盾构蛇形运动纠偏方案 7页

目录1工程概况12盾构施工产生蛇形运动的因素13盾构机姿态控制及蛇形纠偏23.1盾构机姿态控制23.1.1盾构机滚角控制33.1.2盾构机方向控制33.2盾构机蛇形纠偏43.2.1一般轴线蛇形纠偏控制措施43.2.2圆曲线段盾构蛇形纠偏特殊控制措施53.3成型隧道轴线蛇形量控制566\n盾构施工蛇形运动纠偏方案1工程概况哈尔滨地铁一号线一期工程9标包含两站两区间（南直路站、哈尔滨东站站、【交通学院站～南直路站】区间、【南直路站～哈尔滨东站】站区间）,全长1719.692m。车站采用明挖顺做法施工，区间隧道采用盾构法施工。本标段盾构工程盾构施工从哈尔滨东站站始发，中间经【哈尔滨东站站～南直路站】区间到达南直路站东端吊出转场再从南直路站西端始发，经【南直路站～交通学院站】区间到达交通学院站吊出完成盾构区间施工。【哈尔滨东站站～南直路站】区间总长514.99m，本标段区间从哈尔滨东站站出站向西沿桦树街直行至南直路站，本标段区间沿线主要为多层建筑物，地下管线较多，路面交通繁忙。区间隧道纵坡为“V”坡，最大坡度为9.3‰，沿线工程控制点主要是隧道距南直路立交桥桩基（φ1000、φ1300mm钻孔灌注桩，桩长28.13m）最小水平净间距2m。【南直路站～交通学院站】区间总长692.05m，本标段区间从南直路站出站向西以R=400m的曲线转向宏伟路，横穿宏伟路后，再向西以R=350m的曲线斜穿太平公园到达交通学院站。本标段正线区间沿线主要为多层建筑物，地下管线较多，路面交通繁忙。隧道纵坡为“V”坡，最大坡度为25‰。本标段工程沿线工程控制点主要为：下穿市政排水管修工程处（毛石基础，桩长2.2m）；下穿太平文化宫（毛石基础，桩长2.3m）；下穿工程大学游泳馆（毛石基础，桩长2.2m）。2盾构施工产生蛇形运动的因素盾构施工掘进时盾构机产生蛇形运动的因素较多，主要有：1、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。2、盾构机操作因素。6\n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差值，导致盾构机掘进方向发生偏差。3、机械设备因素。由于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，4、盾构出洞段施工盾构始发托架安装坡度控制不理想，盾构出洞段施工参数控制不良将导致盾构轴线在始发时处于不良状态。5、盾构轴线状态决定了成型隧道的状态。隧道轴线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，故管片成环位置受到盾构推进后盾构位置的限制，即使盾构姿态偏差值太大，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。所以说盾构推进轴线的质量基本确定了管片轴线位置，也就决定了隧道竣工轴线的质量，因此可以认为只有控制好盾构推进轴线，才能保证将管片拼装在理想的位置，有效减小隧道的蛇形状态。6、同步注浆对轴线控制的影响。盾构掘进施工时，盾构开挖直径大于管片外径，使管片与围岩之间存在较大间隙，这个间隙将给成型隧道创造了移动变形的空间，使隧道轴线不规则地偏离设计轴线，形成盾构隧道的蛇形状态。因此必须通过同步注浆填实管片与围岩之间的间隙，减小隧道轴线的蛇形量。7、曲线段推进对轴线的影响。盾构在曲线段（尤其是小半径曲线段）中向前推进，盾构掘进环环都在纠偏，推进千斤顶对成型管片的反作用力在隧道轴线的垂直向外方向分力较大，易使隧道管片发生侧向位移，即隧道轴线偏离盾构掘进轴线。1盾构机姿态控制及蛇形纠偏3.1盾构机姿态控制盾构机的姿态控制包括机体滚转控制和方向控制，在掘进过程中，根据自动导向系统PPS电脑屏幕上显示的数据，盾构机操作手通过合理调整各分区的千斤顶的推力及刀盘转向来调整盾构机的姿态，盾构机姿态控制措施主要有两条：6\n1.1.1盾构机滚角控制盾构机滚角应控制在±0.5％以内，滚角值太大，会使盾构机不能保持正确的姿态，影响管片拼装质量。盾构机产生滚角的原因：刀盘转动切削面土体时产生较大扭矩，即刀盘扭矩，刀盘扭矩的反扭矩作用在盾体上，使得盾体产生反向扭转。盾构机滚角控制：盾构机滚角的控制，主要通过正反转刀盘来调整盾体的扭转方向，从而减小滚角值。1.1.2盾构机方向控制盾构机的结构和施工方式决定了盾构机的转弯能力有限，一般最小转弯半径不能小于250m，因此盾构机所处的位置方向就确定了盾构机的前进方向，根据盾构机所处的位置方向即可预测盾构的运动轨迹和轴线最大偏移量。盾构机方向控制的原则是使盾构机向设计轴线运动。盾构机方向控制有以下几种情况：1、当盾构机位置方向如图1所示，盾构机在设计轴线右侧，方向向右偏，此时就需提高右侧千斤顶分区的推力，使盾构机方向转向设计轴线。但盾构机运动趋势仍是远离设计轴线向右运动，故盾构机偏移量还将继续增大。2、当盾构机位置方向如图2所示，盾构机在设计轴线右侧，方向向左偏，盾构机已有向设计轴线运动的趋势6\n，此时则需要适当提高左侧千斤顶分区的推力，使盾构机方向缓慢转向设计轴线方向，以免盾构机保持现有方向而运动到设计轴线左侧，加大盾构机运动的蛇形量。盾构机其他位置和方向的控制同理。3.1盾构机蛇形纠偏盾构机轴线控制从空间上分为平面控制和高程控制，盾构机轴线控制一般情况下是根据自动导向系统PPS电脑屏幕上显示的数据控制盾构机沿设计轴线前进。施工中还必须对隧道的后期沉降进行复测，掌握隧道后期沉降的规律，制定相应的盾构轴线控制参数，有效的保证成型隧道轴线接近设计轴线。盾构机蛇形纠偏的原则是必须有计划、有步骤，切忌出现偏差就猛纠猛调。猛纠猛调将容易增大隧道出现蛇形摆动。还可能造成工程交工之后的调线调坡困难，将严重影响线路投入运营。盾构机轴线蛇形纠偏有水平纠偏和高程纠偏，盾构机轴线蛇形纠偏的具体措施有以下方式：1.1.1一般轴线蛇形纠偏控制措施1、掘进过程中随时注意滚角的变化，滚角应控制在±0.5％以内，根据盾构机的滚角值及时调整刀盘的转动方向，使其值减小。滚角值太大，会使盾构机不能保持正确的姿态，影响管片拼装质量。2、调整各区千斤顶推力。通过调整各区千斤顶推力，使千斤顶合力位置与外阻力合力位置组成一个有利于纠偏的合力偶，从而调整盾构机水平位置和竖直位置。3、一般在进行直线段顶推进程中，应尽量使盾构机刀盘的位置保持在设计轴线的±20mm范围之间，在进行转弯或变坡段推进的过程中，应提前对刀盘偏移位置进行预测测，并在推进的过程中适当调整各区推进千斤顶的推进压力差，以保证盾构机刀盘在推进的过程中始终保持在施工轴线的允许偏差范围内。4、由于盾构机在土体内是处于运动状态，而成型的隧道则处于相对稳定的状态，盾构机的盾尾直接与成型隧道的末端接触，后几环管片的位置状态直接限制了盾尾的位置状态，所以调整好管片的姿态对盾尾的位置控制、纠偏要求6\n及整个隧道的整体质量都起着至关重要的作用，只要把管片拼装的位置控制在设计范围内，则盾尾的位置也必然能够满足后续掘进的设计要求。1.1.1圆曲线段盾构蛇形纠偏特殊控制措施1、在进入圆曲线段前，调整好盾构机姿态，使盾构机位于设计位置和方向，盾构机铰接行程差与隧道设计轴线曲率对应，以便于盾构机在曲线段有效转弯。2、盾构施工参数调整。在曲线推进过程中，为确保盾构沿设计轴线推进，必须严格控制盾构出土量，考虑到刀盘正面平衡压力的差异，须同步调整控制左右区间油压值和左右推进千斤顶行程，保证曲线内侧出土仓压力略小于外侧，使之沿设计轴线前进。 3、纠偏量。在盾构推进过程中，要加强对推进轴线的控制，由于曲线推进盾构环环都在纠偏，因此必须做到勤测勤纠，而每次的纠偏量尽量小，确保管片的环面始终处于曲率半径的径向竖直面内。4、铰接。盾构的曲线推进实际上是处于曲线的切线上，因此在推进时调整好铰接状态，使盾体在铰接处有一个角度，从而使盾构刀盘及盾尾都比较接近设计轴线。5、 调整设计轴线。在曲线段（特别是小半径曲线段）掘进施工时，千斤顶对成型管片的反作用力在隧道轴线垂直方向上的分力较大，故在推进千斤顶推力的作用下，已成型管片易发生向曲线外侧移动。因此，在实际推进过程中，盾构轴线需控制在设计轴线内侧，使最终成型隧道更接近设计轴线。 6、管片拼装。为控制盾构推进轴线，管片拼装尽量保证管片与盾尾同心。做好管片选型，减小推进千斤顶的行程差，使盾尾与管片四周的间隙均匀、平衡。并在推进半环后，停机收推进千斤顶，释放千斤顶与管片接触处的集中应力，使管片重新回到放松状态，以免造成管片拼装困难，从而保证管片拼装质量及推进轴线。3.2成型隧道轴线蛇形量控制1、盾构始发托架的安放本标段两个盾构区间隧道纵坡均为“V”坡，本标段地层均为软弱地层，始发时盾构机容易出现叩头现象。为避免盾构机始发时不出现叩头现象，6\n使盾构始发姿态处于良好状态，人为地要求盾构始发托架安放坡度比设计坡度稍缓，【哈东站站~南直路站】区间始发段7m为上坡，始发托架纵坡由1.7‰调整为3.7‰；【南直路站~交通学院站】区间始发段11m为上坡，始发托架纵坡由2.0‰调整为4.0‰。2、盾构出洞施工参数控制出洞后，盾构处于加固区域，正面的土质较硬，为控制推进轴线、保护刀盘，在这段加固区域掘进施工时，土压力设定值应略低于理论值，推进速度不宜过快。待盾构出加固区时，为防止由于正面土质变化而造成盾构姿态突变，必需按工况条件及时调整土压力的值，施工过程中根据地层变形量等信息反馈对土压力设定值、推进速度等施工参数作及时调整。从而达到对盾构轴线的控制。3、盾构轴线蛇形运动的影响盾构轴线决定了成型隧道的轴线。隧道轴线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，故管片成环位置受到盾构推进后盾构位置的限制，即使盾构姿态偏差值太大，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，使管片中线与盾构中线保持一致。因此盾构隧道的蛇形摆动受到盾构机的蛇形运动控制，控制好盾构机的蛇形运动即可有效控制隧道的蛇形摆动。4、注浆的影响管片脱出盾尾后，管片与围岩之间的间隙增大，管片发生位移的空间也就增大，因此管片往往会发生较大变形和位移。同步注浆的注浆方式、注浆量、注浆压力和及时性起到关键作用，在管片脱出盾尾后能够及时、足量的注入砂浆，将管片与围岩间的空隙填充密实，并根据施工中的变形监测情况，随时调整注浆参数，对同步注浆不足的部位再采用二次或多次补浆，有效地约束成型管片的变形和位移，减小隧道蛇形摆动。6