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摘要：以某市轨道交通某盾构法施工区间中盾构姿态控制为例，介绍了盾构姿态控制的技术要求，分析了始发架、土体、管片姿态、注浆等对盾构姿态控制的影响，下面笔者详细分析了盾构姿态控制原则以及地铁盾构施工中盾构姿态的控制方法。
关键词：地铁盾构施工；盾构姿态；管片姿态；控制方法
前言：某市轨道交通某盾构法施工区间为单圆盾构区间，上行线全长1295.878m，下行线全长1295.312m，平面最小半径为399.847m，最大半径为799.918m。纵坡为v型坡，最大坡度为18.1‰，最小坡度为2.12‰，最小竖曲线半径3000m。为满足曲线段施工和盾构机纠偏的需要，还专门设计了转弯环。管片型号分为标准环、左转弯环、右转弯环。转弯环为双面楔形环，每环超前量为25mm。
1盾构姿态控制原则
在盾构姿态满足隧道设计轴线要求的基础上，应遵循“频纠偏、小纠偏、不超限”的原则，避免“急纠偏、大纠偏、屡超限”的现象存在，保证地铁隧道的工程质量。盾构姿态控制标准应根据盾构法隧道施工与验收规范(GB50446—2017)，地铁隧道轴线平面位置最大允许偏差为±100mm;地铁隧道轴线高程位置最大允许偏差为±100mm。同时，根据地铁隧道盾构工程设计图纸要求，一般情况下，地铁隧道轴线平面位置最大允许偏差为±50mm;地铁隧道轴线高程位置最大允许偏差为±50mm。综合规范和设计图纸要求，并考虑可能存在的其他各种误差，盾构姿态控制标准从严确定:地铁隧道轴线平面位置最大允许偏差为±40mm;地铁隧道轴线高程位置最大允许偏差为±40mm。
2盾构姿态的影响因素
2.1管片姿态
管片姿态是影响盾构姿态的最主要因素，即管片走势论。因为管片是在盾尾钢壳内进行拼装的，盾构机时刻都沿着已成型的隧道进行掘进，所以成型管片的中心线与设计轴线的偏差就是隧道中线与设计轴线的偏差。当然成型管片的走势也直接决定了盾构机的走势，如果已成型管片的走势偏离设计轴线，那么即使有水平再高、施工经验再丰富的操作手，如果不及时进行纠偏的话，盾构机也不会沿着设计轴线前进。
2.3操作手的操作水平和操作经验
盾构司机的操作水平高低和操作经验的丰富与否直接会影响到盾构姿态的好坏，因为他们直接操纵着盾构机的“方向盘”，他们是第一个能够知道盾构姿态和盾构走势的人，所以这就要求盾构司机时刻要注意盾构姿态走势，发现盾构机有跑偏现象时，及时进行纠偏，遵循“勤纠少纠”的纠偏原则，正确调节盾构推进千斤顶各区油压，直到盾构姿态不再变大时为止，在施工过程中，应严禁避免过大纠偏，这样不仅会造成管片碎裂，还容易造成盾尾刷的永久变形从而失去密封作用导致隧道漏浆、漏水等事故，更严重的还会造成盾尾钢壳变形出现测量误差。
3地铁盾构施工中盾构姿态的控制方法
3.1始发架
在盾构机刚开始推进的时候，盾构机是在始发架上行进的。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆因此在始发阶段，盾构机的姿态是由始发架轴线偏离隧道设计轴线的水平和垂直偏差决定的，所以始发架的测量精度是很重要的，只有严格按照设计轴线的坐标和高程定位安装始发架，并保证始发架的稳固，才能保证盾构机精确进洞，并使盾构机按照设计轴线推进。
3.2应用自动测量系统
在盾构法施工中，为了保证盾构按隧道设计轴线推进，由自动测量系统或者人工测量系统测量得到盾构机轴线偏离设计线路的状态即为盾构姿态，其主要参数有里程、左右偏差、上下偏差、坡度角、旋转角、扭转（横摆）角。盾构姿态的控制质量直接影响到隧道中心相对设计轴线的偏差量和管片的拼装质量，姿态控制不好会导致隧道蛇行、与设计轴线偏差过大甚至超限，偏差较大时会导致盾尾间隙过小、盾尾“卡壳”，严重的还会导致盾尾钢丝刷损坏、管片错台、开裂、漏浆、渗水等工程事故。为了控制隧道质量，根据规范要求：管片在盾尾拼装完成时，偏差宜控制为：平面和高程小于±50mm；在地铁隧道建成后，中线允许偏差为：平面和高程偏差小于±100mm[1]。
3.3土体
在盾构推进过程中，如果刀盘周围的土质软硬程度不同，而盾构机的推进参数又没有及时调整，就会发生盾构机向土质松软的一侧倾斜或扭转的现象，造成盾构姿态偏差过大。为了防止发生这种情况，工程中常采用以下措施进行调整：第一，保证每一环的推进都严格按照上一环的测量数据进行，如果发现盾构机跑偏现象，及时调整相应油缸的油压及千斤顶的行程，使盾构机向土质较硬的方向推进，但是推进的时候要注意上下两端和左右两端千斤顶的行程差不能太大，一般应控制在20mm之内。第二，利用盾构机的超挖刀在土质较硬的一侧先行开挖一定的空间，在千斤顶的作用下，使盾构机有向土质较硬的一侧推进的趋势，或在有铰接的盾构机上，还可以调整软土侧的铰接千斤顶，使该侧铰接千斤顶伸出，以此来克服盾构机向软土侧行进的趋势，以此达来到调整盾构姿态的目的[2]。
3.4正确安装管片
管片是在盾尾内部拼装的，因此管片拼装的好坏也会影响到盾构姿态的好坏。盾构机偏离隧道设计轴线的趋势和管片中心偏离隧道设计轴线的趋势应该是一致的，管片中心和盾构机中心的几何关系，推进过程中可以根据盾尾上、下、左、右间隙来判断盾构机和管片的相对位置。如果盾尾间隙很小，盾构姿态的调整空间就很小，姿态控制的难度会增大，严重的会导致盾尾和管片的碰撞、管片破损、盾尾钢丝刷损坏，或者漏浆的事故，在调整盾构姿态时 ， 一定要进行适量调整 ， 根据盾尾间隙决定纠偏量 ， 否而就会是盾壳和管片卡死 ， 造成管片碎裂等施工质量问题 。因此在推进的过程中，要时刻注意正确安装管片，观察盾尾间隙的变化，以保证盾构机和管片的安全[3]。
3.5注浆压力
注浆包括同步注浆和二次注浆，同步注浆即在施工过程中盾构机边掘进边进行的注浆施工，注浆孔的注浆压力对管片姿态有一定影响。二次注浆即在隧道施工完成后，为纠正在施工中造成的隧道偏差采用注浆设备进行的注浆施工。在同步注浆施工过程中，控制合适的注浆压力，对盾构姿态的调整有一定作用。二次注浆对已成型的隧道纠偏有明显效果，但是监测工作要及时到位，否则会产生土体隆起、隧道变形等施工事故。
3.6旋转角
盾构的旋转角度增大主要是由于刀盘向同一个方向旋转造成的，所以要减小盾构的旋转角就要改变切削刀盘的旋转方向，一般情况下盾构的旋转角要控制在±0.3°以内，较大的旋转角容易造成盾构双梁的牵引梁的旋转，从而导致双梁牵引梁的倾斜，给管片吊运带来不必要的麻烦，同时盾构自身较大的旋转角度也会对拼装造成困难。总之，在盾构法隧道施工中，盾构姿态的影响因素有很多，但其最关键的影响因素为盾构已成型管片的姿态。所以在施工过程中，技术人员和盾构操作手等施工人员要时刻了解成型管片的姿态。
总结：
在地铁盾构施工中，盾构姿态控制是决定隧道质量好坏的关键因素，而影响盾构姿态的原因很多，因此在对盾构姿态进行纠偏的时候，把握纠偏量和纠偏时间是很重要的，同时盾构机操作人员也要有一定的预判能力，发现盾构机有偏离轴线趋势的时候，就要及时进行合理的纠偏，以达到调整盾构姿态的目的，保证隧道轴线符合规范要求，最终顺利贯通。
参考文献：
[1]王伟.地铁盾构施工中盾构机姿态定位测量[J].水利水电施工，2016(01):99-101.
[2]王升阳，高俊强，刘伟诚.地铁盾构施工中盾构姿态的控制方法[J].测绘地理信息，2013，38(01):39-42.
[3]郭瑞.天津地铁盾构施工中盾构机的姿态控制[J].铁道建筑技术，2010(S1):12-15+47.
论文作者:刘帅,李亚
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/6
标签：盾构论文; 管片论文; 姿态论文; 轴线论文; 隧道论文; 偏差论文; 地铁论文; 《防护工程》2018年第17期论文;