地铁工程盾构隧道轴线蛇形偏移量状态的及控制

盾构隧道蛇形状态分析及控制中铁十四局xxx地铁项目部xxx摘要：盾构隧道轴线蛇形偏移量控制是确保隧道线型符合设计要求和隧道建筑限界的关键，文章从维尔特土压平衡盾构机姿态和蛇形运动、盾构掘进参数、衬背注浆、小半径曲线隧道掘进及盾构始发出洞控制等影响因素着手，对盾构隧道呈蛇形状态的原因进行了分析研究，并提出了控制措施。关键词：盾构隧道，盾构机姿态，蛇形纠偏，轴线控制引言近年来在我国城市地铁建设中，常常会遇到盾构隧道在施工阶段蛇形偏移过量的问题，严重者甚至要通过调线等来满足线路设计要求。盾构隧道轴线控制是确保隧道线型符合设计要求、满足隧道建筑限界的关键。在盾构掘进过程中，盾构隧道轴线蛇形偏移量过大，其原因主要有两大因素：一是盾构机在掘进过程中的运动轨迹实际上是一条蛇形运动轨迹，始终围绕着隧道设计轴线作蛇形运动，要通过不断调整各分区油缸千斤顶的推力来让盾构机运动中不断逐渐靠近隧道设计轴线，致使刚拼装成型的衬砌管片就可能已经偏离了设计轴线；二是盾构施工中存在很多不确定因素，致使成型隧道受到较多不确定外力作用而发生不确定的位移变形。盾构隧道呈蛇形状态的原因分析盾构始发出洞控制盾构出洞段施工盾构始发托架安装坡度控制不理想，盾构始发出洞阶段施工参数控制不良，导致盾构机姿态和轴线偏移量在始发时处于不良状态。即使后续调整施工参数，将盾构机轴线调整到隧道设计轴线，此时已完成的隧道衬砌的实际状态也已经偏离了设计轴线。盾构机姿态及蛇形运动的影响盾构隧道是由逐环管片成环位置连贯组合而成，管片是在盾尾拼装成环的，故盾构机轴线状态决定了成型隧道的状态，是决定盾构隧道蛇形变化的关键因素。管片成环的空间位置受到掘进后盾构机位置的限制，因为，即使盾构机姿态偏差值太大，为了不使管片难于拼装、保护盾尾刷和管片不受损坏，也必须根据盾尾间隙等进行管片选型，使管片中线与盾构机中线保持一致。因此盾构机的蛇形运动必然导致盾构隧道的蛇形状态，控制好盾构机的蛇形运动即可有效控制隧道的蛇形摆动。另外，盾构掘进蛇形摆动越大，对地层的扰动也越大，容易造成较长时间的后期沉降变形，使成型隧道受地层作用而发生较大位移变形。由此可以认为只有控制好盾构掘进轴线，减小盾构机蛇形偏移量，才能保证将管片拼装在理想的位置，有效减小成型隧道的蛇形状态。盾构机产生蛇形运动的原因地质条件因素由于地层土质不均匀，以及地层中有卵石或其他障碍物，造成开挖掌子面及盾构机四周阻力不一致。而盾构机推进千斤顶的推力是被动应对的，当某组千斤顶处阻力变大时，该组千斤顶的油压随之增大，推力也增大，但被动的推力变化具有滞后性。使得增大推力后的该组千斤顶的推进速度与其他阻力较小的千斤顶的推进速度也不能达到相同大小，必然导致盾构机掘进方向发生一定偏差。盾构机操作因素盾构机推进千斤顶分为4组，盾构掘进施工中各组千斤顶推力大小由操作手根据盾构机位置姿态与隧道设计轴线的相对关系来调整确定，盾构机各组千斤顶所需推力与操作手设定的推力必然存在一定偏差，导致盾构机掘进方向发生偏差。机械设备因素由于盾构机机械设备加工精度误差造成千斤顶伸出阻力不一致，使各千斤顶工作不同步。曲线段推进对轴线的影响趴盾构品机碰在签曲线段（尤其栽是小半径曲线纷段）斩中向前推进，拍盾构蒙掘进等环环都在纠偏北，僵推进奥千斤顶散对成型管片勇的斗反作用力在隧析道轴线的垂直议向外方向分力大较大，易使隧广道鼻衬砌悲管片发生侧向弱位移，即隧道诸轴线偏离盾构班掘进轴线浅，增大了隧道净衬砌管片的蛇评形偏移量愈。体同步注浆对轴割线控制的影响惯盾构联掘进秧施工时谜，禾盾构开挖直径责大于管片外径论，使跌衬砌域管片与围岩之惰间存在建筑间四隙，撞管片脱出盾尾捞后，咽周围帆土体全部塌落叨到管片结构需薪要一定时间和提过程，如不及柜时校注浆宜填皱充舱此空间，脱出洗盾尾的车衬砌撒管片周围处于躬无约束的地下至水的包围状态稠，给管片的位议移提供了可能读的条件椒，使壮隧道轴线不规昌则地偏离设计格轴线，形成盾茄构隧道的蛇形备状态。警盾构掘进参数舍对隧道蛇形状聋态的影响岗掘进参数的选缩择决定了盾构葡掘进施工对地拔层的扰动程度依，地层若受到励过度扰动，易屑产生长时间的设沉降变形，进摆而增大隧道蛇舌形变形量。数盾构隧道蛇形带状态控制可盾构始发出洞毕控制辣由于盾构机刀胀盘较重，且始晕发时刀盘有一虑段处于悬空状楚态，故一般啦盾构机泽始发时创容易出现柳“跑叩菌头麻”佳现象令。为了勤使盾构始发化时疤出现裹“船叩让头陕”披现象词后盾构机岂姿态嘉仍能兼处于良好状态原，需要劲人为地鸦调整也盾构多始发托架诉安放坡度顷：若隧道始发始段设计轴线为韵下坡，则将始纲发托架坡度相胸对设计轴线调许缓；若隧道始助发段设计轴线虾为上坡，则将新始发托架坡度纠相对设计轴线秩调陡。坡度调卖整量级为悠2锦‰骗左右。调整后颗盾构机姿态应系是盾构机刀盘蒜中线比设计轴劲线高，盾尾中蕉线与设计轴线另相平。姓另外，在悬空痛段铺设钢导轨梯，以控制盾构劳机殖“汉叩并头妖”沟趋势。在盾构机浩姿态及盖蛇形运动露控制鹅盾构机姿态控富制陕盾构机的姿态享控制包括机体截滚转控制和方费向控制，在掘奉进过程中，根惠据自动导向系鼠统煎PP识S结电脑屏幕上显的示的数据，盾贿构机操作手通笔过合理调整各尺分区蛛油缸千斤顶的茫推力及刀盘转哥向来调整盾构弱机的姿态，纽尽可能地使其敢沿隧道轴线作厦小量的蛇形运萄动汪。介盾构机姿态火控制短主要有更盾构机滚角控兵制和盾构机方称向控制。本盾构机滚角控乖制端盾构机滚角应门控制算在既±0.樱5航％以内，滚角蚂值太大，会使旬盾构机不能保谋持正确的姿态症，影响管片拼稳装质量。盾构灰机滚角的控制慌，主要通过正里反转刀盘来调杏整盾体的扭转域方向，从而减跑小滚角值。凳盾构机方向控存制浑盾构机的结构服和施工方式决两定了盾构机的熄转弯能力有限肚，一般最小转焦弯半径不能小胀于徒40慰D萌（嗽D僻为隧道开挖直远径）果，因此盾构机覆所处的位置方饼向就确定了盾掠构机的前进方视向，根据盾构役机所处的位置触方向即可预测存盾构的运动轨律迹和轴线最大复偏移量。盾构巷机方向控制的供原则是使盾构偿机急轴线平行并靠这近设计轴线屠。盾构机方向凶控制有以下几扩种情况：旧a经．井当盾构机位置肌方向如领图宽1竭所示，盾构机日在设计轴线右彻侧，方向向右弄偏，此时就需扯提弃高右侧千斤顶候分区的推力，有使盾构机方向练转向设计轴线控。但盾构机运牵动趋势仍是远类离设计轴线向停右运动，故盾闸构机偏移量还币将继续增大专，之后才能呆逐渐咳向设计轴线靠伯近膨。南b羽．恳当盾构机位置玉方向如啊图宁2寸所示，盾构机溉在设计轴线右伸侧，方向向左束偏，盾构机已保有向设计轴线推运动的趋势，衰此时则需要原根据盾构机运眨动趋势宾适当提高左侧名千斤顶分区的椒推力，使盾构狸机乒掘进潜方向缓慢转向写设计轴线方向扯，以免盾构机帮保持现有方向某而运动到设计梯轴线左侧，加韵大盾构机运动在的蛇形量。仗盾构机其他位吼置和方向的控蛾制同理。切图组1浙厘盾构机与设计后轴线位置关系抱示意哄图友旧云图食2撇播盾构机与设计程轴线位置关系砖示意图绝盾构机蛇形罢纠偏战盾构机蛇形纠贼偏的目的是尽造量使盾构机沿叼隧道设计轴线统前进，减小盾笼构机运动轨迹凯的蛇形量。拍盾构宪机障轴线控制从空仙间上分为平面消控制和高程控丸制，盾构搭机肤轴线控制他一般情况下是裂根据自动导向机系呈统多PP厨S陪电脑屏幕上显币示的数据控制艺盾构机沿设计卖轴线前进。司盾构机蛇形纠议偏的原则是必怠须有计轧划、有步骤，陵切忌出现偏差咸就猛纠猛调。皂猛纠猛调将容菠易增大隧道膏蛇形摆动。还袋可能造成工程棒交工之后的调眼线调坡困难，准将严重影响线难路投入运营。宜盾构机远轴线填蛇形奶纠偏有水平纠唐偏巧和车高程纠偏，危盾构机药轴线宫蛇形恳纠偏熄的具体措施有绸以下方式：腰一般轴线蛇形谅纠偏控制纪a型．学调整每各区千斤顶推霸力乳通过讽调整有各区千斤顶推剂力，使千斤顶消合力位置与外坛阻力合力位置裁组成一个有利挂于纠偏的合力搞偶，从而调整凉盾构机水平位冰置和竖直位置岸，使盾构机尽书量靠近隧道设垄计轴线向前掘鞠进顿。伴在掘进过程中忌随时注意滚角级的变聚化球,物森及时根据盾构久机的滚角值调猜整刀盘的转动拳方向。在纠偏场过程救中否,举使掘进速度要放袭慢味,弊并且要注意避林免纠偏时由于逗单侧千斤顶受埋力过大对管片歼造成专破损。珠b杰．丸轴线预调控制蜂在不同的地质英条件下，盾构警隧道后期会反蔑映出有规律的稳沉降或上浮，喂施工中必须对掏隧道的后期沉减降进行复测，阀掌握隧道后期警沉降蓝或上浮赢的规律，制定罢相应的衡盾构篮轴线控制参数衔，于预先留出盾构美隧道的沉降或商上浮量，使隧腰道轴线在后期抓沉降或上浮后罩尽量与设计轴蜜线同线，牵有效的戴减小献成型惰隧道轴线在的蛇形量丘。换c祥．藏轴线偏差量控辱制蔬一般在进行直古线段殿推进脆程中，应尽量士使盾构机氧刀盘眨的位置保持在去设计熔轴线水的某±易20mm仇范围之间，在奇进行转弯或变丢坡段庙推进配的过程中，应伟提前对肃刀盘裹偏移位置进行扶预困测虚，并在推进的颜过程中适当调屈整各区推进千词斤顶的推进压肃力差，以保证虑盾构机帜刀盘巩在推进的过程隐中始终保持在再施工轴线的允批许偏差范围内离。骂d均．粥管片胖选型与岸拼装裁由于盾构机在廉土体内是处于搜运动训状态，而成型漂的隧道则处于挽相对稳定的状隶态，盾构机的编盾尾直接与成灵型隧道的末端狼接触，后几环予管片的位置状喇态直接限制了社盾尾的位置状筑态，所以调整地好管片的姿态评对盾尾的位置汤控制衔、纠偏要求堆及整个隧道的摊整体质量都起监着至关重要的杆作用怨。施工中必须翅根据盾尾已拼于装管片的姿态衔与设计轴线的截位置关系及盾玉构机姿态合理眼选择下一环管绣片的类型，使务管片拼装中心偶线尽量与盾尾驱中心同心，且却管片拼装中心捆线有向设计轴佣线靠近的趋势般。但小半径漂曲线猛段蛇形纠偏特勿殊集控制a．准备证在进入圆曲线修段前，调整好仿盾构机姿态，消使盾构机位于替设计位置和方偿向柔、表盾构机铰接行颂程差与隧道设这计轴线曲率对戚应，以便于盾泻构机在曲线段凯有效转弯。怨b疑．续调整灰各区千斤顶推若力合在曲线己段边推进过程中，笛为确保盾构沿裹设计轴线推进膊，必须严格控棕制盾构出土量震，考虑到刀盘锋正面平衡压力葵的差异，须同柿步调整控制左候右区间油压值奥和左右推进千廉斤顶行程，保棕证曲线内侧杯推站力略小于外侧塘，使往盾构机战沿设计轴线前悟进。C．纠偏量锣在盾构推进过点程中，要加强厉对推进轴线的浓控制，由于曲像线推进盾构环夕环都在纠偏，随因此必须做到城勤测勤纠，而答每次的纠偏量挎尽量小，确保性管片揪的环面始终兄垂直获于龙设计轴线液。d．铰接银盾构的曲线推抚进实际上是处粥于曲线的切线鞠上，因此伸在推进时调整演好铰接状态，修使盾体在铰接庸处有一个角度便，从而使盾构帜刀盘及盾尾都博比较接近设计胖轴线。益e肃闸．图调整设计轴线惯在曲线段（特撤别是小半径曲居线段）掘进施公工时，千斤顶表对成型管片的错反作用力在隧肚道轴线垂直方廉向上的分力较挥大，故在推进榆千斤顶推力的往作用下，已成且型管片易发生奋向曲线外侧移蜡动。因此，睡在实际推进过煮程中，遗盾构轴线需控京制在设计轴线摘内侧，使最终奇成型隧道更接暮近设计轴线。灰f困．经管片选型与拼疤装底为控制盾构推茂进轴线，管片捡拼装们尽量保证管片等与盾尾同心轧。刑做好管片选型浪，岂减小推进千赴斤顶的行程差煌，使盾尾与管望片号的间隙均匀、灭平衡。并在推任进半环后，停讽机收推进千斤嘴顶，释放千斤购顶与管片接触析处的集中应力什，使管片重新甚回到放松状态象，以免造成管欢片拼装困难，稳从而保证管片主拼装质量及拍推进轴线。磨曲线段盾构掘拣进施工控制功为了峰减小曲线段焦隧道轴线最终俩偏忘差莲，盾构掘进时竖，考虑给隧道想预留一定的偏幻移量。将盾构再沿苹设计轴鄙线的叔内弧侧勺掘进，管片拼勉装时轴线位于允弧线的内侧，机以使管片葱脱秆出盾尾后受侧驳向分力向弧线欠外侧偏移时留掏有预偏量。而颜预偏量的确定盯须依据理论计您算旧、弊掘进区域所处田的地层情况首和施工实践经杰验的综合分析脑得出倾。您同时播调整同步注浆剥配比，缩短浆虹液初凝时间，估增大浆液早期读强度，必要时嘉增大二次注浆享量，以尽早固数定成型管片冒。盘管片背后注浆飘控制柴盾构掘进施工宵中，额必须阳通过同步注浆洋及时西填实管片与围木岩之间的间隙核，弦并根据施工中良的变形监测情肾况，随时调整竹注浆参数，秤对同步注浆不顺足的部位再采肌用二次或多次猫补浆，有效地退约束成型管片棋的变形和位移扎，减小隧道蛇活形摆动。汽盾构掘进参数嫂控制事为减小盾构掘秧进施工对地层袜的扰动，必须饮设置合理的掘俘进参数。土压力签根据挂隧道上覆土插层敬厚度冲及地质情况计伶算土压力值，鼓并在始发割推进阶段及时辜根据地面监测怨情况转与盾构推进诸谎要素进行分析滋研究，不断对逗其调整，直至冬找到最佳值。倚掘进施工中尽呢量保证土压力承值稳定，以减志小对地层的扰喇动。刀盘转速味刀盘转速在硬油岩地层可设置座大些，在软土俯地层宜尽量偏稼下小，以减小岂刀盘转动对地姨层的扰动。掘进速度芬速度参量的选逃取应掌握使土得体尽量的切削司而不是挤压。索过量的挤压，淹势必产生番土仓宇内外压差，增掠加对地层的扰兴动。不同的地欣质条件，推进字速度亦应不同籍。盾构纠偏时拦或桑同步注浆浆液覆不能达到及时馆有效地固结和服稳定管片的条雀件时，曾应取较小速度矛，稠推进速度不大逃于叛3cm男/min跨。硬出渣速度和出猜渣量凯因土压平衡是催依赖奴出渣瓜来控制的厦，土仓挤的入土量必须愚与排土量匹配则，掘进施工中乞应特别注意调请整推进速度和胸出渣