盾构姿态控制及同步注浆1124

1、盾构姿态控制盾构姿态控制 及同步注浆技术及同步注浆技术章龙管章龙管中铁隧道股份有限公司中铁隧道股份有限公司1 盾构姿态控制盾构姿态控制1.1 姿态控制目标：姿态控制目标： 目标：目标：地铁隧道施工规范要求盾构姿态的最大偏差：地铁隧道施工规范要求盾构姿态的最大偏差： 水平水平：50mm 高程高程：50mm 1 盾构姿态控制盾构姿态控制1.1 姿态控制目标：姿态控制目标： 纠偏原则：纠偏原则：（1）偏离量增加之前及早修正）偏离量增加之前及早修正（2）勤纠、量小。）勤纠、量小。（3）遵循偏离量的管理值和允许值）遵循偏离量的管理值和允许值 （4）确保管片质量）确保管片质量和盾尾间隙和盾尾间隙 1 盾构

2、姿态控制盾构姿态控制1.2 姿态控制基准：姿态控制基准： 管理基准：管理基准： 定为最大允许偏差的定为最大允许偏差的60，及达到上限时必须纠偏。，及达到上限时必须纠偏。具体项目如下：具体项目如下： 水平和高程均为水平和高程均为30mm 趋势大于趋势大于1。 盾尾间隙过盾尾间隙过小于小于50mm时（海瑞克盾构）时（海瑞克盾构）1 盾构姿态控制盾构姿态控制1.3 最大单次纠偏量的确定最大单次纠偏量的确定 掘进每环（掘进每环（1.5米）米） 水平和高程变化量水平和高程变化量6mm 趋势变化小于趋势变化小于0.31 盾构姿态控制盾构姿态控制1.4 纠偏主要方法纠偏主要方法： （1）改变分区千斤顶压力）

3、改变分区千斤顶压力 a、滚动纠偏：采用刀盘反转的方法进行滚、滚动纠偏：采用刀盘反转的方法进行滚动纠偏。动纠偏。 b、竖直方向纠偏：盾构机抬头时，可加大、竖直方向纠偏：盾构机抬头时，可加大上部千斤顶的推度进行纠偏；盾构机叩头上部千斤顶的推度进行纠偏；盾构机叩头时，可加大下部千斤顶的推度进行纠偏。时，可加大下部千斤顶的推度进行纠偏。 c、水平方向纠偏：向左偏时，加大左侧千、水平方向纠偏：向左偏时，加大左侧千斤顶推度；向右偏时，加大右侧千斤顶推斤顶推度；向右偏时，加大右侧千斤顶推度。度。 （2）管片合理选型，拼装转弯环管片合理选型，拼装转弯环 1 盾构姿态控制盾构姿态控制1.5辅助纠偏措施辅助纠偏措

4、施 （1 1）单侧注浆）单侧注浆（2 2）铰铰接装置的利用接装置的利用 1 盾构姿态控制盾构姿态控制1.6小半径曲线掘进姿态控制小半径曲线掘进姿态控制 1.6.1难点分析：难点分析：（1）掘进时隧道轴线控制难度大、纠偏困难）掘进时隧道轴线控制难度大、纠偏困难 盾构机本身为直线形刚体，不能和曲线完全拟合。曲线盾构机本身为直线形刚体，不能和曲线完全拟合。曲线半径越小，掘进时左、右两侧油缸形成的压力差越大，半径越小，掘进时左、右两侧油缸形成的压力差越大，造成管片受力不均匀，轴线控制和纠偏难度增大。造成管片受力不均匀，轴线控制和纠偏难度增大。 1 盾构姿态控制盾构姿态控制n（2）管片容易在水平力作用下

5、发生较大的位移，造成管片侵限）管片容易在水平力作用下发生较大的位移，造成管片侵限现象现象n 隧道管片衬砌轴线因推进水平分力而向曲线外侧偏移，如图隧道管片衬砌轴线因推进水平分力而向曲线外侧偏移，如图在小半径曲线隧道中盾构机每掘进一环，由于管片端面与该处轴在小半径曲线隧道中盾构机每掘进一环，由于管片端面与该处轴线产生夹角，在千斤顶的推力作用下产生一个水平分力，使管环线产生夹角，在千斤顶的推力作用下产生一个水平分力，使管环脱出盾尾后，受到侧向分力的影响而向曲线外侧偏移。脱出盾尾后，受到侧向分力的影响而向曲线外侧偏移。1 盾构姿态控制盾构姿态控制n（3）管片之间易发生错台。管片易产生开裂和破损，严重者

6、漏）管片之间易发生错台。管片易产生开裂和破损，严重者漏水水n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。还有一个破裂原个薄弱点如下图，使得相当多的管片因此

7、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处混凝土产生剪切作用，使该处的混凝土开裂。近处混凝土产生剪切作用，使该处的混凝土开裂。n过小半径曲线段漏水现象严重的原因大致如下：管片错台导致过小半径曲线段漏水现象严重的原因大致如下：管片错台导致止水胶条衔接不紧密；拼装效果不好和止水胶条的破坏；管止水胶条衔接不紧密；拼装效果不好和止水胶条的破坏；管环外侧的混凝土开裂（转弯段因盾尾间隙减小过多，使得管片被环外侧的混凝土开裂（转弯段因盾尾间隙减小过多，使得管片被盾尾钢环刮坏）。盾尾钢环刮坏）。1 盾构姿态控制盾构姿

8、态控制1 盾构姿态控制盾构姿态控制n1.6.2解决措施解决措施n小半径转弯的姿态控制，主要从盾构设备（铰接装置）、管片选小半径转弯的姿态控制，主要从盾构设备（铰接装置）、管片选型和拼装等方面来解决，特别是同步注浆和二次双液注浆相结合型和拼装等方面来解决，特别是同步注浆和二次双液注浆相结合，及时填充围岩空隙保证土体稳定，保证小半径圆曲线段成型管，及时填充围岩空隙保证土体稳定，保证小半径圆曲线段成型管片不出现侧向移动。片不出现侧向移动。n（1）纠偏与隧道轴线控制）纠偏与隧道轴线控制n合理利用盾尾铰接油缸，缓解盾构曲线调整；合理利用盾尾铰接油缸，缓解盾构曲线调整；n掌握好左右两侧油缸的推力差，尽量地

9、减小整体推力，实现慢掌握好左右两侧油缸的推力差，尽量地减小整体推力，实现慢速急转；速急转；1 盾构姿态控制盾构姿态控制n盾构司机根据地质情况和线路走向趋势，使盾构机提前进入相盾构司机根据地质情况和线路走向趋势，使盾构机提前进入相应地预备姿态，减少之后的因不良姿态引起的纠偏。应地预备姿态，减少之后的因不良姿态引起的纠偏。n加密加勤加密加勤VMT移站测量，避免由此产生的轴线误差。移站测量，避免由此产生的轴线误差。n根据曲线的特点做好管片选型。根据曲线的特点做好管片选型。n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VMT系统调整盾构机姿态

10、为：垂直方向控制在系统调整盾构机姿态为：垂直方向控制在-30-40mm之之间，水平视平方向应控制在间，水平视平方向应控制在0+15mm之间。根据管片监测情之间。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况，如管片上浮量较大，则垂直偏差可调整为-40-50mm之间之间。同时应加密。同时应加密VMT移站频率，减少移站后出现的轴向偏差。移站频率，减少移站后出现的轴向偏差。激光导向系统指示图激光导向系统指示图1 盾构姿态控制盾构姿态控制n（2）控制管片水平移动和侵限）控制管片水平移动和侵限n进入缓和曲线段时，将盾构机姿态往曲线内侧（靠圆心侧）偏进入缓和曲线段时，将盾构机姿态往曲线内侧（靠圆

11、心侧）偏移移1520mm，形成反向预偏移，这样可以抵消之后管片的往，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。曲线外侧（背圆心侧）的偏移。n减小油缸推力。减小油缸推力。n在中风化泥岩地层中小半径圆曲线掘进的过程中，减小盾构推力在中风化泥岩地层中小半径圆曲线掘进的过程中，减小盾构推力。中风化泥岩采用半气压模式时推力可控制在。中风化泥岩采用半气压模式时推力可控制在700900t；n在管片偏移的方向额外进行注浆，达到一定的压力以抵抗管片在管片偏移的方向额外进行注浆，达到一定的压力以抵抗管片的偏移。待浆液凝固后，则管片位置基本已经确定下来了。的偏移。待浆液凝固后，则管片位置基

12、本已经确定下来了。n注浆的位置选择注浆的位置选择2点和点和3点手孔为宜（左转弯），不但可以抵抗点手孔为宜（左转弯），不但可以抵抗管片水平偏移，还可以抵抗管片的上浮。如下图管片水平偏移，还可以抵抗管片的上浮。如下图1 盾构姿态控制盾构姿态控制1 盾构姿态控制盾构姿态控制n（3）尽量避免大的错台和破损。）尽量避免大的错台和破损。n油缸推力不要太大，尤其曲线外侧（背圆心侧）油缸，由于要油缸推力不要太大，尤其曲线外侧（背圆心侧）油缸，由于要加大推力来增加左右两侧油缸推力差，从而实现盾构机转弯。但加大推力来增加左右两侧油缸推力差，从而实现盾构机转弯。但是，在加大油缸推力的同时，一定要注意管片的承受能力，

13、避免是，在加大油缸推力的同时，一定要注意管片的承受能力，避免由此造成的管片破裂。由此造成的管片破裂。n由于曲线外侧油缸推力较大，注意不要突然加力或者突然释放由于曲线外侧油缸推力较大，注意不要突然加力或者突然释放推力，这样也会造成管片的破裂。推力，这样也会造成管片的破裂。n掘进的时候，把复紧螺栓这道工序做到位，有效的防止错台的掘进的时候，把复紧螺栓这道工序做到位，有效的防止错台的发生。发生。n提高管片拼装手的水平，避免因拼装不到位产生的错台。提高管片拼装手的水平，避免因拼装不到位产生的错台。n注意保持良好的盾尾间隙状态，避免盾尾钢环刮坏管片。调整注意保持良好的盾尾间隙状态，避免盾尾钢环刮坏管片。

14、调整好油缸撑靴的位置，尽量使撑靴完全作用在管片上。好油缸撑靴的位置，尽量使撑靴完全作用在管片上。1 盾构姿态控制盾构姿态控制（4）减少漏水。）减少漏水。n减小错台，使止水胶条对接紧密，达到良好的止水效果。减小错台，使止水胶条对接紧密，达到良好的止水效果。n拧紧螺栓，压紧止水胶条。拧紧螺栓，压紧止水胶条。n检查止水胶条，保证其完整、牢固。拼装前，用水清洗止水胶检查止水胶条，保证其完整、牢固。拼装前，用水清洗止水胶条，避免因止水胶条之间挤有杂物而影响止水效果。条，避免因止水胶条之间挤有杂物而影响止水效果。n注意保持好盾尾间隙，避免盾尾钢环刮坏管片，使裂隙绕过止注意保持好盾尾间隙，避免盾尾钢环刮坏管

15、片，使裂隙绕过止水条而形成漏水。水条而形成漏水。2、同步注浆、同步注浆2.1 注浆目的注浆目的（1）及时充填推进留下的空隙，有效地控制地表）及时充填推进留下的空隙，有效地控制地表沉降；沉降；（2）加强防水、防止泥沙流入；）加强防水、防止泥沙流入；（3）使管片外侧的土体尽快趋于稳定，防止隧道）使管片外侧的土体尽快趋于稳定，防止隧道变形；变形；2.2 注浆方式注浆方式掘进开始后，通过盾构机自带的同步注浆系统进行掘进开始后，通过盾构机自带的同步注浆系统进行同步注浆。同步注浆。2、同步注浆、同步注浆2.3 注浆材料及浆液性能注浆材料及浆液性能 2.3.2 浆液要求浆液要求（1）流动性好，满足泵送要求；

16、）流动性好，满足泵送要求；（2）和易性，不易离析；）和易性，不易离析；（3）达到一定的强度；）达到一定的强度；同步注浆的浆液主要有单液浆。同步注浆的浆液主要有单液浆。补充注浆的浆液主要有单液浆和双液浆，一般情况下采补充注浆的浆液主要有单液浆和双液浆，一般情况下采用双液浆用双液浆。 2.3.1 浆液类型浆液类型2、同步注浆、同步注浆2.3 注浆材料及浆液性能注浆材料及浆液性能主要原材为：水泥、砂、粉煤灰、膨润土和水。材料要求见下表：主要原材为：水泥、砂、粉煤灰、膨润土和水。材料要求见下表： 2.3.3 注浆材料注浆材料水泥 普通硅酸盐水泥42.5 粉煤灰 一般二级 膨润土 95通过 200目筛，

17、膨率1820ml/g 砂 细砂，通过5mm筛孔 水 生活用水 外掺剂 2、同步注浆、同步注浆2.3 注浆材料及浆液性能注浆材料及浆液性能典型配比典型配比 2.3.4 配比配比水泥水泥（Kg)粉煤灰粉煤灰（Kg)膨润土膨润土（Kg)砂砂（Kg)水水（Kg)石膏石膏（Kg)12633072720480202、同步注浆、同步注浆2.3 注浆材料及浆液性能注浆材料及浆液性能 2.3.5 浆液性能浆液性能项目 性能标准 稠度（cm） 10.511.5 初凝值 1624h 泌水率 3 抗压强度 R70.1MPa，R280.51MPa 比重 1.750.5 2、同步注浆、同步注浆 盾尾注浆管 盾尾 浆液注入

18、范围 2.4 注浆方法注浆方法 2.4.1 注浆点注浆点一般配置一般配置4个或个或8个（个（4个备用），均匀分布。个备用），均匀分布。 2.4.1 注浆时间注浆时间 注浆可根据需要采用手动控制方式，自动控制方式即预先设定注注浆可根据需要采用手动控制方式，自动控制方式即预先设定注浆压力，由控制程序自动调整注浆速度，当注浆压力达到设定值时，浆压力，由控制程序自动调整注浆速度，当注浆压力达到设定值时，自行停止注浆。手动控制方式则由人工根据掘进情况随时调整注浆流自行停止注浆。手动控制方式则由人工根据掘进情况随时调整注浆流量，以防注浆速度过快，而影响注浆效果。量，以防注浆速度过快，而影响注浆效果。 2.

19、4.1 注浆控制方式注浆控制方式 根据盾构机推进速度，同步注浆以每循环达到总注浆量而均匀对称根据盾构机推进速度，同步注浆以每循环达到总注浆量而均匀对称注入，盾构机推进开始注浆开始，推进完毕注浆结束。注入，盾构机推进开始注浆开始，推进完毕注浆结束。2、同步注浆、同步注浆2.5 注浆控制措施注浆控制措施 2.5.1 注浆压力注浆压力 同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压及土同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压及土压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道

20、本身的沉片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大。不充足，会使地表变形增大。 通常同步注浆压力一般为比土压力高通常同步注浆压力一般为比土压力高0.10.2MPa，一般为，一般为上部为上部为0.150.2Mpa，下部为，下部为0.20.3MPa2、同步注浆、同步注浆2.5 注浆控制措施注浆控制措施 2.5.2 注浆量注浆量 因地质、盾尾间隙、是否在曲线段等因素，注浆率有所不同。因地质、盾尾间隙、是否在曲线段等因素，注浆率有所不同。 一般一般情况下

21、，注浆率情况下，注浆率1.32.5，并应通过地面变形观测来调节。，并应通过地面变形观测来调节。 砂卵石砂卵石地层土压平衡盾构一般为地层土压平衡盾构一般为1.5，同步注浆量在，同步注浆量在6m3左右。左右。 Q=VQ=V 式中：式中： Q Q注入量注入量（m m3 3） 注浆率注浆率 V V盾尾建筑空隙（盾尾建筑空隙（m m3 3） V=V=（D D2 2- -d d2 2）L/4L/4 式中：式中： D D盾构切削土体直径（即为刀盘直径盾构切削土体直径（即为刀盘直径6.36.30 0m m） d d管片外径（管片外径（6.6.0 0m m） 2、同步注浆、同步注浆2.5 注浆控制措施注浆控制措施 2.5.3 注浆设备清洗注浆设备清洗 每个作业班组应清洗一次注浆管路，防每个作业班组应清洗一次注浆管路，防止长时间砂浆凝结在管壁四周堵塞管路。止长时间砂浆凝结在管壁四周堵塞管路。 每天对砂浆运输罐和储存罐进行彻底清洗。每天对砂浆运输罐和储存罐进行彻底清洗。2、同步注浆、同步注浆2.5形成的内业资料形成的内业资料（1）拌浆记录）拌浆记录（2）注浆记录）注浆记录（3）拌浆质量抽查记录）拌浆质量抽查记录2、同步注浆、同步注浆2.5 漏浆的预防措施漏浆的预防措施（1）加强姿态管理，防止单侧盾尾间隙过大）加强姿态管理，防止单侧盾尾间隙过大（2）加强盾尾油脂的压