浅谈盾构机姿态的控制方法

浅谈盾构机姿态的控制方法
一、简介
盾构机为沉管全封闭式施工机械，具有自动化程度高、施工质量可控、施工速度快和管片拼装精度高等优势，深受广大施工企业的青睐，用于水
利工程、市政工程、油气工程等城市基础设施的管线施工，不仅可以大大
减少施工难度，节省施工时间，还可以提高施工质量和提升施工效率。

但是，控制盾构机姿态是盾构钻机施工中的关键，盾构机控制姿态不准确，
既会影响施工质量，又会严重延误施工进度，甚至出现施工安全事故，因此，控制盾构机姿态是施工质量的重要保障。

1、建立坐标系：首先，应建立一个轨道工程坐标系，可以通过在地
形上标准点测量来建立。

2、采用传感器测量方法：在盾头前设置激光传感器，可以利用它来
测量盾头的垂直位置，并定时发送信号，通过接收系统转换后可以获得盾
头的三维坐标信息，从而可以准确控制盾头的姿态。

3、采用水平仪测量法：在盾头前方设置水平仪，可以实时水平测量，通过控制盾头的角度，从而准确控制盾头的姿态。

4、采用视觉控制方法：同样，可以在盾头前方设置一台摄像头，通
过视觉控制，可以准确控制盾头的姿态。

土压平衡盾构机姿态控制与纠偏目录一、姿态控制 (3)1 、姿态控制基本原则 (3)2、盾构方向控制 (3)3、影响盾构机姿态及隧道轴线的主要因素 (6)二、姿态控制技术 (10)1 、滚动控制 (10)2 、盾构上下倾斜与水平倾斜 (11)三、具体情况下的姿态控制 (12)1 、直线段的姿态控制 (12)2 、圆曲线段的姿态控制 (13)3 、竖曲线上的姿态控制 (14)4 、均一地质情况下的姿态控制 (15)5 、上下软硬不均的地质且存在园曲线段的线路 (15)6 、左右软硬不均且存在园曲线段的线路 (15)7 、始发段掘进调向 (16)8 、掘进100m 至贯通前50m 的调向 (17)9 、贯通前50米的调向 (17)10 、盾构机的纠偏 (17)11 、纠偏的方法 (18)四、异常情况下的纠偏 (20)1 、绞接力增大，行程增大 (20)2、油缸行程差过大 (20)3、特殊质中推力增加仍无法调向 (21)4 、蛇形纠偏 (22)5 、管片上浮与旋转对方向的影响 (22)五、大方位偏移情况下的纠偏 (23)一、姿态控制1 、姿态控制基本原则盾构机的姿态控制简言之就是，通过调整推进油缸的几个分组区的推进油压的差值，并结合绞接油缸的调整，使盾构机形成向着轴线方向的趋势，使盾构机三个关键节，是（切口、绞接、盾尾）尽量保持在轴线附近。

以隧道轴线为目标，根据自动测量系统显示的轴线偏差和偏差趋势把偏差控制在设计范围内，同时在掘进过程中进行盾构姿态调整，确保管片不破损及错台量较小。

通常的说就是保头护尾。

测量系统主要的几个参数：盾首（刀盘切口）偏差：刀盘中心与设计轴线间的垂足距离。

盾尾偏差：盾尾中心与设计轴线间的垂足距离。

趋势：指按照当前盾构偏差掘进，每掘进1m产生的偏差，单位mm/m 。

滚动角：指盾构绕其轴线发生的转动角度。

仰俯角：盾构轴线与水平面间的夫角。

2、盾构方向控制通过调节分组油缸的推进力与油缸行程从而实现盾构的水平调向和垂直调向。

文章编号:1004—5716(2006)01—0162—03中图分类号:U455143　文献标识码:B浅谈盾构姿态偏差与控制郑向红(北京交通大学,北京100007)摘要:介绍北京地铁盾构施工中盾构姿态控制的基本方法。

关键词:土压平衡盾构;盾构姿态控制 盾构法施工技术已经应用于北京市地铁五号线工程中,盾构法施工在北京的地质条件下已经积累了丰富的经验,尤其在和平里北街站—雍和宫、雍和宫—北新桥站区间工程中,成功穿越地坛公园、雍和宫、东四北大街等重点文物保护单位和重要交通干线,目前已完成3000多米盾构掘进。

结合本工程施工的经验,着重介绍盾构法施工时盾构姿态偏差问题及处理办法。

1　工程概况地铁五号线贯穿北京市南北方向,南起丰台区的宋家庄站,北至昌平区的太平庄北站,全长22.6k m。

其中采用盾构法施工的区间隧道约5.8k m。

工程于2002年底开工建设,计划于2007年3月通车试运营。

盾构法是地铁隧道施工中一种先进的工法。

与传统工法相比,它能够避免对城市地面、路面的占用,避免沿线的降水施工,确保城市的生态环境。

施工机械化、自动化、信息化程度高,作业区域内的环境干净、卫生、安全,施工速度快,施工中对附近居民及企事业单位的正常工作及生活的影响也较小。

为适应北京地区的地质条件、环境要求和技术要求,地铁五号线工程全部采用目前世界上技术先进的加泥式土压平衡盾构机。

其工作原理是向密封仓内加入塑流化改性材料,与开挖面切削下来的土体经过充分搅拌,形成具有一定塑流性和透水性的塑流体。

同时通过伺服控制盾构机推进千斤顶速度与螺旋输送机向外排土速度相匹配,经仓内塑流体向开挖面传递设定的平衡压力,实现盾构机始终在保持动态平衡的条件下连续向前推进。

2　主要质量问题分析与处理盾构法施工除管片等半成品可能存在质量问题外,在施工过程中,盾构机的操作不当是引起盾构工程质量问题的重要原因,主要集中反映在盾构姿态偏差和管片拼装质量问题。

本文拟就盾构姿态控制问题谈几点体会。

地铁盾构施工中盾构姿态的控制方法摘要：通常情况下，采用盾构法施工是在施工条件较差、影响因素多的环境中，因此，盾构姿态不容易控制，本文分析盾构姿态控制的技术，提出了盾构姿态控制的技术方法。

关键词：地铁盾构施工；盾构姿态；控制方法在地铁盾构施工中，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，盾构机操作人员要及时根据设计线路、土质情况、盾尾间隙、千斤顶行程和油压以及管片走势等因素，综合考虑后调整盾构姿态，不能因为某一个因素而仓促的进行纠偏，而且要遵守“勤纠少纠”的原则，切勿过大过急的纠偏，防止地层扰动大，造成地面沉降等情况。

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，这样才能保证隧道轴线符合规范要求，并最终顺利贯通。

一、盾构姿态控制的技术分析在盾构法施工中，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。

二、盾构姿态控制的技术方法1、盾构始发前姿态控制技术（1）盾构施工所处地层分类目前盾构施工所处地层大概可分为以下4 类：第1 类为卵（碎）石层、圆（角）砾层、砾砂层、粗砂层、中砂层、细砂层、粉砂层、粉土层、黏性土层中的某一种地层或某几土层的混合层；第2 类为岩石层；第3 类为淤泥质土层；第4 类为以上3 类的混合层。

浅谈地铁盾构施工中盾构姿态的控制方法摘要：随着城市建设的发展，我国的交通也得到了很大程度上的发展，比如地铁的大量兴建。

地铁的建设也是为了满足人们出行的重要需求，但是在地铁的施工中由于各种各样的问题，依然存在着许多方面的问题。

而地铁的盾构施工作为地铁施工中的一个重要部分，对地铁的建设来说有着不可替代的作用，所以我们一定要注重地铁盾构施工中的一些问题，特别是它的盾构姿态。

本文就对地铁盾构施工中盾构姿态的一些控制方法进行了一定的分析。

关键词：地铁盾构；施工；盾构姿态；影响因素；控制方法前言随着我国经济的发展和社会的进步，我国各行各业都取得了十分迅速的发展，当然我国的地铁工程发展迅猛前进，不仅需要依靠国民经济以及科学技术水平的提升，更需要紧随时代和社会的进步进行研究。

对此，众多的地铁工程修建人员对其研究方向也明确了研究方向和研究力度，其中，地铁施工的盾构机姿态控制就是一大研究要点。

1.有关地铁盾构姿态的基本概述地铁盾构指的就是建设地铁的一种重要施工技术，简单的来说它就是在距离地表不远的地下暗挖隧道的一种施工方法。

地铁盾构具有很多的优势，比如用它的自动化程度高，不需要太多的人力、施工速度也比较快并且它不受气候影响，可以随时开工等等。

地铁盾构在施工的过程中是在地下进行挖掘的，在挖掘的过程中由于地下有很多我们不能完全掌握的具体情况，所以在地铁盾构的施工中就可能会出现一些临时的问题。

所以我们不仅要注重防止软基开挖面崩塌，还要注重保持开挖面稳定，除此之外要注重在机内安全地进行隧洞的开挖和衬砌作业，只有这样才能够减少地铁在建设的过程中可能会出现的一些损失。

地铁盾构还有三个必要的因素：稳定开挖面、挖掘及排土以及衬砌包括壁后灌浆。

这三个要素对地铁盾构的施工来说都是不可缺少的，都有着不可替代的重要作用，所以我们一定要对它们引起足够的重视。

但是在地铁盾构中还是存在一定的问题，比如它在施工中盾构姿态的控制问题，盾构姿态就是通过一定的测量方法，比如机械测量以及人工测量等等得到的盾构机与设计轴线的偏离状态，它的测量比较复杂，所以我们一定要找到地铁盾构施工中盾构姿态的控制方法。

盾构技术姿态控制要点
随着社会的发展，城市的逐步建设，力学模拟技术越来越受到社会的重视，尤其是城市桥梁建设，为保证施工质量，提高建筑物的使用寿命，模拟、校核均有重要的作用。

其中，盾构技术已经成为城市桥梁建设中不可缺少的重要技术。

盾构施工技术在保证施工质量的前提下，有效降低施工成本，缩短施工工期，同时也可以有效保护环境，满足当今技术的发展需求。

盾构施工过程中，姿态控制技术是一项比较重要的技术，它能够确保盾构施工的安全性和质量。

需要特别注意的是，在盾构施工过程中，盾构机的姿态是极其重要的，如果盾构机的姿态不合理，往往会影响到施工质量，甚至会对作业安全形成严重的逆反作用。

因此，在盾构施工过程中，如何正确控制盾构机的姿态，就显得尤为重要。

首先，要正确安装盾构机，确保其安全可靠，同时要根据设计施工画图，确定好每个施工阶段的目标姿态，以确保施工质量。

其次，要加强对盾构机姿态的实时监测，及时发现和纠正姿态异常。

最后，要通过不断的研究，提高盾构机姿态控制技术，使其在施工过程中能够更好地发挥作用。

总之，盾构技术施工过程中，姿态控制技术是非常重要的。

浅析盾构机姿态控制——王春光2004.7.15（初稿）在盾构隧道施工中，盾构机的姿态控制是至关重要的，它直接关系到隧道的施工质量，所以在进行隧道轴线控制中，除了要做好严格的测量及检验工作，更要对盾构机的姿态控制充分的重视起来，由于盾构施工是由盾构机在深层土体进行暗挖的一种施工工艺，盾构机所处土层的土质情况、隧道轴线的平面及高程的设计情况、管片形式及施工中选型、管片的楔形处理等因素都直接影响到盾构机的姿态控制，从而对隧道的成型产生至关重要的影响。

鉴于此，我们对盾构机的姿态控制以及隧道轴线的控制作了比较充分的分析研究，希望对今后的盾构施工能够起到一些有益的帮助。

一、盾构机型式及参数1、盾构机概述本次工程中所使用的盾构机为土压平衡式盾构机，根据天津市区地层土质情况进行设计生产，适用于含有大量粘土、粉砂或低含水量粉土的地层，通过刀盘切削土体在后部土仓中屯积，形成切削土压力抵抗刀盘前端土体压力，形成土压平衡，缓解地面沉降，进行掘进。

盾构机的操作主要为“计算机监控，手动操作”，即通过盾构机上的PLC及计算机系统进行盾构机掘进过程中各种数据参数的采集处理，在操作面板及计算机显示器上进行显示，由盾构机操作手根据所显示的数据资料情况进行手动控制，对盾构的掘进状态进行操作控制，所以对盾构机操作手（俗称盾构司机）的操作熟练程度及对盾构机及其工作原理以及盾构纠偏原理的理解等各方面的要求都比较高。

比较适合于对盾构工程比较熟悉的操作人员，对于比较全面系统地掌握盾构机掘进过程的操作理念有很高的要求。

2、 盾构机相关参数（与盾构机姿态控制有关）● 盾构机型号：德国HERRENKNECHT S-225 土压平衡式盾构机 ● 盾构外径：Φ6390mm● 盾构长度：8500mm● 推进千斤顶：16×2个，编为四组：A 组（2#、3#、4#、5#）、B 组（6#、7#、8#、9#、10#）、C 组（11#、12#、13#、14#）、D 组（15#、16#、1#）。

探析地铁施工中的盾构机姿态控制前言：近几年，工业的发展速度越来越快，人们对生活质量的要求也越来越高，尤其是对交通工具的要求。

在这种背景下，地铁应运而生。

在今天，地铁已经成为了一种非常普遍，也非常受广大民众欢迎的交通工具。

由于盾构机在地铁工程中占有非常重要的位置，盾构机姿态控制也就受到了人们的广泛关注。

本研究就将针对“地铁施工中的盾构机姿态控制研究”这一主题进行阐述，使广大民众对这方面的内容有一个更加深入、全面的了解。

1. 盾构姿态盾构姿态常常出现在以盾构法为主要施工方法的隧道工程中，盾构姿态其实就是通过机械测量或人工测量得到的盾构机与设计轴线的偏离状态。

我国也有与隧道轴线偏差有关的规定：在隧道轴线平面位置中，地铁隧道允许的偏差为±50毫米，在这种情况下，检查人员一般会选择经纬仪测量中线；在隧道轴线高程中，地铁隧道的允许偏差为±50毫米，在这种情况下，检查人员一般会选择水准仪测量高程。

2. 影响盾构机姿态控制的因素影响盾构机姿态控制的因素具体有以下几个：第一个因素，土质因素。

盾构机切口环两边的土质不一定是同种土质，可能一边的土质较为松软，另一边的土质较为硬实，在这种情况下，就需要调整土质较为松软的那边的千斤顶，如果没有调整，或者调整的不到位的化，盾构机就会向土质较松的那一边倾斜，自然而然，盾构机就会偏离设计轴线。

第二个因素，始发基座的定位是否准确。

盾构机在工作之初，是处在始发基座上的，也就是说，始发基座的初始位置与盾构机工作之初的盾构姿态有着密切的关系。

所以，在正式施工前，一定要精确的定下始发基座的初始位置，这样，才能保证盾构机的中心线不会偏离设计轴线，才能控制盾构姿态。

除此之外，在施工前，相关工作人员还需要仔细检查一下始发基座，确保始发基座是坚实稳固的。

第三个因素，盾构机操作人员的技术水平。

盾构机操作人员的技术水平的高低决定着操作人员能否将盾构机姿态控制好，他们的操作决定了盾构机的走向。

土压平衡盾构机困难状况下的操纵及纠偏 (1)盾构姿态控制作业指导书 (3)盾构姿态实时监控原理与方法 (6)浅谈盾构机姿态的控制方法 (10)浅析盾构机姿态控制 (9)土压平衡盾构机困难状况下的操纵及纠偏摘要：为了能使操纵手更熟练的操纵盾构机，本文根据自身工作实践对盾构困难状况下操纵及纠偏的理解与广大技术工作者探讨。

关键字：轴线；纠偏；趋势1 前言盾构机是一种很笨重的机具，操纵及纠偏是受很多技术参数制约的，怎样合理地把这些参数科学的统一起来，是影响盾构机操纵及纠偏的关键，下面就这些参数的调节及注意事项通过具体情况进行阐述。

2 盾构操纵及各影响参数2.1 推力对掘进的影响⑴如果推进过程中出现一侧推力比另一侧推力大，但推进油缸的行程显示却是推力小的一侧变化快，这种现象多出现在小半径施工，增加推力，使得压差变大，以满足转弯的需要，用降低掘进速度的办法来保证掘进的连续性，同时也避免刀盘被卡死。

⑵管片拼装的好坏会影响推进油缸的有效推力，所以要充分挖掘盾构机的有效推力，要避免不必要的推力损失，这也解释了为什么有时加大推力而速度依然无法获得提升。

2.2 铰接对掘进的影响在纠偏过程中一侧的铰接拉得太长是件很头痛的事情，收铰接会加大不利的趋势，严重时这环的纠偏可能前功尽弃，一定要做到收铰接时间不可太长，压力不要太高，尽量把趋势从正值纠到负值（或负值到正值），并使之过2个趋势点再收铰接，这样就会把姿态调到了有利的一侧，这时收铰接才会对姿态纠偏起到事半功倍的效果。

2.3 速度对掘进的影响⑴如果掌子面裂隙水丰富，或是在通过含水丰富地层时，要全速前进，在出土量有保证的前提下，尽可能提高掘进速度，这样做的好处是快速通过含水层，避免过多的水涌出。

⑵在掘进过程中脱顶现象是时有发生的事情，可通过增大速度的方法把脱顶的油缸伸出来，以达到所有推进油缸都顶在管片上，一次不行，可多次重复此方法，一定会见效的。

这种情况多出现速度不是很快，扭距忽大忽小的硬岩状况中。