《盾构姿态控制技术规范》

1盾构姿态控制技术标准本文件规定了盾构姿态控制技术标准的术语和定义、基本规定、盾构始发姿态控制、盾构正常掘进姿态控制、盾构接收姿态控制、预警管理。本文件适用于盾构法施工中盾构姿态的控制。2规范性引用文件下列文件中的条款通过本文件的引用而成为本文件的条款。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T51438盾构隧道工程设计标准GB50446盾构法隧道施工及验收规范TB10181铁路隧道盾构法技术规程GBT50308城市轨道交通工程测量规范3术语与定义下列术语和定义适用于本文件。3.1盾构shield在钢壳体保护下完成隧道掘进、出渣、管片拼装等作业，由主机和后配套设备组成的全断面推进式隧道施工机械设备。根据开挖面的稳定方式，分为土压平衡式盾构、泥水平衡式盾构、敞开式盾构和气压平衡式盾构。[来源：GB/T50446，2.0.1]3.2盾构姿态shieldpositionandstance盾构主机的空间状态，通常采用横向偏差、竖向偏差、俯仰角、方位角、滚转角和切口里程等参数描述。[来源：GB/T50446，2.0.17]3.32盾构始发shieldlaunching盾构开始掘进的施工过程。[来源：GB/T50446，2.0.3]3.4盾构接收shieldarrival盾构到达接收位置的施工过程。[来源：GB/T50446，2.0.4]3.5盾构基座shieldcradle用于保持盾构始发、接收等姿态的支撑装置。[来源：GB/T50446，2.0.5]3.6反力架reactionframe为盾构始发掘进提供发力的装置。[来源：GB/T50446，2.0.6]3.7管片姿态segmentpositionandstance管片的空间状态，通常采用平面偏差、高程偏差等参数描述。3.8平面偏差Planedeviation在隧道某一断面上，盾构机主机、管片、反力架、盾构基座等设备设施轴线与隧道轴线水平方向的距离。3.9高程偏差elevationdeviation在隧道某一断面上，盾构机主机、管片、反力架、盾构基座等设备设施轴线与隧道轴线竖直方向的距离。3.10俯仰角angleofpitch盾构机主机轴线与水平面间的夹角。33.11方位角azimuthangle盾构机主机轴线与隧道轴线的水平夹角。3.12滚转角bankangle盾构机主机绕其轴线转动产生的角度。3.13负环管片temporarysegment为盾构始发掘进传递推力的临时管片。[来源：GB/T50446，2.0.8]3.14椭圆度ovality圆形隧道管片衬砌拼装成环后隧道最大与最小直径的差值与隧道设计内径的比值，以千分比表示。[来源：GB/T51438，2.0.18]3.15错台step相邻管片接缝处的偏差。[来源：GB/T51438，2.0.19]4基本规定4.1盾构推进每个分区液压缸应具备行程量测功能。4.2盾构铰接装置应满足隧道轴线曲率半径的要求，最大推力应大于前后壳体正常姿态变化引起的阻力，每组铰接液压缸应具备行程量测功能。4.3盾构数据采集及控制系统应具有高可靠性、快速及时的响应能力，能使各设备可靠工作，能及时准确地采集传输盾构姿态数据。4.4盾构自动导向系统应满足在高温、潮湿、粉尘等环境条件下保持测量精度、使用寿命及可靠性的要求。4.5盾构自动导向系统和人工测量仪器应定期检定，并出具检定报告。4.6盾构隧道穿越溶（土）洞、孤石、软硬不均等特殊地层时，宜进行预处理。4.7管片姿态与盾构姿态不应超过表4.15规定的隧道允许偏差值。4.8管片姿态与盾构姿态测量，测量精度误差应控制在±3mm以内，测量计算数据取位精度要求应符合表1的规定。表1管片姿态与盾构姿态测量计算数据取位精度要求测量内容取位精度精度单位横向偏差1mm竖向偏差1mm俯仰角1′方位角1′滚转角1′椭圆度0.1‰错台0.1mm切口里程0.01m[来源：GB/T50446，表5.5.6]4.9管片楔形量宜按下式计算：Δ=BcqDw/Rq式中：Δ——管片理论楔形量（mm）；Bcq——管片环宽度（mm）；Dw——管片环外径（mm）；Rq——管片所在隧道轴线设计半径（mm）。4.10施工前，应进行管片排版设计，确定管片组合方式及使用数量。4.11施工中，应根据盾构掘进姿态、趋势和管片姿态，调整管片组合方式及使用数量。4.12管片拼装前，应清理干净盾尾底部泥渣，保证管片拼装质量。4.13管片拼装成环后应测量盾尾间隙，测量间隙点位在盾尾上的分布应成“米”字型均匀分布。4.14管片姿态测量应采用人工测量的方法，并符合下列规定：a）测量标志点应牢固设置在成型隧道管片纵向或横向截面上，标志点间距离应尽量大，且不应少于3个，标志点可粘贴反射片或安置强制对中棱镜。b）测量标志点的三维坐标应与隧道结构几何坐标建立换算关系。c）测量标志点测量宜采用极坐标法，并宜采用双极坐标法进行检核。4.15隧道允许偏差应符合表4.15的规定。表4.15隧道允许偏差（mm）‘5检验项目允许偏差检验方法环数地铁公路铁路水工市政油气隧道轴线平面位置全站仪逐环环隧道轴线高程水准仪逐环衬砌环椭圆度断面仪全站仪测量每10环/衬砌环内错台（mm）尺量逐环4点/环衬砌环间错台（mm）尺量逐环[来源：GB/T50446，表16.0.3，表16.0.5]5盾构始发姿态控制5.1当盾构始发100m内时，应提高测量频率。5.2盾构始发基座应在盾构组装前完成定位、加固,并应符合下列要求：a)盾构基座强度、刚度及稳定性符合盾构始发要求；b)盾构基座前端定位以实际预留洞口中心为准,导向轨夹角中心线与隧道设计轴线一致；c)盾构基座定位后,对其底部、四周支撑加固,防止盾构始发时移位或失稳。5.3反力架应在洞门凿除前安装完成,并应符合下列要求：a）反力架布置符合盾构车架和水平运输通道空间要求；b）反力架强度、刚度及稳定性符合盾构始发要求；c)反力架顶力面与隧道设计轴线相垂直。5.4盾构曲线始发设计应符合下列要求：a）洞门钢环直径根据始发曲线半径适当增大；b）对盾构始发姿态与隧道轴线偏差进行割线拟合计算,盾构始发姿态平面位置和高程偏差符合设计要求；c）盾构始发基座、反力架位置按规划割线放置,洞门密封装置选择和安装按规划割线确5.5盾构组装调试完成后应测量盾构始发姿态。65.6盾构始发姿态测量应采用人工测量和自动导向测量相结合的方法。5.7盾构始发姿态采用人工测量的方法时应符合下列规定：a）测量标志点应牢固设置在盾构机纵向或横向截面上，标志点间距离应尽量大，且不应少于3个，标志点可粘贴反射片或安置强制对中棱镜；b）测量标志点的三维坐标应与盾构结构几何坐标建立换算关系；c）测量标志点测量宜采用极坐标法，并宜采用双极坐标法进行检核。5.8盾构始发姿态采用自动导向系统测量时应符合下列规定：a）自动导向系统应符合下列规定：1）自动导向设备可采用激光靶型自动测量系统或棱镜型自动测量系统；2）系统应能够计算并以图形、数字方式实时显示当前和历史盾构姿态信息等；3）系统应具有对自身各部件的运行状态进行监控和报警功能；4）所有数据应存储于工业电脑固定的存储位置，并定期在其他存储设备上备份。b）盾构始发前，应对输入自动导向系统的线路设计参数进行检查，无误后方可输入，输入后应采用导出输入数据进行复核的方法对输入数据进行二次复核。c）隧道掘进中测量控制点迁站步骤和方法应符合下列规定：1）迁站过程中盾构应停止掘进；2）迁站前应测量盾构姿态；3）迁站后应对使用的相邻控制点间几何关系进行检核，确认控制点位置正确；4）利用迁站后控制点进行盾构姿态测量；5）迁站前、后测定的盾构姿态测量较差应小于2m(m为点位测量中误差)。d）隧道掘进过程中应采用人工测量方法对导向系统测量成果进行检核。5.9盾构脱离加固区之前，不宜进行盾构姿态纠偏工作。5.10负环管片拼装应防止发生负环管片椭变、盾构始发姿态突变等情况，并做好以下几点：a）应控制好盾尾平面位置和反力架的距离；b）应控制好负环管片拼装质量和加固质量。6盾构正常掘进姿态控制6.1管片脱出盾尾后应实时填实盾构开挖范围与管片之间的间隙。6.2盾构姿态调整时应防止损坏成型隧道管片，防止盾尾漏浆。6.3滚动角应采用改变刀盘旋转方向纠偏，刀盘方向切换速度不宜过快。6.4盾构姿态纠偏应及时、逐环、小量纠偏，不得过量纠偏。应采用分区掘进液压缸控制，并应符合以下规定：7a）注意控制不同分区推力分布和大小，避免单侧管片受力过大或过小引发管片质量问题；b）应尽量不缩回推进液压缸来调整推力分布，且不得缩回管片骑缝位置和封顶块位置推进液压缸；c）推进液压缸行程差每环变化量不宜大于管片楔形量；d）期间应加密量测盾构姿态、人工复核盾构姿态、管片姿态等数据；e）优化管片选型，合理控制盾尾的间隙，提高管片拼装质量，使之与盾构姿态纠偏趋势相适应；f）曲线段纠偏或盾构姿态偏差较大时，宜辅助使用超挖刀适当超挖控制纠偏。在曲线段掘进宜将盾构姿态控制在隧道设计轴线内弧线一侧，降低盾构姿态偏差风险；g）使用主动铰接的盾构机，宜合理调整铰接角度辅助盾构姿态纠偏；h）使用被动铰接的盾构机，盾构姿态纠偏期间应合理控制盾尾轴线和管片轴线相对趋势，避免铰接油缸行程过长或过短、铰接油缸压力过大，影响盾构姿态纠偏和引发管片质量问题。6.5盾构平面位置最大纠偏量宜按下式控制：∆L<S×tana式中：a——盾构主机与管片允许的水平夹角；S——两腰对称液压油缸的中心距离（mm）；∆L——两腰对称盾构推进液压缸伸出长度允许差值（mm）。6.6盾构高程最大纠偏量宜按下式控制：i=i盾−i管≤[i]式中：i——盾构机主机与管片的相对坡度；i盾——盾构掘进过程中，盾构机主机纵坡；i管——盾尾内成型隧道管片纵坡；[i]——允许坡度差值。6.7在管片易于上浮地层掘进时，宜考虑上浮量控制盾构姿态高程偏差控制值，以控制管片姿态在合理范围内。6.8盾构曲线段掘进时，曲线外侧盾构推进液缸伸出长度应超前侧盾构推进液缸伸出长度，宜按下式计算：∆l=D−t×LR式中：∆l——曲线内外侧盾构推进液缸伸出长度超前量（mmD——管片外径（mm）；t——管片厚度（mm）；L——管片宽度（m）；L——隧道平面曲线半径（m）。86.9盾构正常掘进姿态除应符合表4.15中隧道轴线平面和高程的规定值，允许偏差应符合表6.9的规定。表6.10盾构姿态允许偏差检验项目各类隧道盾构姿态允许偏差地铁公路铁路水工市政油气平面位置（mm）高程位置（mm）方位角（mm/m）滚转角（mm/m）7盾构接收姿态控制7.1当盾构距接收井100m内时，应提高测量频率。7.2盾构接收前100m、50m处应对盾构正常掘进姿态进行人工复核测量，并根据复核结果提前进行盾构接收姿态控制和调整。7.3盾构接收姿态在刀盘进入加固区后不得进行大幅调整。7.4盾构接收基座应在盾构接收前完成定位、加固,并应符合下列要求：a)盾构接收基座强度、刚度及稳定性符合盾构接收要求；b)盾构接收基座定位以盾构接收姿态和实际预留洞口中心综合考虑为准。7.5盾构曲线接收设计应符合下列要求：a）洞门钢环直径根据始发曲线半径适当增大；b）对盾构接收姿态与隧道轴线偏差进行割线拟合计算,盾构接收姿态平面位置和高程偏差符合设计要求；c）盾构接收基座位置按规划割线放置,洞门密封装置选择和安装按规划割线确定。7.6当盾构接收姿态和实际姿态偏差比较大时，应根据盾构实际接收姿态重新调整盾构接收基座位置，防止接收过程中盾构姿态出现大幅波动、引发接收段管片质量和施工安全问题。8预警管理8.1盾构姿态控制和管片姿态控制，在不同阶段宜进行预警。8.2盾构姿态和管片姿态控制值预警分级管理应符合以下规定：管理等级管理指