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1、盾构纠偏方案一.工程概况沈阳地铁二号线第十六标段下上区间起点设计里程为K20+548.300，终点设计里程为K21+249.909，区间长度约为701.609m。区间从K20+548.300K21+200处为盾构法施工盾构区间全长651.7m。区间隧道为单洞单线圆形断面，线间距为1214米。区间线路沿沈丹高速公路走行，线路纵向呈“一”型坡，最大纵坡为24。沿途通过半径400m，350m的曲线段。区间隧道结构底最大埋深16米（覆土厚度10米），最小埋深9.6米（覆土厚度3.6米）。于区间里程K21045.00处设置一处联络通道。盾构隧道采用一台6250mm的复合式土压平衡盾构机掘进。隧道衬砌采用
2、单层钢筋混凝土装配式衬砌错缝拼装，整环衬砌由6块钢筋混凝土管片组成，即3块标准环（A型管片）、2块邻接环（B型管片）和1块封顶块（C型管片）组成。区间隧道及其联络线隧道的防水等级为二级。根据盾构推进方案，盾构由右线从上深沟站向西推进，到达下深沟站后调头，从左线向东推进到达上深沟站。二.盾构产生轴线偏差的原因1、始发基座的安装与隧道线形。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。在本标段中，盾构机进洞时就处在半径为350m的圆曲线上。在始发阶段盾构机要脱离始发架，进入加固区，此时盾构机不宜使用铰
3、接装置进行纠偏。2、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（左转弯环或右转弯环）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。否则盾尾间隙量小，盾尾受到管片的约束力，极不利于盾构姿态的控制，而且容易造成管片破损。此外，管片拼装的真圆度也影响盾尾间隙量。3、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。4、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
4、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。5、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。例如：在软土层中掘进时，盾构机受重力影响严重，易下沉。6、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。7、施工连续性施工中途停止、施工流程不连贯以及推进速度的均匀，例如一旦遇到比
5、较松软的土质，会造成盾构机下沉，因而影响盾构掘进姿态。8、测量误差测量仪器本身、外界环境以及人为因素引起的测量误差等，将影响测量数据的准确性，误导操作人员进行不合理操作，使得盾构姿态得不到正常控制，最终盾构实际掘进轴线偏离隧道设计轴线。9、推进操作的影响盾构司机的主体操作也是影响盾构姿态的重要因素之一。在操作过程中，盾构司机必须根据下发的技术指令及现场测量的结果，通过合理区域千斤顶编组、推进油压及速度控制，正确选择刀盘正、反转模式等手段来调整盾构姿态。三、盾构机在掘进中的受力分析1、盾构机自身重力2、刀盘前方的土压力3、土体对盾构机的摩擦力4、土体对盾构机的浮力5、推进过程中，管片对盾构千斤顶
6、的反作用力6、盾尾部分，管片与盾尾之间的管片约束力7、刀盘旋转过程中对盾构本体产生的扭矩（可使盾构机发生侧滚）8、刀盘旋转过程中，土体对刀盘侧滚的反作用力9、添加剂如泡沫、膨润土及盾尾油脂等在注射过程中对盾构机产生的作用力（可忽略）10、同步注浆浆液压力对盾尾的作用力11、撑靴与管片间摩擦力四、盾构机施工纠偏控制盾构掘进过程中，根据盾构机相对于设计轴线的偏差描述为以下几种盾构姿态。(1)水平姿态：水平偏差值，右偏为正，左偏为负。(2)垂直姿态：高程偏差值，沿坡度向上为正，向下为负。(3)盾构侧滚：左转为负，右转为正。1、始发阶段的纠偏控制反力架和始发架为盾构始发提供初始的推力以及初始的空间姿态
7、。在安装反力架和始发架时，反力架左右偏差控制在10mm之内，高程偏差控制在5mm之内；始发架上下偏差控制在10mm之内，水平轴线的垂直方向与反力架的夹角2，盾构姿态与设计轴线竖直趋势偏差2，水平趋势偏差3。 一般情况下，为避免盾构机始发“扎头”，一方面始发洞内安设洞口始发导轨；另一方面要求盾构始发基座安放时以头部高于原设计轴线坡度2的倾角向上进行盾构基座安放，盾构机前端中心高于隧道中心20mm。根据下上区间右线始发的线形特点：竖曲线24下坡，水平350米圆曲线。盾构机始发水平放置前段中心高于随到中心20mm，水平偏南50mm补偿由于直线掘进造成的隧道偏差。盾构始发过程中，若因各种因素（如始发架
8、固定不好，发生偏斜；反力架承重力不够，发生变形等）出现盾构姿态发生偏离的情况，可以参考以下措施处理：1）使用铰接装置调整盾构姿态建议在盾构机铰接装置进入洞圈后，调整一定铰接角度来调整盾构姿态，但铰接角度不要调整过大，防止盾构机刮碰到洞圈。2）合理调整区域推进油缸压力或停止区域油缸调整盾构姿态一般在盾构始发过程中，设定的土压力比较低，相对应的推力也不大（一般小于2000KN），调整区域推进油缸的压力效果不明显，仅适用于微调盾构姿态或辅助调整盾构姿态向恶性趋势发展。若盾构姿态已经出现明显的恶性发展趋势，通过调整区域油缸压力效果仍控制不住，建议选择停止个别区域油缸来调整。小松盾构机共22只油缸，每只
9、油缸的推力达到1715KN（即175t的推力），总推力为37730KN，选用一半的油缸完全可以满足始发的推力。停油缸时，应保证每环管片上必须有一组油缸伸出，以保证管片不发生变形，而且选用油缸的数量所达到的总推力值必须要大于实际所需的推力。此外，选择停油缸时，应特别注意要紧固管片螺栓。2、盾构掘进过程中的纠偏控制措施（1）通过调整区域油压微调纠偏在确认盾构姿态有微小偏差（姿态为e，h类型），管片拼装轴线与设计轴线基本一致的前提下，首先考虑通过调整区域油压来进行盾构纠偏。调整左右区域油压来进行平面纠偏，调整上下区域油压改变盾构纵坡来进行高程纠偏。一般推力比较大的情况下（大于10000KN），调整百
10、分比推力中心改变的效果比较明显，推力比较小时（小于10000KN），调整区域油压百分比，推力中心改变的效果不太明显。调整区域油缸压力百分比时应注意以下几方面：1）该措施适用于小幅度的微调盾构姿态。盾构姿态每环的变化量不大，而且盾构姿态前端与铰接位置的偏差数值差小于8mm时，采用该方法调整。此外，在条件允许的情况下，适当增大土压力值，以加大油缸推力来调整百分比，达到控制轴线的目的。2）调整过程中，要注意观察盾构机推力中心的位置。如果无论怎样减小或增大推进油缸百分比，推力中心变化不明显，建议不要无限制的盲目减小百分比的数值（建议各区域百分比不小于40%），可考虑选用其它方式来调整盾构姿态。（2）选
11、择同步油缸普通纠偏盾构机设置了三组可同步油缸，分别为22-1号，6号，17号油缸。选择同步时，各组油缸分配的油压力最大为4.9MPa（即每只油缸的最大推力仅为260KN），因此选择同步油缸来调整盾构姿态，效果比较明显。在调整推力百分比不明显的情况下，可采用本措施进行盾构姿态的纠偏。选择同步油缸可适用于d、g类型的姿态纠偏。(3) 采用铰接装置进行弯道施工和轴线纠偏铰接装置能灵活方便的调整盾构机沿着所需要的方向掘进，尤其在转弯情况下，不需开超挖刀也能方便自如的调整姿态。铰接纠偏可结合其它纠偏方式一起使用。建议铰接角度一次调整量不要过大，调整后注意观察盾构俯仰角及推力中心的变化。铰接角度越大,盾构
12、掘进受到的正面土体阻力变大，盾构前行越困难,掘进方向越不易控制,而且管片选型也越困难,在适应盾尾间隙要求和满足线形要求方面的矛盾越突出，因此，在直线段掘进中，在满足要求的前提下建议铰接角度不要调整过大（小于0.5）。使用铰接装置时要注意，铰接仅仅是改变当前盾构机自身的状态以及前进方向，盾构掘进过程中姿态的保持和调整仍然要靠盾构机各区域的受力情况来实现，所以铰接角度调整后，注意观察掘进的各个参数，如推力中心、俯仰角度以及盾构姿态等。铰接装置纠偏范围比较广，可适用于盾构姿态为b、c、f、i类型的纠偏。（4）合理停止区域油缸进行严重纠偏本措施适用于盾构姿态较差，通过调整油缸百分比、土压力参数及铰接装
13、置等措施均无明显效果，盾构姿态处于失控状态的情况（一般呈现为f、i类型的盾构姿态）。具体操作方法与前面始发盾构姿态调整内容相同，不在复述。建议在盾构总推力小于20000KN（工作油缸数量大于12只）的情况下使用。（5）采用超挖刀进行小半径曲线施工和严重纠偏在转弯半径小于300m的情况下可选用超挖刀装置来调整盾构姿态。超挖量及注浆量要提前计算好，防止土体塌方。超挖刀使用必须按照掘进指令的要求操作，严禁无指令随意使用。（6）合理选用管片类型保证盾尾间隙纠偏盾构机的前进方向直接关系到隧道的轴线位置，管片的走行应保持与盾构机的走行一致。每环转弯环的调整量为48mm，使用转弯环管片（左转弯环或右转弯环）
14、可以及时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（75mm）。一方面，若盾构机发生偏移，而管片没有根据盾构机的掘进方向及时进行调整衬砌，盾尾间隙发生相对变化，盾构机与管片横断面的圆面不同心；另一方面，管片拼装质量差，圆度不够，管片呈椭圆形，盾尾与管片之间的间隙量不均衡。这两方面都会造成盾构机盾尾内腔壁（即盾壳内壁）与管片外侧接触，盾尾受到管片的约束力作用，出现该情况时盾构姿态一般表现为：垂直姿态前端出现很明显的“扎头”现象；水平姿态前端严重偏离轴线，而后端的姿态数值变化量不大。这种情况下采用普通纠偏措施难以调整盾构姿态，及时采用转弯环调整盾尾间隙及行程差，可以解除管片
15、对盾尾的约束力，在姿态偏离轴线限制值（50mm）时，及时采用严重纠偏措施加以调整，避免发生严重的轴线偏离事故。3、操作过程中，需注意的几个方面(1)推力中心：盾构推力的调节都是围绕推力中心而调节的，通过调节推力中心使盾构机受到合理的管片反作用力，从而使盾构机沿着规定的设计轴线前进。因此调节过程中，要时刻注意推力中心的变化，避免盲目操作。(2)推进速度：推进速度保持匀速前进，避免速度忽高忽低不稳定。速度稳定有利于保持土压平衡和盾构走行。(3)盾构俯仰角：隧道轴线的坡度与盾构机所测的自身的俯仰角均以水平面为参照的数值。盾构测量系统测一个循环需要约一分钟的时间，正常推进速度为4060mm/min，因
16、此盾构测量往往滞后于盾构掘进。而俯仰角的变化是实时显示的，它反映出的数值可以大致预测出下一个循环测出的盾构垂直姿态值，可帮助操作人员提前做出正确调整。 (4)避免盾构机做“无用功”。合理调整区域油缸压力百分比，尽可能增大百分比的数值；而且在姿态较易控制的前提下，尽量减小铰接角度，使盾构机保持直线状前进以降低推力，减小液压负载。各调整措施要协调一致，避免调整措施“自相矛盾”，使盾构机做“无用功”。(5)纠偏调整量：建议每环盾构姿态的调整量小于8mm，如果大于8mm，说明盾构姿态将向失控趋势发展，应引起操作司机的高度重视，需及时采取应对措施。(6)盾尾间隙量：由于盾构机在土体内处于悬浮状态，而成型
17、的隧道则处于相对稳定的状态，盾构机的盾尾直接与成型隧道的末端接触，后几环管片的位置状态直接限制了盾尾的位置状态，所以调整好管片的姿态和间隙对盾尾的位置控制及整个隧道的整体质量都起着至关重要的作用，只要把管片拼装的位置控制在设计范围内，则盾尾的位置也必然能够满足后续掘进的设计要求。(7)同步注浆：注浆量充足可以有效减小管片脱离盾尾后的上浮量，有利于控制盾构推进轴线。注浆位置的不同也影响盾构的走形，如果注浆位置在左侧,可使该环管片位置右移,换之则相反，因此为防止管片上浮影响盾构姿态，一般选择管片上方的孔位（即1号、4号注浆孔）注浆。（8）内侧行走：一般在进行直线段顶进过程中，应尽量使盾构机切口的位
18、置保持在施工轴线的50mm范围之间；在进行转弯或变坡段推进的过程中，尤其在小半径（R500m）曲线施工情况下，应提前对切口偏移位置进行预测算，使盾构机靠设计轴线的内侧行走，以保证盾构机切口在推进的过程中始终保持在施工轴线的允许偏差范围内。（9）掘进轴线控制标准：水平方向控制在50mm，垂直方向因管片上浮因素，应根据管片实际上浮量在规定的轴线范围内控制盾构走形。这个控制标准并非仅仅对盾构机头部的要求，而是对盾构机整体姿态的要求。盾构机盾尾的姿态直接影响到管片拼装的轴线位置，可以说，管片拼装的验收主要决定于盾构机盾尾的姿态，因此，在推进过程中，前端姿态控制仅仅是控制手段，而后端姿态控制才是最终的控制目的。