摘要：盾构隧道掘进工程中法相的控制至关重要，是保证工程质量的一大关卡，在各种地质条件下进行的方向控制技术千差万别，但技术原理基本相同。对方向的控制处理不当，将会造成工程质量的直线下降。本文通过对该技术的研究，提出了详细的观点，并且做出了解说。
关键词：盾构隧道，掘进方向，方向控制技术
一、盾构掘进姿态控制内容
地铁隧道在开挖过程中，根据盾构机头相对于隧道设计轴线的偏差可以归纳为以下几种位置关系：
（1）水平位置：水平偏差值（x），规定右偏为正，左偏为负。
（2）立面位置：高程偏差值（Y），规定坡度上为正，下为负。
（3）旋转位置：盾构机身的自转角（X），规左转为负，右转为正。
二、盾构姿态的影响因素
2.1地质水文
盾构掘进时受到不同地层物理性质的制约和影响，若切口环出现强度变化大的地层，松软地层侧的千斤顶推力未及时调整，盾构就会呈现出向松软地层陷入的趋势；地下水含量丰富时，易造成土体松软，盾构往往偏向松软地层或地下水丰富的一侧。
2.2设计线路
为了优化设计线路，隧道工程经常会出现线路转弯半径小、坡度变化大的情况，这就增加了一定的施工难度，盾构在施工过程中容易出现偏差过大的现象。
2.3操作手
盾构操作手是最先了解盾构姿态和走势的人，其操作水平和经验直接影响盾构姿态的好坏，这就要求操作手必要时刻注意盾构姿态走势。
2.4土压
土压是根据覆土厚度、土体内摩擦角来设定的，一般在纠偏时，土压力的设定值比较大，这有助于土体对机头的反作用力将机头托起或横移。
2.5始发
盾构始发时，始发基座的水平、高程位置及牢固稳定等情况决定了盾构始发阶段的盾构姿态，曲线始发时更为重要。
2.6推进速度
盾构推进速度过快时，姿态不易控制，调整姿态时，推进速度应控制在20mm/min以内，施工中途停止时，若遇上地层比较松软，易造成盾构偏移，也将影响盾构掘进姿态。
2.7刀盘正反转
盾构刀盘的正反转不均匀会导致盾构滚动角过大，同时会带动管片旋转影响管片的拼装质量。
2.8管片
盾构在曲线上掘进时，通过使用楔形管片调整相临管环之间的转角可以拟合出一条光滑曲线，尽量使其与盾构掘进半径相同，保证必要的盾尾间隙量，否则管片与盾尾相制约增大摩擦阻力，不利于盾构姿态的控制。
2.9注浆
注浆包括同步注浆和二次注浆，同步注浆是盾构掘进时同步进行的注浆施工，二次注浆是管片拼装完成后的注浆施工。在注浆施工过程中，控制合适的注浆压力，对盾构管片稳定有一定作用，从而有利于盾构姿态的调整。
2.10测量误差
测量过程中，由于管片的位移、人的操作及环境影响等问题易引起测量误差，主要是控制点误差、设备系统误差和测量环境引起的误差，施工人员应时刻结合测量数据进行分析判定。
三、盾构姿态的控制分析
3.1地质条件
盾构施工中，若切口环处出现软硬不均的地层，松软地层侧的千斤顶推力未及时调整，盾构会呈现出向松软地层陷入的趋势，造成盾构姿态偏离设计轴线，导致姿态偏差较大，可先行从地质条件进行分析。
（1）在既有设计地质勘察资料基础上做好地质补勘工作，核对地质条件变化情况，为盾构掘进提供可靠的地质资料。
（2）在盾构掘进过程中，研究地质条件，调节不同区的油缸压力，观察各区油缸的行程显示，减小盾构掘进过程中向一侧偏移的趋势，达到控制盾构姿态的目的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（3）使用铰接千斤顶，在掘进过程中将软土侧的铰接千斤顶推出，克服盾构向此侧偏移的趋势。
（4）利用盾构刀盘的超挖刀，先行切割开挖面较硬侧的地层，盾构在另一侧千斤顶的推力作用下，产生地层较硬一侧行走的趋势，从而减小盾构掘进时受地层软硬不均而引起的跑偏现象。
3.2盾构掘进
（1）分区油压调整及千斤顶编组
结合盾构姿态及其偏差情况选中全部千斤顶，分别确定各区的推进油压，因分区油压纠偏能力受到限制，尽量做到逐环少量纠偏，曲线段掘进或纠偏时需采用千斤顶编组与分区油压综合控制的方法，同时调整各区油压，为盾构掘进提供最大的纠偏力矩，以保证盾构弯道掘进姿态和纠偏效果。
（2）刀盘正反转控制
刀盘的正反转不均匀会造成盾构向一个方向持续的滚动，逐渐积累后导致盾构姿态旋转位置偏差过大，因此在盾构掘进中要保证刀盘正反转时间的均匀，尽量缩短刀盘单向转动时间，同时正反转时刀盘扭矩基本一致，确保盾构不会产生过大滚动偏差。
（3）千斤顶行程差控制
盾构在转弯和纠偏过程中，各组推进千斤顶会产生行程差，为改善管片受力，保护成型管片，可以通过选择管片封顶块的拼装位置调整行程差，利用管片不同点位处的超前量来尽量缩小行程差，使管片平面与盾构前进平面尽量重合，此时盾构千斤顶能获得最大的推力，有利于盾构按设计线路前进。
3.3管片选型
盾构姿态与管片姿态是相辅相成的，盾构推进姿态决定了管片拼装姿态，同时成型隧道又作为盾构推进的导向。在曲线段施工时，曲线内、外侧的推进油缸会产生行程差，须安装楔形环以平衡这个行程差，标准环和楔形环可以排列拟合出不同半径的曲线隧道。盾构推进一环拼装前，须选择管片拼装点位，若管片拼装点位选择不合理，会出现推进千斤顶与管片受力面相对位置及角度产生偏差、盾尾拉住管片等情况，从而导致铰接拉力增大、管片碎裂、千斤顶受损以及盾尾刷失效等严重后果。
3.4测量控制
盾构控制掘进方向的主要系统为激光导向系统（VMT），其不间断地监控掘进方向及其变化，VMT是由激光经纬仪发射出激光束照射到控制面靶（ELS），根据ELS的中心和盾构的主机轴线平面几何关系，就可以确定盾构的轴线。
在小半径曲线上推进时，由于隧道曲率大，前方的可视距离短，导致盾构VMT测量移站频繁，每次换站后，高程数据都会有一定的变化。为了保证测量数据准确，每天应进行一次复核，及时调整VMT的数据并优化各项掘进参数，每隔5环测量一次管片的姿态，选择最优的掘进参数来控制盾构姿态。
3.5注浆控制
盾构隧道施工的开挖直径大于管片直径，衬砌脱出盾尾后管片与地层间有一定的间隙，若同步注浆量不足或浆液不能及时凝结，管片不能与周围地层紧密接触自稳，无法提供足够的扭转摩阻力，刀盘转动时无法抵抗主机产生的滚动趋势，易造成主机的扭转，管片环自身也将产生一定扭转，通过注浆使得管片尽快实现稳定也可以对盾构姿态控制起到积极作用。
（1）同步注浆
随着盾构掘进，脱出盾尾的管片与地层间出现空隙，通过盾尾的压浆管予以同步充填浆液，根据施工与地质情况对注浆量和压力两者综合考虑，本工程中每环注浆量约为空隙体积的1.6倍，小半径曲线隧道的注浆量要大于直线隧道注浆量。
（2）二次注浆
为减少同步注浆浆液早期强度低、隧道受侧向分力的影响，管片脱出盾尾后，通过管片注浆孔向外周进行二次注浆，来填补同步注浆流失造成的空隙和抵抗侧向分力。为尽快稳定管片，应尽量缩短浆液的凝结时间，保证管片衬砌环能够与地层密贴，提供给盾构足够的抗扭转摩阻力，防止其产生过大滚动，注浆位置选择在管片出盾尾5环处，这样可以靠近盾尾且减少盾尾刷损害。
结束语
掘进方向控制技术是一种要求较高的技术门类，对于从业人员的专业性要求较高，需要对工程的详细了解与全程监督。为了根治城市交通拥挤、人员堵塞高峰期的状况，地下空间的发展是必不可少的，这就使得掘进方向控制技术得到了广泛的应用，虽然现在还存在许多问题，但是在不断创新与研究下，这一技术会走向成熟并且满足施工要求的。
参考文献：
[1]王晖；竺维彬；李大勇.复合地层中盾构掘进的姿态控制[J].施工技术.2011（19）
[2]仇玉良．衬砌劣化对水下盾构隧道变形的影响分析[J]．公路工程，2012，（1）：26—31．
[3]陈勇勤．基坑开挖对邻近公路盾构隧道变形影响分析[J]．公路工程，2013（3）：165—170．
论文作者:秦辉
论文发表刊物:《基层建设》2018年第36期
论文发表时间:2019/2/28
标签：盾构论文; 管片论文; 姿态论文; 地层论文; 千斤顶论文; 注浆论文; 隧道论文; 《基层建设》2018年第36期论文;