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1、天津地铁盾构施工中盾构机的姿态控制 【摘 要】分析了影响盾构姿态的部分因素,并对这些影响因素提出了针对性的对策,主要提出了管片姿态走势论,即管片姿态影响盾构姿态,管片走势影响盾构走势。结合具体的施工经验,对管片姿态如何影响盾构姿态做了详细论证,提出了有价值的观点。【关键词】盾构法 盾构姿态 管片姿态 管片选型 1、工程概况 天津地铁三号线周邓纪念馆站~天塔站区间隧道从周邓纪念馆站东端头井开始(里程为DK7+420.50),经天津革命烈士陵园,下穿水上公园筑波游泳场及月明公寓后,沿着水上公园北道
2、到达本区间的终点———天塔站西端头井,全长约1115.6m,为单圆盾构区间。本区间线路纵坡为驼峰形,最大坡度为2.5%,最小坡度为0.2%,最小曲线半径为349.851m,隧道轴线埋深12.9~19.9m。施工平面见图1。2、施工难点 盾构区间隧道在出洞阶段隧道为左转弯和0.2%的小坡度下坡,在此种情况下,盾构机容易出现低头现象即盾构机垂直姿态(高程)位于设计轴线以下;出洞50多m,隧道小半径左转弯并大坡度下坡,其中转弯半径为349.851m,坡度为2.5%,在此种情况下,如果纠偏不及时,盾构
3、机水平姿态(水平偏差)会处于设计轴线右侧,垂直姿态会处于设计轴线上侧;经过100多m的直线段施工后隧道右转弯并大坡度上坡,其转弯半径为404.134m,坡度为2%,在此种情况下则盾构姿态会出现和隧道左转下坡相反的情况,即盾构机水平姿态处于设计轴线左侧,垂直姿态位于设计轴线下侧;距离进洞50多m时,隧道为小坡度上坡,坡度为0.2%,在隧道接近进洞阶段变坡这就要求在施工时应及时调整盾构机垂直姿态,保证准确进洞。3、盾构姿态 盾构姿态是在盾构法隧道的施工过程中,为满足盾构机掘进的施工需要,由自动测量
4、系统或人工测量系统经过测量或计算所得到的盾构机主机偏离设计轴线的状态,其主要参数有水平偏差,垂直偏差(俯仰角),旋转角等。水平偏差反映盾构在水平方向上偏离设计轴线的平曲线的情况;垂直偏差(俯仰角)反映盾构在竖直方向上偏离设计轴线的竖曲线的情况;旋转角反映盾构自身的旋转情况。 盾构姿态是为满足盾构掘进施工需要而提出并经过测量系统测得的,就周邓纪念馆站~天塔站右线隧道施工的实践看,只有知道了上一环的盾构姿态才可以进行下一环的掘进施工,盾构机偏离设计轴线的程度直接反映了已成型隧道偏离设计轴线的程度,
5、盾构姿态的好坏反映了隧道的施工质量的好坏,为控制隧道的施工质量,国家质量技术监督局和国家建设部对隧道的轴线偏差提出了以下要求。 (1)地下盾构掘进中应严格控制中线平面位置和高程,其允许偏差均为±50mm。发现偏离应逐步纠正。 (2)隧道轴线平面位置和高程允许偏差要求见表1。4、盾构姿态的影响因素及控制4.1 水平偏差和垂直偏差控制 根据本工程的实践经验,影响盾构水平偏差、垂直偏差的主要因素有以下几个方面。4.1.1 土质方面 在盾构施工过程中,如果在切口环两侧出现土质软
6、硬不同的土质,而在松软土质侧的千斤顶推力未及时调整,盾构机就会呈现出向松软土质陷入的趋势,这样在推进过程中,就会造成盾构姿态偏离设计轴线,从而导致姿态偏差较大。为防止上述情况的出现,采取了一些措施。 (1)在保证盾构正常掘进的前提下,通过电磁减压阀,调节上下区油缸压力,同时通过油缸装的位移传感器观察各区油缸行程显示,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。 (2)利用铰接千斤顶转动特点,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。 (3)
7、利用盾构机刀盘的超挖刀,先行切割开挖面土质较硬侧的土体,使盾构机切口环部位在此侧产生较小的空隙,盾构机在另一侧千斤顶的推力作用下,产生土体较硬一侧行走的趋势,从而可以减小盾构机在掘进过程中由于土体软硬不均而引起的一侧跑偏现象。4.1.2 设计方面 在施工中,经常碰到设计线路转弯半径小、坡度大的隧道工程,这也在一定程度上增加了施工难度,从而使盾构机在施工过程中容易出现偏差过大的现象。施工对策:曲线段施工时,为确保盾构机沿设计轴线掘进,必须严格控制盾构机掘进参数,如出土量、正面土压平衡、推进油缸的
8、伸出方式与油压等,使掘进轨迹符合设计线路的曲线参数要求。4.1.3 始发基座偏差 盾构机在始发阶段是位于始发基座上的,因而始发基座的水平位置、高程等直接决定了盾构始发阶段的盾构姿态,所以在施工准备阶段对盾构始发基座准确定位,保证在始发时盾构机的中心线、高程与盾构钢环中心线、高程一致,并保证始发基座的加固牢靠,防止在盾构组装过程中始发基座的变形。4.1.4 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
