盾构推进轴线控制及调整

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，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。

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。

（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)。

盾构施工风险控制近年来，国内地铁区间隧道大量采用盾构法施工，盾构技术有了长足进步，但盾构施工事故还是时有发生。

在盾构施工中地质是基础，设备是关键，人是根本。

避免事故的核心是对风险进行辨识，采取有效措施，阻止或降低风险的发生。

一、盾构进出洞风险控制盾构在工作井内始发掘进必须凿出预留洞口的钢筋混凝土后，才能将盾构推入洞口，盾构刀盘转动切削洞口外土体。

由于凿出预留洞口的钢筋混凝土需要较长时间，洞口土体暴漏时间过长会引起土体坍塌进入工作井，影响盾构始发；如遇含水饱和的砂性土，极易引起大量水涌入工作机，造成严重的工程事故，延误工期和造成巨大的经济损失。

尤其是大直径盾构由于埋设大和洞口面积大，盾构始发的风险更大。

需采取以下措施：①从设计上加强端头加固措施，如在端头洞门增加排素混凝土桩，端头加固选用效果较好如三轴搅拌桩的施工方案。

②对于富水地层，必须采用降水措施。

③对端头加固加固效果进行检测，确保端头加固的整体性和抗渗性满足设计要求。

加固体与井壁密封性不能出现缺陷点。

二、小曲线半径地段盾构施工风险控制小半径曲线上推进时，土体对盾构和区间的约束力差，盾构轴线较难控制。

同时由于曲线半径过小，使得掘进时盾构机向曲线外侧的偏移量增大，对管片拼装造成一定影响。

施工中严格控制油缸的分区推力，适时调整盾构姿态，严格控制盾尾间隙。

小半径曲线盾构掘进时，要采取以下措施：①盾构测量盾构在小半径曲线段推进时，增加隧道测量的频率，确保盾构测量数据的准确性。

通过测量数据来反馈盾构机的推进和纠偏。

在施工时实施跟踪测量，确保盾构机良好的姿态。

由于隧道转弯曲率半径小，隧道内的通视条件相对较差，需多次设置新的测量点和后视点。

在设置新的测量点后，严格加以复测，确保测量点的准确性，防止造成误测。

同时，由于盾构机转弯的侧向分力较大，易造成已成环隧道的水平位移，所以必须定期复测后视点，保证成型隧道位置的准确性。

②盾尾间隙控制小曲率半径段内的管片拼装至关重要，合理的盾尾间隙有利于管片拼装和盾构进行纠偏。

地铁盾构施工安全风险管理与控制措施发布时间：2022-05-07T10:05:36.935Z 来源：《新型城镇化》2022年9期作者：雷荡[导读] 地铁盾构法是借助于盾构机完成地下施工作业的施工工法，具有结构安全可靠、速度快及施工效率高等特点。

中铁四局安徽省合肥市 230011摘要：地铁盾构法是借助于盾构机完成地下施工作业的施工工法，具有结构安全可靠、速度快及施工效率高等特点。

目前随着我国发展进程加快，地面土地使用率越来越高，所以地铁建设规模也随之越来越大，盾构机凭借其兼具经济性、安全性等的特点，成为了现今城市轨道交通施工中的关键技术。

但是盾构法也存在安全风险，因此需要做好地铁盾构施工安全风险管理与控制，保证施工安全进行。

关键词：地铁；盾构；施工；安全；风险；管理；控制1地铁盾构施工管理中存在的安全风险1.1开挖面失稳的安全风险在地铁盾构施工中，存在开挖面失稳风险，对地铁盾构安全施工造成很大影响。

在地铁盾构施工中，导致出现开挖面失稳原因主要有以下几个原因。

一是在地铁盾构施工中，会遇到管涌和流沙问题，会造成盾构机发生突沉。

二是在地铁盾构施工中，会遇到地层空间，会造成盾构机轴线的偏移。

三是在地铁盾构施工中，会遇到涌水问题，会导致出现塌方问题，对地铁盾构施工的顺利进行造成影响。

1.2盾构机掘进过程坍塌事故的安全风险在地铁盾构施工中，容易发生塌方问题，对地铁盾构安全施工造成很大影响。

在地铁盾构施工中，如果对塌方不能很好地进行处理，就会造成地表沉降，对地铁工程的顺利进行造成很大影响。

2盾构施工安全控制措施2.1完善地铁盾构施工安全管理体制在地铁盾构施工中安全风险的管理首先要进行管理体制的创新和完善。

管理体制的创新要摒弃旧的发展模式，对以往的管理体制中的弊端进行调整，将整体功能发挥到最大程度。

对地铁盾构施工的管理不能一板一眼，需要灵活多变，面对不同程度、不同大小、不同规模的施工要合理规划管理模式，在管理体制上可以采用不完全相同式管理。

1.1.1.1盾构掘进姿态调整与纠偏
在实际施工中，由于管片选型拼装不当、盾构机司机操作失误等原因盾构机推进方向可能会偏离设计轴线并超过管理警戒值；在稳定地层中掘进，因地层提供的滚动阻力小，可能会产生盾体滚动偏差；在线路变坡段或急弯段掘进过程中，有可能产生较大的偏差，这时就要及时调整盾构机姿态、纠正偏差。

（1）参照上述方法分区操作推进油缸来调整盾构机姿态，纠正偏差，将盾构机的方向控制调整到符合要求的范围内。

（2）当滚动超限时，及时采用盾构刀盘反转的方法纠正滚动偏差。

在急弯和变坡段，必要时可利用盾构机的超挖刀进行局部超挖和在轴线允许偏差范围内提前进入曲线段掘进来纠偏。

浅谈盾构轴线偏差原因及其纠偏措施摘要：盾构法施工轴线控制是盾构法施工重点环节，通过对影响盾构轴线偏差的因素研究与控制进而达到娴熟掌握盾构法施工隧道轴线控制技巧，为以后的盾构法施工提供强有力的技术保证。

关键词：盾构；轴线控制引言盾构法施工轴线控制是盾构法隧道施工的重要环节。

文章对产生盾构轴线偏差的因素进行了分析，并有针对性地提出了防范和监控措施，以确保盾构掘进轴线及成型隧道轴线满足设计及规范要求。

一、产生盾构偏差的原因（一）始发基座的安装与线形始发架及反力架安装不稳及安装位置不符合设计要求，将直接导致盾构机在初始推进时发生位置偏移，甚至始发后轴线控制失控，盾构走形严重偏离隧道设计轴线。

（二）管片拼装盾构机在掘进过程中，随着盾构姿态沿轴线的不断调整，盾构千斤顶产生一定的行程差，通过合理的使用转弯环管片来调整盾构千斤顶的行程差，使管片与盾构机盾尾之间保证必要的盾尾间隙量。

此外，管片拼装的真圆度也影响盾尾间隙量。

（三）同步注浆对轴线控制的影响同步注浆可以及时填充盾尾前移后土体与管片之间产生的间隙，防止土层变形和坍塌，而且注浆量的多少及注浆压力的大小和分布都对轴线控制产生一定的影响。

（四）施工参数设定（1）盾构在不同区间线型中向前推进，盾构环环都在纠偏，区域千斤顶的推力及行程差直接影响盾构姿态。

（2）控制土压的设定值：一般在纠偏时，土压力的设定值比较大，使得千斤顶推力增大，千斤顶各区域调节时容易产生较大的压力差，利于增大土体对机头的反作用力将机头托起或横移。

（3）注浆压力及注浆量。

（五）土质因素在推进施工范围内，尤其开挖面土层变化处，由于不同土质的软硬程度及其承载能力有较大差异，会使盾构机产生不均匀位移，对盾构姿态造成一定的不良影响。

（六）地下水含量变化地下水含量丰富时，造成土体松软，盾构往往偏向松软土体或地下水丰富的河道的一边。

（七）施工连续性施工中途停止、施工流程不连贯以及推进速度不均匀，例如一旦遇到比较松软的土质，会造成盾构机下沉，因而影响盾构掘进姿态。

盾构施工中常见的问题及处理措施前言盾构施工工法在国内近年流行的机械化施工作业，由于盾构工法较传统的矿山法施工作业安全、自动化程度高、工人劳动强度低，越来越受施工单位欢迎。

盾构工法经过在国内多年的施工实践，盾构工法逐步被人们所认识和了解，虽然盾构工法有很多的优点，但其缺点也不少，如盾构施工中发生错台、管片破损等质量问题，没法返工，留下工程永久性的质量缺陷，质量问题重点为预控。

因此，施工过程中的风险管理越来越受人们所重视，不断探索施工风险预控制技术，不但可以提供施工质量水平和企业的技术管理水平，同时有利于避免质量、安全事故，降低施工成本。

风险管理关键在于发现问题，分析问题，采取应对措施和预防措施，总结经验，不断提高工程风险的管理。

现本文以表格的形式对盾构施工过程中的一些质量问题分类概述，并找出问题产生的原因，进而提出处理措施。

见下表：质量问题产生的原因处理措施出洞段拆除封门时出现涌水、流砂封门外侧加固土体强度低1.创造条件使盾构尽快进入洞口，并对洞门圈进行加固封堵，如双液注浆、直接冻结等2.加强监测，观测封门附近、工作井和周围环境的变化。

3.加强工作井的支护结构体系地下水发生变化封门外土体暴露时间太长洞口土体流失洞口土体加固效果不好1.洞口土体加固应提高施工质量，保证加固后土体强度和均匀性；2.洞门密封圈安装要准确，在盾构推进的过程中要注意观察，防止盾构刀盘的周边刀割伤橡胶密封圈；密封圈可涂牛油增加润滑性；洞门的扇形钢板要及时调整，改善密封圈的受力状况；3.在设计、使用洞门密封时要预先考虑到盾壳上的凸出物体，在相应位置设置可调节的构造，保证密封的性能；洞口密封装置失效掘进面土体失稳盾构推进轴线偏离设计轴线盾构基座变形1.盾构基座中心夹角轴线应与隧道设计轴线方向保持一致，当洞口段隧道设计轴线处于曲线状态时，可考虑盾构基座沿隧道设计曲线的切线方向放置，切点必须取洞口内侧面处；2.对基座框架结构的强度和刚度进行验算，以满足出洞时盾构穿越加固土体所产生的推力要求；3.控制盾构姿态，尽量使盾构轴线与盾构基座中心夹角轴线保持一致；4.盾构基座的底面与始发井的底板之间要垫平垫实，保证接触面积满足要求；5.在推进过程中合理控制盾构的总推力，使千斤顶合理编组，避免出现不均匀受力盾构后靠支撑发生位移或变形出洞推进时盾构轴线上浮后盾系统出现失稳反力架失效1.对体系的各构件必须进行强度、刚度校验，对受压构件一定要作稳定性验算。

一、测量人员1、法面法面指的是与隧道轴线垂直的一个平面，实际施工中若管片法面与隧道法面重合，盾构机与轴线夹角较小的情况下，盾构机千斤顶作用在管片环面上的推力是垂直和均匀的，这样可以减小径向分力，从而减小管片错台和破损，在盾构机上下坡及左右转弯时，保持一定的法面超前量，利于盾构姿态调整、管片上浮以及盾尾间隙的控制，通过实际测量每一环管片的法面，跟理论法面对比，然后通过贴片调整法面偏差是很有必要的，所以要求跟班测量人员必须测量每一环管片的法面，及时告知盾构司机及工班长法面偏差，通过贴片及调整C 块位置纠正管片法面。

坡度及转弯半径不一样，法面超前量也不一样，目前隧道以22‰的坡度下坡，半径800米左转，就需要保持法面上长及右长，经计算得知，目前需保持上长13.2cm，右长4.5mm，当实际测出的法面与该数据有偏差时，就需要调整。

法面要求一环一测，并形成资料。

2、侧滚侧滚是指盾构机本体或管片向左或者向右旋转，当侧滚角度较大时，会造成管片扭转、盾构超挖及姿态偏差等一系列问题，一般来说当侧滚值超过20mm时，要反转刀盘或者调整千斤顶分区油压进行右对称的两根千斤顶，测量千斤顶之间的高差来确定侧滚值，按照经验数据，当高差超过2cm时要进行调整。

这就需要测量人员将侧滚数据及时告知盾构司机来进行调整。

侧滚数据要求每班一测，并形成记录。

3、盾构机控制画面上显示的盾体倾角值与测量画面上显示的坡度偏差值不对应，需要测量人员定期人工复核盾构机实际倾角，并形成记录。

盾构机控制画面上显示的侧滚值与测量画面上显示的侧滚角是否对应，也需定期进行人工复核。

4、姿态表上数据要求补充完善，目前仅仅只有姿态数据，其他全是空白。

5、倒九环数据要求每班一测。

6、要求所有测量数据真实有效。

二、盾构司机1、操作要点⑴盾构机要平稳推进，每一环姿态调整不要过急、过大，每一环姿态的调整量控制在3～5mm。

⑵盾构机与轴线的垂直坡度偏差不要大于3‰，水平角度偏差不要大于0°10′19″。

盾构施工质量控制要点及管理制度1.1盾构掘进施工1.1.1 盾构设备制造质量，必须符合设计要求，整机总装调试合格，经现场试掘进50～100m距离合格后方可正式验收。

1.1.2 盾构组装时的各项技术指标应达到总装时的精度标准，配套系统应符合规定，组装完毕经检查合格后方可使用，盾构使用应经常检查、维修和保养。

1.1.3 盾构掘进施工必须严格控制排土量、盾构姿态和地层变形。

1.1.4 盾构进出洞时应视地质和现场以及盾构形式等条件对工作井洞内外的一定范围内的地层进行必要的地基加固，并对洞圈间隙采取密封措施，确保盾构的施工安全。

1.1.5 在盾构推进施工中应及时进行各项中间隐蔽工程的验收，并填写下列记录：（1）竖井井位坐标；（2）竖井预留的洞圈制作精度和就位后标高、坐标；（3）预制管片的钢模质量；（4）盾构推进施工的各类报表；（5）内衬施工前，应对模板、预埋件等进行检查验收。

1.1.6 盾构机进出竖井洞前，必须对洞口土体进行加固处理，以防止洞门打开时土体和地下水涌入竖井内引起地面坍陷和危及盾构施工。

1.1.7 隧道洞口土体加固方法、范围和封门形式应根据地质、洞口尺寸、覆土厚度和地面环境等条件确定。

1.1.8 检查盾构始发的准备工作，测量盾构机始发的姿态（盾构机垂直姿态略高于设计轴线0～30mm，防止“栽头”），检查盾构机防滚转措施及负环管片、始发台的稳定性；检查反力架刚度。

最后一层钢筋的割除，应自下而上进行才比较安全。

1.1.9 盾构工作竖井地面上应设防雨棚，井口应设防淹墙和安全栏杆。

1.1.10在盾构推进过程中应控制盾构轴线与设计轴线的偏离值，使之在允许范围内。

1.1.11 盾构中途停顿较长时，开挖面及盾尾采取防止土体流失的措施。

1.1.12 盾构掘进临近工作竖井一定距离时应控制其出土量并加强线路中线及高程测量。

距封门500mm左右时停止前进，拆除封门后应连续掘进并拼装管片。

1.1.13 盾构掘进速度，应与地表控制的隆陷值、进出土量、正面土压平衡调整值及同步注浆等相协调，如盾构停歇时间较长时，必须及时封闭正面土体。

盾构轴线控制轴线控制，即及时纠正盾构机推进中产生的轴线偏离，使推进轴线时时刻刻与计划路线保持一致。

近年来各种自动测量系统和盾构千斤顶操作无人化的轴线控制系统大量问世。

自动化、省力化已是当前的社会需求。

将来这些新的系统必然得以有效的广泛地应用。

不过这里需要说明的是，即使利用计算机自动化系统测量的场合下，管理者也必须很好地理解测量、轴线控制原理，以便对测量结果进行核校及对轴线修正的判断。

1 修正偏离的原则盾构轴线控制的基本原则如下：①偏离量增大之前及早修正；②在场地条件受限不能修正，只能按现时轴线掘进的场合下，通常可提前10～20m控制偏离量。

③遵循偏离量的管理值和允许值，确立偏离修正方针。

图1示出的是盾构轴线控制、偏离修正图。

为了把施工时的实际偏离量控制在规定的允许偏离量以内，首先应确定偏离量的管理值(允许值的50％～80％为目标)，并在该目标范围内修正偏离进行推进管理。

必须确立连续修正偏离的意识，但是，如果不明确修正到什么时候，什么程度的方针，则会像图1示出的那样出现反复偏离。

图20.4.1 盾构偏移修正图如果在已经发生偏离的场合下修正盾构轴线，则因超挖和盾构外周面摩擦的增大周围地层将发生扰动，致使沉降。

从防止沉降的观点出发，希望减小偏离量。

在轴线控制时，必须先掌握盾构现在在推进轴线上的偏离量，其次按可以把偏离量拉回到管理值以内的原则设定轴线修正量，即使超过管理值也可以考虑先修正几米的原则进行轴线控制。

2 盾构轴线控制2．1 决定轴线修正量在决定盾构轴线修正量时，应进行盾构位置、轴线变化的模拟，必须明确偏离修正的方针。

设盾构推进微小距离△L 时，对应的轴线变化角为θ，则对应计划线形的偏离量的变化为δ，由图2可知，δ可按下式计算：δ=δ1+δ2 (1)δ1=(δh0一δt0)·△L／L (2)δ2=δp+L1·sinθ(3)δp=R·(1一cosθ)(4)=ΔL·(1一cosθ)／{2·sin(θ／2)}式中：δ1——偏离计划轴线差的变位量；δ2——轴线修正的变位量；δh0——掘削面现时偏离量；δt0——盾尾现时的偏离量；δp——盾构旋转位置的变位量。