盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态控制技术
盾构推进质量控制主要点
盾构推进质量控制主要点随着城市建设的不断发展，盾构法作为一种高效、经济、安全、环保的地下隧道施工方式，已经成为了现代建设工程中的重要工具。
盾构隧道工程的质量管理和质量控制是保证工程顺利进行的重要手段。
下面，我们将对盾构推进质量控制的主要点进行介绍。
1.地质勘探地质勘探是盾构施工前必不可少的重要环节。
通过对施工地点周边地质环境的研究、地质构造、地层分布和含水量等参数的分析，及时掌握隧道工程的地质特点和施工风险，有利于制定合理的施工方案和控制质量。
2.材料选择材料选择是盾构施工中重要的质量控制点之一。
盾构隧道施工工艺的核心设备是盾构机，其质量直接影响到隧道工程的施工效率和质量。
在选择盾构机时，应综合考虑其质量、性能、可靠性及施工周期等因素，选择符合要求的优质设备。
3.隧道断面控制隧道断面控制是隧道建设质量控制的重要环节，直接影响到施工的顺利进行和质量的保证。
在盾构施工中，要确保隧道断面的尺寸和形状不受影响，必须采取严格的控制措施。
一般采用的方法是在作业前，通过精确地调整盾构机的水平度和姿态，调整好隧道圆形度和对称性，保证隧道断面的准确性。
4.地层支护和土压平衡地层支护和土压平衡是盾构隧道施工过程中的重要环节。
通过合理的支护方案，可以确保隧道侧壁不塌陷、不漏水、且支撑能够承受隧道推进过程中的外力。
同时，土压平衡技术可以保持隧道外形稳定，防止地下水涌入，确保施工安全。
5.隧道环片制作和安装隧道环片制作和安装也是盾构推进质量控制的重要环节。
隧道环片是盾构隧道施工中的重要支撑元素，制作和质量直接关系到隧道工程施工的顺利进行和施工质量的保障。
隧道环片应按照规定制作、检验，安装时要按照设计施工图进行施工，严格按照规范进行加固和加固验收。
6.管片固结管片固结是指在隧道推进中对管片和环片进行加固措施，保证其质量和安全。
隧道推进过程中，要及时采取科学的固结措施，防止隧道结构失稳、坍塌、高渗透性漏水等质量问题。
，盾构推进质量的控制涉及到多个方面的技术要素和管理环节，需要在施工过程中严格按照标准及规范进行操作和管理。
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。
盾构机姿态控制与纠偏
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。
浅谈盾构姿态偏差与控制
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。
盾构施工控制措施
盾构施工控制措施1、盾构机建压措施土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，利用这种泥土压与作业面地层的土压与水压平衡。
同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持开挖面土体的稳定。
（1）土压平衡模式下土仓压力的控制方法土仓压力控制采取以下两种操作模式：①通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。
此时盾构的推进速度人工事先给定。
②通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。
此时螺旋输送机的转速人工事先给定。
掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。
（2）掘进中排土量的控制排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。
根据对碴土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。
理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和土仓压力值P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N：QS根据碴土车的体积刻度来确定。
QS应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当，即:Q0=A Vn0A-切削断面面积n0-松散系数V-推进速度通常理论排土率用K =QS/Q0表示。
理论上K值应取1或接近1，这时碴土具有低的透水性且处于好的塑流状态。
事实上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符，当碴土处于干硬状态时，因摩擦力大，碴土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量，以使之接近Q0，这时Q0＜QS，K＞1。
当碴土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，碴土自身有一个向外流动的能力，从而碴土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量，这时Q0＞QS，K＜1。
探析地铁施工中的盾构机姿态控制
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。
盾构施工工序及要领介绍
➢始发基座
根据复核的盾构始发线路，进行 始发基座的定位。常用钢结构或混凝 土现浇方式。
二、盾构施工工序
1 盾构始发 ➢洞门密封
为了防止盾构始发掘进时泥土、地下 水从盾壳和洞门的间隙处流失，以及盾 尾通过洞门后背衬注浆浆液的流失，在 盾构始发时需安装洞门临时密封装置， 常用单折叠密封、地下水位丰富及大直 径盾构采用双道密封装置或其它形式 （尾刷等），由帘布橡胶板、圆环板、 折页压板等组成。同时可在工作井结构 施工时预埋注浆管，在延长洞门钢环上 焊接注浆管，各注浆管均布置在上半断 面。
膨润土溶液 进浆管
排浆管
泥水平衡盾构
二、盾构施工工序
1、盾构始发 2、土压平衡盾构掘进 3、泥水平衡盾构掘进 4、管片壁后注浆 5、方向控制盾构始发
端头加固并检查加固效果
盾构始发施工包括：始发端头地层加固、 始发台施工
降水井施工、始发基座定位、洞门密封安装、 洞门破除、盾构组装调试、反力架支持系统、 延长洞门及密封安装
二、盾构施工工序
1 盾构始发
➢始发端头地层加固
加固范围：在具备条件下满足盾构刀盘在出加固区前，盾尾完全进入土体， 洞门橡胶密封与管片间形成密封环后进行注浆（砂浆、双液浆）填充，同时进 行密封与管片间缝隙的封堵。再次掘进土仓可建立平衡压力、洞门封堵完成。
如：盾构直径11.65m，主机长度11.7m。加固范围：纵向长15m（结构 0.8m+1m连续墙）、隧道外轮廓以外两侧各3m、加固深度隧道外轮廓底以下3m。
土压平衡盾构克泥效同步注入抑制沉降施工工法
土压平衡盾构克泥效同步注入抑制沉降施工工法1前言近些年来，随着城市的日益发展，大城市逐步形成了以地铁交通为主体的交通格局，而盾构法因其具有对周围环境影响较小已成为修建地铁的主要施工手段。
然而盾构区间隧道多分布于城区，沿线必将穿过繁华的商业闹市区，建筑物及地下管道密集，而且随着线路的增多，较多城市的轨道交通都进入了网络化建设的时代，轨道交通的网络化建设不可避免地带来新建隧道与已建隧道之间相互平行、重叠、交叉或者穿越等复杂的施工情况。
尤其是当盾构下穿既有线，例如国铁、运营隧道等，由于影响面之大，盾构邻近施工时，即使是微小的变化，都可能对既有线路造成灾难性的影响。
故随着穿越工程的增多及穿越间距的缩短，要求施工时必须采取措施控制、减弱施工对既有隧道结构的不利影响，保护既有隧道的正常使用和运营安全。
由此可见，新建隧道穿越既有线或者重大危险源的施工措施已成为新一轮城市轨道交通建设必须深入研究的关键问题。
武汉地铁七号线武瑞区间需要三次穿越国铁，其中穿越京广铁路四股道，影响范围较大，根据国铁要求，既有线铁路沉降控制标准为9mm,安全风险高，属于项目特级风险源。
前期策划阶段，经过认真分析盾构掘进造成地面沉降的规律和机理，研究盾构机本身构造后发现，盾构在掘进过程中，虽然采用盾构机同步注浆系统，填充盾体外壳和管片之间的环形空隙，抵抗围岩变形，但是由于国内外盾构机构造的限制，同步注浆系统只能通过盾尾后方注入点注入，其浆液充填时间滞后于掘进一定时间，无法抑制盾体周边土体变形等。
由盾构机本身的构造可知，为了减少了盾体和土体的摩擦，国内外盾构机刀盘开挖直径一般大于盾体2〜5cm,如此以来，在盾构机盾体范围内形成的开挖轮廓和盾体之间就存在一个环形构造空隙。
由于前盾、中盾、盾尾直径不同，此构造空隙一般平均为2cm（由于盾体自重，盾体下部与土体紧密接触，上部间隙最大）。
在类似穿越施工中，地表变形指标较为严格的情况下，若不有效填充其本身的构造空隙，势必会引起该部分土体的应力释放，造成地表变形增大。
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盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态
控制技术
摘要：盾构法主要是利用盾构机进行隧道修建的一种方法，在实际施工过程中，借助盾构机在地下进行掘进，不仅能够避免开挖面发生坍塌，还能够最大限度保证掘进过程中开挖面的稳定，促使相关人员能够在盾构机内相对安全地开展隧道开挖以及衬砌等作业，以更好完成隧道施工。
在盾构法的具体应用过程中，盾构机姿态控制是整个施工的核心与关键，因此应该加大对盾构机姿态控制技术的重视，保证隧道施工的顺利开展。
鉴于此，文章将首先分析盾构机姿态控制的主要影响因素，然后具体探究盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态控制技术。
关键词：盾构法；土压平衡盾构机；姿态控制技术；影响因素
引言
盾构是隧道施工过程中的一种常用机械，在具体施工过程中，盾构机能够在盾壳的掩护作用下让隧道能够一次成型，同时完成土体的开挖，同时还能够对土渣进行排运，对管片进行安装等，以更好实现整机的推进。
依据盾构法的开挖以及结构特性，可以具体划分为敞开式和闭胸式盾构，其中闭胸式盾构主要采用的就是土压平衡式的开挖方式，借助泥土进行加压或者利用泥水进行加压的方式更好抵抗来自开挖面的水和土的压力，最大限度保证开挖面稳定。
由此可以看出，在土压平衡盾构隧道施工中，保持开挖面的稳定是整体施工的关键，这就促使土压平衡盾构机姿态控制技术在盾构法的应用过程中显得非常重要。
一、盾构机姿态控制的主要影响因素
（一）土质因素
在盾构机的具体推进过程中，如果切口环附近的体质在硬度方面差距较大，并且在松软土层的施工过程中如果不能合理对推力进行设置，就可能导致盾构机
深陷土体，出现载头现象。
如果这种现象不能得到及时改进，那么盾构机的姿态就会逐渐偏离既定施工轴线。
（二）盾构机始发托架与反力架的定位
在利用盾构机进行施工的过程中，在初始阶段，这一设备通常会被放置在始发托架，在这个过程中受托架高程、始发托架以及反力架固定性以及定位准确性等多方面因素的影响，促使与之相对应的始发盾架在姿态上存在一定差异。
[1]鉴于此，要求在初始阶段，应该加大对上述问题已的关注，并对盾构机的位置进行不断调整。
此外，盾构机与隧道洞门中的钢环应该与隧道的中线轴线和高程相一致，还应该保证始发托架的稳定，并且不能出现变形问题。
（三）盾构机姿态控制过程中的管片姿态
在盾构机进行推进期间，管片的拼装工作通常会在机器的盾尾位置展开，并借助拼装机开展管片的安装工作。
在这个过程中，拼装机需要实现管片的横向、纵向以及径向移动。
同时还应该完成管片的俯仰、回转以及横摇等动作，确保能够迅速完成管片的定位以及安装工作。
在拼装管片的过程中，如果与隧道的标准线路发生偏移，就应该结合实际情况，及时进行调整。
如果不能在管片拼装发生偏移的第一时间内就对管片进行调节，就容易为隧道中线带来一定不良影响，促使隧道施工难以满足工程实际需求。
因此，在管片的安装过程中，应该保证工作开展的合理性，最大限度减少对盾构机姿态的影响。
二、盾构法施工过程中土压平衡盾构机姿态控制技术
在隧道施工中，在隧道曲线、坡度以及施工技术等因素的影响下，促使在盾构工作推进过程中时常存在误差。
如果这些误差不能得到及时处理，在长期积累中就容易发生隧道衬砌被侵限的问题，在盾尾的间隙变小之后，管片容易受力不均，因此在运用盾构法进行施工的时候，应该积极采取行之有效的方法合理控制盾构机的具体掘进方向，保证能够及时纠正掘进过程中出现的偏差。
（一）盾构过程中出土量的控制
在使用盾构法的时候，应该合理控制盾构机的推进速度，并且在穿越构筑物
的过程中应该提前做好测量工作，将穿越的具体里程进行明确，还应该在提前20
环的时候就对掘进参数进行优化，在具体盾构期间还应该将推进速度保持在2
cm/min。
站在整体质量角度进行考虑，具体推进速度应该保持稳定，确保不受周
边因素的影响。
同时应该对出土量进行严格控制，在具体掘进过程中，每一环的
出土量可以利用如下公式进行计算：V = π × D2 /4 × L。
其中D代表是的管
片的外部直径，L代表是的管片的具体长度，V代表的是每一环的理论出土体积。
对出土量进行严格把控，不仅是盾构法在具体应用过程中的关键，还是保证控制
地层损失率的有效手段。
在试验阶段对出土量重量以及体积的验证是检验理论出
土量计算的主要手段，而实际的出土量数据则需要结合具体施工情况进行测定，
并且施工期间还应该结合收集到的数据不断优化和调整实际出土量的控制数据。
[2]在调整盾构姿态的时候还应该对纠偏的具体次数进行有效控制，以免对土体带
来扰动，甚至诱发隧道内土体的变形、沉降或者超标等问题。
（二）合理控制土仓压力
由于在盾构机的推进过程中，受到的土压会相对较高，甚至可能在满仓实土
压的情况下掘进，这就导致掘进过程中在油压的差值方面相差较大。
但是盾构机上、下、左、右等部位在姿态纠偏中存在的油压差值相对较小，这主要是因为盾
构机的大部分推力被用来抵消在盾体外围产生的摩擦力以及土仓在压力作用下产
生的反作用力，因此可以认为将来自盾体外围的摩擦力以及土仓的压力适当进行
降低，是控制盾构机姿态的间接性有效措施。
（三）合理控制推进速度、刀盘转速以及扭矩
盾构机在具体进行掘进施工的时候，应该遵守的首要原则应该是保持施工作
业的匀速以及缓慢。
在粉质粘土或者粉砂等相对较软的土质条件下，应该注意将
推进的实际速度控制在30 ～ 35mm/ min，而扭矩应该注意控制在3000kN·m以
下的范围内，并且应该将其转速控制在1.2r/min 以下，在这样的条件下，才能
够在保证推进质效的基础上，实现对管片成型错台率的合理控制。
结语
综上所述，在应用盾构法进行隧道施工的时候，由于具体施工环境以及土质条件相对复杂，促使盾构机在具体掘进过程中容易发生姿态的偏差或者管片的错台问题。
因此，要求施工人员在实际推进过程中应该合理控制盾构机姿态，在最大限度保证盾构施工稳定前进的基础上，促使隧道施工能够满足相关设计规范，提升隧道施工质量。
参考文献
[1]王江华.盾构小半径割线始发控制技术研究[J].铁道建筑技
术,2021(01):146-149.
[2]马蒙蒙,刘大刚,王明年,霍建勋.穿越起伏基岩地层的盾构机掘进姿态控制方法研究[J].路基工程,2017(02):159-162.
刘永涛男汉族 1972-05 大学本科学历工程师职称
甘肃铁科建设工程咨询有限公司工作。