盾构姿态控制与管片拼装技术

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1、盾构姿态控制与管片拼装技术盾构姿态控制与管片拼装相互影响，相互制约的两个过程。盾构姿态控制与管片拼装应以隧道设计轴线控制为目标，同时两者相互协调，保证管片拼装质量，避免管片产生破损。盾构的姿态控制是盾构施工中的一个重要环节。盾构姿态控制的基本原则：以隧道设计轴线为目标，偏差控制在设计范围内，同时在掘进过程进行盾构姿态调整确保不破坏管片。盾构推进过程中，依靠千斤顶不断向前推进，为便于轴线控制，将千斤顶设置分成不同区域。在切口水压正确设定的前提下，应严格控制各区域油压，同时控制千斤顶的行程，合理纠偏，做到勤纠，

2、减小单次纠偏量，实现盾构沿设计轴线方向推进。设计轴线控制范围：平面控制：100mm，高程控制：-100mm。本工程采用通用楔形管片作为隧道衬砌。其不同的旋转位置，将产生不同的上、下、左、右超前量，通过不同位置管片的拼装，实现对隧道轴线的拟合。因此拼装前管片的选型至关重要。选择正确的管片旋转角度，能保证拼装工作的顺利进行提高拼装质量，保证构筑隧道符合设计轴线。另外，盾构推进施工中，成环管片作为盾构推进后座，对盾构推进起到一种导向作用。为此，在盾构推进尤其是曲线推进时，应通过严格的计算和量测来确定管片的超前量。

3、同时应用盾构本身PPS系统综合系统，合理选取管片旋转位置，以达到管片相应的超前量，使管片环面始终垂直于设计轴线。1.盾构姿态控制与管片拼装的基本原则1.1直线段施工直线段施工最理想的状态是隧道设计中线与盾构轴线管片中线重合。但实际施工情况，三条线之间存在偏差。下面分几种基本情况进行讨论：（1）三条线基本重合：理论上，管片拼装时K块可以交替放在圆心对称的位置。但是，为了保证拼装精度，应避免K出现隧道下部。最好K块交替放°与270°位置。K块在右侧，左右油缸行程差25mm，K块在左侧，左右油缸行程差－25mm。

4、（2）盾构轴线与隧道轴线重合假设管片端面与隧道设计轴线的垂直面存在夹角θ，最不利的情况是两平面在水平面上的投影夹角为θ(顺时针为正)。此时管片一侧超前Dθ，为保持盾构姿态不变，油缸行程差为D0θ。通过下环管片拼装，纠正管片轴线，并尽量与35盾构轴线一致。因此，应经常测量管片端面情况。（3）管片轴线与隧道设计轴线重合(这种情况不好判断)1）假设管片拼装后，盾构机轴线与隧道设计轴线存在夹角为θ，这时在盾尾间隙允许的情况下，一般应保证管片与设计轴线一致，同样通过调整油缸行程调整盾构姿态。（4)管片中心与盾构中心的

5、有偏差由于盾构机的平行移动．管片与盾构机的关系如图1所示。图1盾构与管片轴线偏差示意图假设管片与盾构不失圆，管片与盾尾的上下左右间隙值δt、δb、δr、δl可在现场测得，管片中心(Og)与盾构机盾构平行移动示意图中心(Od)的偏差δv、δh，如图1所示。则可用以下公式计算：因δmin>0，故尽管盾尾前部与尾端存在间隙，但如δv2＋δh2>1600时，管片与盾构机的尾部就有可能相接触。实际情况管片拼装后为椭圆形，如图2所示。如果椭圆度为4%，管片水平方向直径至少增加22mm。相应一侧盾尾间隙减小11mm。此时

6、最小盾尾间隙为：。35图2管片失圆示意图如果上述情况发生在管片拼装前，管片K块设在间隙大的一侧，使管片中心向盾构中心移动；如果上述情况发生在管片拼装后，如果盾构轴线与管片轴线位于隧道设计轴线一侧，盾构最好沿原来的方向掘进，然后通过下一环管片进行调整，或调整盾构轴线远离隧道设计轴线。如果盾构轴线与管片轴线位于隧道设计轴线两侧，调整盾构姿态，使盾构中心向管片中心移动。（5)三条轴线不重合而且轴线水平移动通常施工过程中，经常产生上述复杂情况，此时盾构姿态调整应综合考虑掘进方向，同时避免损坏管片，管片选型应考虑隧道

7、设计轴线并与盾构姿态相适应。逐步调整盾构掘进方向。图3盾构机位置预测方法A．盾构姿态调整：（1）偏移量计算：管片拼装后，盾构推进2m，对应的角度变化为θ，则对应计划线性的偏移量的计算由图3所示，δ按下式计算：式中：δ1——盾构沿设计方向前进引起的变位量；δ2——方向修正的变位量；δh0——刀盘初始偏差量；δt0——盾尾初始偏差量；δp——盾构旋转引起的偏差量；△L——盾构掘进长度；35L——盾构长度；L1——管片拼装结束油缸撑靴之前的盾构长度；L2——管片拼装结束油缸撑靴之后的盾构长度；R——盾构选择角度；

8、θ——计划盾构轴线变化角度（最大为（δh0－δt0）/L）。（2）油缸行程差计算盾构推进ΔLm，对应的角度变化为θ，油缸行程差计算如图4所示。计算公式如下：由上式得：式中：△S终——掘进ΔL时油缸行程差；S1终——掘进ΔL时油缸行程；S2终——掘进ΔL时油缸行程；D0——油缸间距；θ——计划转动角度；ΔS初——初始油缸行程(=S1初-S2初)图4油缸行程差计算简图B．管片拼装：管片拼装的基本原则是适应盾构姿态调整