头下垂，底部油在工的压力会相对较大，而其他的油缸压力较为平均。

8、掘进100m至贯通前50m的调向

此段掘进为正段掘进，推力等相关参数都正常，因此严格按照调向原则进行调向即可。

9、贯通前50米的调向

一般情况下盾构姿态已经被调节至设计中线附近，但是在姿态没有调节至设计中线偏差范围内时，此时就需要加大调向力度，先将刀盘姿态调节至偏差范围以内保证盾构能够顺利掘出洞门。

一般情况下贯通前最后10m，推力将逐渐减小，调向会比较困难，通常是维持盾构姿态。

因此在出洞10m前时刀盘必须调整到预定的姿态。

否则需增加推力进行调向，这样就为贯通带来不必要的隐患。

例如提前将掌子面掘塌等，严重时会造成洞门侧墙的不安全。

10、盾构机的纠偏

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，封顶块要才并装在行程最短的一侧，其次要看盾构机的姿态，1f忖口盾构机向右，而右侧的行程又最大，那就得要看弟三个考虑的因素--绞接，这个因素也是最容易让人忽咯的一个，如果右侧绞接最小，那么才并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，如果左侧的绞接最小，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

±

10，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。

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。

11、纠偏的方法

（1）摆头、大摆尾。

这种情况，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，这种情况主要多出现在方向回调的阶段，因此要注意回调的力度。

同时这种情况会对掘进速度是有一定影口向的，对下一环的掘进也将产生不利的影口向，如果盾尾处的问隙很小，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在工的有效推力，同时还会加大管片间的内力使得管片损坏或错台严重。

（2）摆头、小摆尾。

这种情况就是，前点变化明显，使得一侧的掌子面土体严重起挖，

并使掌子面土体的内聚力增加，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。

这种情况多出现在急纠的第二阶段，当前点向轴线方向移动较快，而后点由于管片等卡住调向缓慢而引起，因此要及时的回调油在工压力。

（3）大摆头、大摆尾。

这种情况就是，前点变化明显，后点也变化明显，这种情况多出现在大方向纠偏的开始阶段，当前点向轴线移动，后点会继续想轴线相反方向移动这几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三者平衡点，但要保证的是尽量使盾构机减少对土体的抗动同时保证盾尾与管片之间问隙不要过小防止卡盾。

四、异常情况下的纠偏

1、绞接力增大，行程增大

这是由于盾尾发卡造成的，我们一定要判断盾尾发卡的原因，管片与盾尾间隙过小或者土体与盾尾摩擦力过大造成。

判断的依据由现场盾尾间隙测量的结果来判定。

由土体与盾尾摩擦力增加而造成的卡盾，我们要及时的进行绞接油缸的收放，同时在盾尾部位注入适量的膨润土增加润滑。

在间隙过小的情况下我们要及时调整方向，同时在管片选型上作出调整，及时减小绞接压力，不得己的情况下还需增加辅助油缸等措施来进行脱困。

在重庆多次发生卡盾现象一方面是由于刀具更换不及时造成，另一方面是由于长时间的停机砂浆凝固而造成，我们要及时判断卡盾的原因找出问题的根结及时作出调整。

2、油缸行程差过大

油在工行程差过大是由于多种因素造成，其中最主要的因素