1、盾构技术盾构技术分享人：顾剑刚分享人：顾剑刚2目录目录直线掘进姿态控制直线掘进姿态控制曲线掘进姿态控制曲线掘进姿态控制盾构盾构姿态控制目标姿态控制目标3盾构盾构姿态控制姿态控制目标目标4 验收规范规定最大偏差验收规范规定最大偏差目标：目标：水平水平：50mm 高程高程：50mm姿态控制目标姿态控制目标5 纠偏原则：纠偏原则：姿态控制目标姿态控制目标（1 1）偏离量增加之前及早修正。）偏离量增加之前及早修正。（2 2）勤纠、量小。）勤纠、量小。（3 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 4）确保管片质量）确保管片质量和盾尾间隙。和盾尾间隙。6 管理基准管理基准：最大
2、允许偏差的最大允许偏差的60%达到上限时必须纠偏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 盾尾间隙盾尾间隙小于小于30mm时。时。最大单次纠偏量最大单次纠偏量 每环掘进（每环掘进（1.5米）米）水平和高程变化量水平和高程变化量6mm姿态控制目标姿态控制目标7盾构盾构直线直线掘进姿态控制掘进姿态控制8 姿态控制基本原则姿态控制基本原则 以隧道轴线为目标，根据自动测量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不破坏管片。盾构机方向控制盾构机方向控制 通过分组油缸的推进力和推进行程从而实现盾构的左转、右转、抬头、
3、低头和直行。盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制9盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制盾构轴线控制过程中采用的盾构轴线控制过程中采用的4种纠偏方法种纠偏方法10 推进油缸编组是通过对推进油缸的推进油缸编组是通过对推进油缸的选用，使推进油缸合力位置和外力选用，使推进油缸合力位置和外力合力位置组成一个有利于纠偏的力合力位置组成一个有利于纠偏的力偶，从而调整盾构机高程位置和平偶，从而调整盾构机高程位置和平面位置。面位置。对推进油缸进行编组时须注意以下对推进油缸进行编组时须注意以下几点：几点：纠偏量数值不得超过操作规程的纠偏量数值不得超过操作规程的规定值；规定值；应避免一次性大幅度纠偏，纠偏应
4、避免一次性大幅度纠偏，纠偏要做到要做到“勤纠、勤纠、少纠少纠”。盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制11 不得停用作用于封顶块的推进油不得停用作用于封顶块的推进油缸：缸：推进油缸只数应尽量多；推进油缸只数应尽量多；每块管片（除封顶块外）保证每块管片（除封顶块外）保证2 2个推进油缸受力个推进油缸受力 管片纵缝处骑缝推进油缸一定要管片纵缝处骑缝推进油缸一定要用；用；防止相邻管片纵缝两侧受力不同防止相邻管片纵缝两侧受力不同盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制1222111234567891021201918171615141312推进油缸编组示意图盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制1
5、3 方向控制要点：方向控制要点：控制基点：以盾尾位置为控制基点控制基点：以盾尾位置为控制基点 调节量控制：一环掘进调节调节量控制：一环掘进调节6mm6mm较为合理较为合理，线性最佳。，线性最佳。趋势调节：趋势调节不能变化太大，不趋势调节：趋势调节不能变化太大，不要急于纠偏，大趋势变化由大方位变化而来要急于纠偏，大趋势变化由大方位变化而来 铰接操作：铰接油缸位置总处于最大伸铰接操作：铰接油缸位置总处于最大伸出与最小缩回行程之和。出与最小缩回行程之和。盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制14 盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制15盾构机刀盘千斤顶千斤顶管 片隧道盾体对管片的作用力管片的反
6、作用力盾盾体体机机姿姿态态对对管管片片的的影影响响盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制16盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制17 姿态控制技术姿态控制技术 1 1、盾构机滚动控制、盾构机滚动控制 改变刀盘旋转方向改变刀盘旋转方向 改变管片拼装左右交叉先后顺序。改变管片拼装左右交叉先后顺序。调整两腰推进油缸轴线，使其与调整两腰推进油缸轴线，使其与盾构机轴线不平行。盾构机轴线不平行。当旋转量较大时可在切口环和支当旋转量较大时可在切口环和支撑环内单边加压重量。撑环内单边加压重量。盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制18 2、盾构机上下倾斜和水平倾斜、盾构机上下倾斜和水平倾斜 倾斜量在倾
7、斜量在2%以内。滚动角应控制在以内。滚动角应控制在10mm/m,滚动角太大，影响管片拼装质量。可通过反转刀滚动角太大，影响管片拼装质量。可通过反转刀盘来减小刀盘的滚动角盘来减小刀盘的滚动角。通过应用盾构推进油缸逐步纠正。如果盾构机通过应用盾构推进油缸逐步纠正。如果盾构机右偏，可提高右侧推进油缸的推力；反之亦然。右偏，可提高右侧推进油缸的推力；反之亦然。如果盾构机向下偏，则提高下部推进油缸的推力如果盾构机向下偏，则提高下部推进油缸的推力；反之亦然；反之亦然盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制19 盾构机姿态控制一般细则盾构机姿态控制一般细则 1、在一般情况下，盾构机的方向偏差应控制在、在一般
8、情况下，盾构机的方向偏差应控制在20mm/m之内，在缓和曲线段及园曲线段，盾构之内，在缓和曲线段及园曲线段，盾构机的方向偏差量应控制在机的方向偏差量应控制在30mm/m以内以内,曲线半曲线半径越小，控制难度越大。径越小，控制难度越大。当开挖面土质较均匀或软硬上下左右相差不当开挖面土质较均匀或软硬上下左右相差不大时，保持盾构机轴线与隧道设计轴线平行大时，保持盾构机轴线与隧道设计轴线平行较容易。方向偏角应控制在较容易。方向偏角应控制在5mm/m以内，特以内，特殊情况下不宜超过殊情况下不宜超过10mm/m；盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制20 2、当盾构机遇到上硬下软土层时，为防止盾构机、当
9、盾构机遇到上硬下软土层时，为防止盾构机机头下垂，要保持上仰姿态；机头下垂，要保持上仰姿态；反之反之保持下俯状态。保持下俯状态。掘进时要注意上下两段及左右两侧的推进油缸形程掘进时要注意上下两段及左右两侧的推进油缸形程差不能相差太大，一般控制在差不能相差太大，一般控制在20mm以内以内,特殊情特殊情况下不能超过况下不能超过60mm。盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制21 3、当开挖面内的左、右地层软硬相差很大而且、当开挖面内的左、右地层软硬相差很大而且又处于曲线段时，可降低掘进速度，合理分配各又处于曲线段时，可降低掘进速度，合理分配各区的推进油缸推进，必要时，可将水平偏角放宽区的推进油缸推进
10、，必要时，可将水平偏角放宽到到10mm/m，以加大盾构机的调向力度。当以上，以加大盾构机的调向力度。当以上操作无法将盾构机的姿态调整到合理位置时，应操作无法将盾构机的姿态调整到合理位置时，应考虑实用仿形刀或超挖刀。考虑实用仿形刀或超挖刀。盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制22 4 4、在盾构机姿态控制中，推进油缸的行程控、在盾构机姿态控制中，推进油缸的行程控制是重点。对于制是重点。对于1.1.5 5米宽的管片，原则上推进米宽的管片，原则上推进油缸的行程在油缸的行程在1 1850mm850mm左右，行程差控制在左右，行程差控制在0 050mm50mm之间。之间。5、铰接油缸的伸出长度直接影
11、响掘进时盾构、铰接油缸的伸出长度直接影响掘进时盾构机的姿态，故减小铰接油缸的长度差，尽量机的姿态，故减小铰接油缸的长度差，尽量控制在控制在30mm以内，将铰接油缸的行程控制以内，将铰接油缸的行程控制在在40-80mm之间为宜。之间为宜。盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制23 盾构机的纠偏措施盾构机的纠偏措施 盾构机在掘进时总会偏离设计轴线，盾构机在掘进时总会偏离设计轴线，按规定必须进行纠偏。纠偏必须有计按规定必须进行纠偏。纠偏必须有计划、有步骤地进行，切忌一出现偏差划、有步骤地进行，切忌一出现偏差就猛纠猛调。盾构机的纠偏措施如下就猛纠猛调。盾构机的纠偏措施如下：盾构直线掘进姿态控制盾构直
12、线掘进姿态控制24 1 1、盾构机在每环推进过程中，应尽量将、盾构机在每环推进过程中，应尽量将盾构机姿态变化控制在盾构机姿态变化控制在6 6mmmm以内。以内。2 2、应根据各段地质情况对各项掘进参数、应根据各段地质情况对各项掘进参数进行调整进行调整 3 3、尽量选择合理的管片类型，避免人为、尽量选择合理的管片类型，避免人为因素对盾构机姿态造成过大的影响。严格因素对盾构机姿态造成过大的影响。严格管片拼装质量，避免因此而引起的对盾构管片拼装质量，避免因此而引起的对盾构机姿态的调整。机姿态的调整。4 4、注意控制盾构机的滚动角值。、注意控制盾构机的滚动角值。盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制
13、255 5、在纠偏过程中掘进速度要放慢。、在纠偏过程中掘进速度要放慢。6 6、当盾构机偏离理论较大时，纠偏和俯仰角、当盾构机偏离理论较大时，纠偏和俯仰角的调整力度控制在的调整力度控制在5mm/m5mm/m，不得猛纠猛调，不得猛纠猛调。7 7、姿态偏离轴线调整推进油缸压力和行程逐、姿态偏离轴线调整推进油缸压力和行程逐步纠偏。步纠偏。8 8、纠偏时要注意盾构机姿态，控制住设计轴、纠偏时要注意盾构机姿态，控制住设计轴线中心线中心50mm50mm以内，盾尾间隙要均匀平衡。以内，盾尾间隙要均匀平衡。盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制26 盾构姿态蛇行变化，主要是通过调整盾构盾构姿态蛇行变化，主要是
14、通过调整盾构分区推力来实现的。盾构姿态调整，要在分区推力来实现的。盾构姿态调整，要在各种地质情况下推进参数基础上，加大局各种地质情况下推进参数基础上，加大局部推力或把另外两个或者三个方向的推力部推力或把另外两个或者三个方向的推力降低，来调整盾构姿态。降低，来调整盾构姿态。除了通过推力调整盾构机姿态外，还可以除了通过推力调整盾构机姿态外，还可以调整盾尾间隙，如盾尾上半部间隙小就适调整盾尾间隙，如盾尾上半部间隙小就适当加大盾尾上半部推力当加大盾尾上半部推力,推进油缸行程和盾推进油缸行程和盾尾间隙相应跟着变大。尾间隙相应跟着变大。盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制27 当盾构姿态纠偏的方向与盾
15、尾间隙纠偏当盾构姿态纠偏的方向与盾尾间隙纠偏方向相反，要权衡哪方面对质量影响较方向相反，要权衡哪方面对质量影响较大，如果盾构姿态偏差变大不会造成大，如果盾构姿态偏差变大不会造成“侵限侵限”，可以考虑调整盾尾间隙，在调，可以考虑调整盾尾间隙，在调整间隙过程中，推进油缸行程差会相应整间隙过程中，推进油缸行程差会相应变化，再结合转弯环管片调整行程差，变化，再结合转弯环管片调整行程差，否则隧道的偏移量跟不上盾构机的纠偏否则隧道的偏移量跟不上盾构机的纠偏幅度，盾尾仍然会挤坏管片。幅度，盾尾仍然会挤坏管片。盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制28 盾尾间隙影响主要因素盾尾间隙影响主要因素 1.1.使用
16、楔形环管片；使用楔形环管片；2.2.管片的方位角（或俯仰角）与盾构机的管片的方位角（或俯仰角）与盾构机的方位角（或俯仰角）不一致；方位角（或俯仰角）不一致；3.3.盾构机中心与管片中心不一致盾构机中心与管片中心不一致平行平行移动的影响。移动的影响。第一道盾尾刷有一档环，直径第一道盾尾刷有一档环，直径6060mm6060mm盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制29盾构直线掘进姿态控制盾构直线掘进姿态控制30盾构盾构曲线曲线掘进姿态控制掘进姿态控制31难点分析难点分析 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。盾构机本身为直线形刚
17、体，不能和曲线完全拟合。曲线半径越小，掘进时左、右完全拟合。曲线半径越小，掘进时左、右两侧油缸形成的压力差越大，造成管片受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力不均匀，轴线控制和纠偏难度增大 管片容易在水平力作用下发生较大的位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。移，造成管片侵限现象。盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制32 隧道管片衬砌轴线因推进水平分力而向曲线外侧偏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，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线产生夹角，在推进油缸
18、的由于管片端面与该处轴线产生夹角，在推进油缸的推力作用下产生一个水平分力，使管环脱出盾尾后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。，受到侧向分力的影响而向曲线外侧偏移。盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制33小曲率半径内侧图中箭头为盾尾及千图中箭头为盾尾及千斤顶对管片的作用力斤顶对管片的作用力小曲率半径外侧盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制34设计轴线施工轴线允许误差直线管片楔形管片直线管片短直线管片形成轴线与设计轴线模拟盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制35 管片之间易发生错台。管片易产生开裂和管片之间易发生错台。管片易产生开裂和破损
19、，严重者漏水。破损，严重者漏水。管片存在一个水平方向的受力，不但会使整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对的侵限现象），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，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个薄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。弱点如下图，使得相当多的管片因此破裂。还有一个破裂原因就是因为相邻两环管片
20、产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近的混生了相对位移，使得管片螺栓对其附近的混凝土产生剪切作用，使该处的混凝土开裂。凝土产生剪切作用，使该处的混凝土开裂。盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制36过小半径曲线段漏水现象严重的原因大致如下：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；管环外侧的混凝土开裂（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，使得管片被盾尾钢环转弯段因盾尾间隙减小过多，使得管片被盾尾钢环刮坏）刮坏）。盾构曲线掘
21、进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制37 解决措施解决措施 小半径转弯的姿态控制，主要从盾构设备（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，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。径圆曲线段成型管片不出现侧向移动。纠偏与隧道轴线控制纠偏与隧道轴线控制 合理利用盾尾铰接油缸，缓解盾构曲线调合理利用盾尾铰接油缸，缓解盾构曲线调整；整；掌握好左右两侧油缸的推力差，尽量地减掌握好左右两侧油缸的推
22、力差，尽量地减小整体推力，实现慢速急转；小整体推力，实现慢速急转；盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制38 盾构司机根据地质情况和线路走向趋势，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的预备姿态，减少之使盾构机提前进入相应的预备姿态，减少之后的因不良姿态引起的纠偏；后的因不良姿态引起的纠偏；加密加勤自动测量系统测量，避免由此产加密加勤自动测量系统测量，避免由此产生的轴线误差；生的轴线误差；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；为防止盾构机抬头以及管片上浮及向圆曲为防止盾构机抬头以及管片上浮及向圆曲线外侧移动，通过自动测量系统调整盾构机线外侧移动，通过自动测
23、量系统调整盾构机姿态为：垂直方向控制在姿态为：垂直方向控制在-30-30-40mm-40mm之间，之间，水平方向应控制在曲线内侧水平方向应控制在曲线内侧20204040mmmm之间。之间。盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制39 根据管片监测情况，如管片上浮量较大，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则垂直偏差可调整为-40-50mm之间。之间。同时应加密自动测量移站频率，减少移站同时应加密自动测量移站频率，减少移站后出现的轴向偏差。后出现的轴向偏差。控制管片水平移动和侵限控制管片水平移动和侵限 进入缓和曲线段时，将盾构机姿态往曲进入缓和曲线段时，将盾构机姿态往曲线内侧（
24、靠圆心侧）偏移线内侧（靠圆心侧）偏移2040mm，形，形成反向预偏移，这样可以抵消之后管片的成反向预偏移，这样可以抵消之后管片的往曲线外侧（背圆心侧）的偏移。往曲线外侧（背圆心侧）的偏移。盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制40小半径曲线段盾构推进轴线预偏示意图 盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制41 减小油缸推力。减小油缸推力。在砂质地层中要加强渣土改良，总推力尽可在砂质地层中要加强渣土改良，总推力尽可能控制在能控制在1000t1000t以内比较合适，最大不超过以内比较合适，最大不超过1600t1600t。在管片偏移的方向额外进行注浆，达到一在管片偏移的方向额外进行注浆，达到一定的
25、压力以抵抗管片的偏移。待浆液凝固后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。，则管片位置基本已经确定下来了。注浆的位置选择注浆的位置选择2 2点和点和3 3点手孔为宜（左转弯点手孔为宜（左转弯），不但可以抵抗管片水平偏移，还可以抵），不但可以抵抗管片水平偏移，还可以抵抗管片的上浮，如后页图所示。抗管片的上浮，如后页图所示。盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制42盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制43 尽量避免大的错台和破损。尽量避免大的错台和破损。油缸推力不要太大，尤其曲线外侧（背圆心油缸推力不要太大，尤其曲线外侧（背圆心侧）油缸，由于要加大推力来增加左右
26、两侧油侧）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。但是，在加缸推力差，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。力，避免由此造成的管片破裂。由于曲线外侧油缸推力较大，注意不要突然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加力或者突然释放推力，这样也会造成管片的破裂。破裂。盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制44 掘进的时候，把复紧螺栓这道工序做到掘进的时候，把复紧螺栓这道工序做到位，有效的防止错台的发生。位，有效的防止错台的发生。提高
27、管片拼装手的水平，避免因拼装不提高管片拼装手的水平，避免因拼装不到位产生的错台。到位产生的错台。注意保持良好的盾尾间隙状态，避免盾注意保持良好的盾尾间隙状态，避免盾尾钢环刮坏管片。调整好油缸撑靴的位置尾钢环刮坏管片。调整好油缸撑靴的位置，尽量使撑靴完全作用在管片上。，尽量使撑靴完全作用在管片上。盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制45 减少漏水。减少漏水。减小错台，使止水胶条对接紧密，达到良减小错台，使止水胶条对接紧密，达到良好的止水效果。好的止水效果。拧紧螺栓，压紧止水胶条。拧紧螺栓，压紧止水胶条。检查止水胶条，保证其完整、牢固。拼装检查止水胶条，保证其完整、牢固。拼装前，用水清洗止水胶
28、条，避免因止水胶条之前，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。间挤有杂物而影响止水效果。注意保持好盾尾间隙，避免盾尾钢环刮坏注意保持好盾尾间隙，避免盾尾钢环刮坏管片，使裂隙绕过止水条而形成漏水。管片，使裂隙绕过止水条而形成漏水。盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制46 结束语结束语 在曲线掘进时，管片易往曲线外侧偏移在曲线掘进时，管片易往曲线外侧偏移，因此，一般情况下让盾构机往曲线内，因此，一般情况下让盾构机往曲线内侧偏移一定量。根据曲线半径不同，偏侧偏移一定量。根据曲线半径不同，偏移量通常取移量通常取101030mm30mm。即盾构机进入缓。即盾构机进入缓和曲线和曲线前，应将盾构机水平位置和曲线和曲线前，应将盾构机水平位置调整至调整至0mm0mm,右转弯掘进逐步增加至右转弯掘进逐步增加至+20mm+20mm，左转弯则调整至，左转弯则调整至-20mm-20mm。加强同步注浆。加强同步注浆和二次注浆及螺栓复紧，以保证隧道成和二次注浆及螺栓复紧，以保证隧道成型后与设计曲线基本一致。型后与设计曲线基本一致。盾构曲线掘进姿态控制盾构曲线掘进姿态控制感谢聆听感谢聆听
