盾構(gòu)推進軸線控制及調(diào)整.

1、J<上海地鐵盾構(gòu)施工技術(shù)研究報告之一f r盾構(gòu)推進軸線控制技術(shù)研究1 項目概述1.1工程概況上海地鐵楊浦 M8線皿標段我管段區(qū)間包括黃興綠地站延吉中路站（簡稱黃延區(qū)間）、延吉中路站黃興路站（簡稱延黃區(qū)間），其中延黃區(qū) 間上行線長1112.774m下行線長1127.929m、有15.155m長鏈。上、下行線 均有一緩和曲線長70m、半徑為500m的曲線；黃延區(qū)間上行線長381.456m、 下行線長398.334m,上、下行線曲線多、半徑?。ㄗ钚?350m）,且下行 線進、出洞段均位于緩和曲線上。洞口的導線測量受現(xiàn)場條件的限制,一般只能短邊控制長距離；洞內(nèi) 的導線點及吊籃點經(jīng)常受管片的沉降

2、、旋轉(zhuǎn)、及電瓶車振動等因素的影響； 測量條件差受到天氣、洞內(nèi)光線（主要是大氣折光、旁折光、大氣密度、 光線強弱）的影響,根據(jù)以上影響因素通過提高儀器精度,增加測量頻率, 采用不同測量方法、途徑,以確保測量結(jié)果的精度及可靠性。1.2 項目目標盾構(gòu)軸線偏離設計值不得大于士 50mm并且將施工后地表沉降的最大 變形量控制在+1030mn之內(nèi)，保證隧道順利貫通，為今后類似工程積累經(jīng) 驗。2 研究方法2.1 測量控制依據(jù)規(guī)范和招標文件要求,根據(jù)現(xiàn)場實際條件 , 編制切實可行的測量方 案,進行誤差分配理論分析,從布置控制、施工導線點,到不同測量方法、 途徑的比較,采用主、副導線相結(jié)合的方法和分兩階段的測量

3、方法 , 結(jié)合隧道軸線偏差情況確定最優(yōu)控制方法。2.1工藝控制針對不同土質(zhì)進行盾構(gòu)機土壓分析、通過100米試推進采集相關(guān)原始數(shù)據(jù)進行分析、設定參數(shù)，然后通過施工信息反饋，不斷優(yōu)化參數(shù)，最終 通過盾構(gòu)姿態(tài)的控制及調(diào)整、千斤頂推力的分布、管片糾偏、注漿孔位置、 注漿量的調(diào)整等各項工藝有效地控制及調(diào)整盾構(gòu)機軸線。3研究內(nèi)容3.1測量控制3.1.1測量施工流程圖3.1測量施工流程圖3.1.2測量依據(jù)嚴格執(zhí)行中華人民共和國國家標準 GB50308-1999地下鐵道、輕軌交通工程測量規(guī)范。（參閱其中的第 & 11、18章節(jié)）嚴格遵守中華人民共和國國家標準 GB50299-1999地下鐵道工程施工

4、及驗收規(guī)范。嚴格執(zhí)行中華人民共和國國家標準 GB50026-1993工程測量規(guī)范。3.1.3 測量方法盾構(gòu)出洞前的準備工作 :測量樁位的交接（空導點、水準點）測量樁位是由業(yè)主提供的，一定要提供多余樁位，以便校核。在使用 前必須按照規(guī)范上相應的精度對其復核，經(jīng)復核達到精度要求后，方可使 用。實地現(xiàn)場踏勘、選點和布網(wǎng) 地面控制點的選位根據(jù)現(xiàn)場條件，我們首先要在地面上布置地面控制網(wǎng)，因施工場地比 較狹小，臨時設施、設備較多，因此布點要考慮到網(wǎng)形精度、通視、穩(wěn)定 性和受施工的影響程度等因素。 地下控制點的布設 綜合光線、通視、旁折光、空氣密度等因素的影響，地下主導線控制點的平均間距布設控制在15020

5、0m為宜，而輔助導線控制點（吊籃點）平 均間距 4050m 為宜，當然可根據(jù)設計路線的線形及現(xiàn)場情況作實際調(diào)整， 地下高程控制點控制在 50m 左右， 高程控制點可布設膨脹螺絲在管片的左 耳或右耳上。 對所布設的控制點要嚴加保護，并對其位置作好記錄，以便查找。出洞口三維坐標的測量及進洞方案的確定 在盾構(gòu)機到位前，應精確測量預留出洞口的三維坐標，并與設計值 比較，洞口直徑至少測量水平和垂直兩個方向，若實測洞圈的偏移量超過 規(guī)范要求或失圓明顯，需報設計院予以確認、回復，以便盾構(gòu)機出洞時做 適當調(diào)整。 在精確測定洞口的三維坐標后，我們要確定盾構(gòu)出洞的軸線。若直 線出洞，我們可采取按設計方位出洞；若曲

6、線出洞，考慮到出洞口前有加 固區(qū)，在加固區(qū)盾構(gòu)機不能糾偏，我們采取割線出洞比較安全。所采取割 線的出洞方位我們事先前必須計算好，使盾構(gòu)機在不能糾偏時的最大偏移量處小于50mm，在盾構(gòu)機曲線進洞的情況下，我們同樣要考慮類似的情況盾構(gòu)姿態(tài)檢驗及參數(shù)確定盾構(gòu)出洞前，要仔細測量盾構(gòu)機的有關(guān)數(shù)據(jù)及參數(shù)，如：盾構(gòu)機的長30001000 500車站設計軸線加連內(nèi)最大偏移量固續(xù)襯區(qū)墻*、|人 墻盾構(gòu)機進洞方向線:”丁1洞門中心點、；舌構(gòu)機盾構(gòu)設計軸線盾構(gòu)機進洞示意圖度、半徑、盾構(gòu)機的前尺到切口的距離、后尺到盾尾的距離、前、后尺的 水平距離、豎尺到盾構(gòu)機中心的垂直距離，以及每推進一環(huán)后拼裝環(huán)的大 里程到盾尾的距

7、離。為簡化計算，根據(jù)這些常數(shù)我們編寫了電算化程序來 測量盾構(gòu)機的姿態(tài)。另外，我們用普通測量的方法來測出盾構(gòu)的原始姿態(tài)， 以此來檢驗我們電算化測量盾構(gòu)姿態(tài)的準確性。3.1.4 控制測量內(nèi)容 控制測量是整條隧道貫通的關(guān)鍵，也是隧道測量的技術(shù)難點。隧道平面控制測量 隧道平面控制測量既是對影響隧道橫向貫通誤差的控制，首先我們要 清楚影響隧道橫向貫通誤差的主要來源：地面控制測量中誤差 mq1 盾構(gòu)出洞口處聯(lián)系測量中誤差 mq2 地下貫通導線點測量中誤差 mq3盾構(gòu)姿態(tài)定位測量中誤差一mq4 （包括標尺定位誤差） 盾構(gòu)姿態(tài)施工測量中誤差 mq5 （包括盾構(gòu)操作誤差） 盾構(gòu)進洞口處中心平面坐標測量中誤差 m

8、q6 地鐵平面貫通橫向中誤差 mQ 因地下平面控制點不可避免是支導線測量，而且洞口聯(lián)系測量一般只 能是短邊放長邊，這在測量上是盡量避免的，但有時受施工條件的限制， 我們只能采用這種方法。所以出洞口處聯(lián)系測量是隧道貫通的重點。另外，設各項誤差相互獨立，根據(jù)已建地鐵的實際經(jīng)驗，根據(jù)各項誤 差對橫向貫通精度的不同影響，采取不等精度分配原則，再根據(jù)橫向貫通 精度的要求± 50mm （即中誤差± 25m m ），計算出影響橫向貫通誤差的各種 測量誤差的中誤差。通過控制各項誤差的中誤差來達到控制隧道的橫向貫 通精度。具體取值計算如下：mqi=m, mq2=3m, mq3=2m, mq4

9、=m, mq5=m, mq6=mmQ= V mql2+ mq22 +mq32 +mq42 +mq52 +mq62 = 4.1m貝y m=± 25/4.1二士 6.1mm,從而有：mqi二 士 6.1mm, mq2= 士 18.3mm mq3= 士 12.2mm , mq4= 士 6.1mm , mq5= 士 6.1mm, mq6= 士 6.1mm隧道高程控制測量隧道高程控制既控制隧道的縱向貫通誤差，相對橫向貫通誤差來說，隧道的縱向貫通誤差容易控制些。為了滿足設計要求士50m m（既中誤差士25mm）,我們必須清楚影響縱向貫通誤差的主要因素。 影響縱向貫通誤差的 主要因素有：地面高程控

10、制測量中誤差 一mh1盾構(gòu)出洞口處高程傳遞測量中誤差一 mh2地下高程點測量中誤差一mh3盾構(gòu)姿態(tài)高程定位測量中誤差一mh4盾構(gòu)機施工測量中誤差一mh5盾構(gòu)機進洞口洞中心高程測量中誤差一 mh6地鐵區(qū)間隧道高程貫通中誤差一 mH同樣設各種誤差相互獨立，根據(jù)各種誤差對縱向貫通誤差的不同影響， 采取誤差不等分配原則，計算出各種測量誤差的中誤差，通過控制各項測 量誤差的中誤差來達到設計要求的縱向貫通誤差。具體取值計算如下：mh1=m, mh2=2m, mh3=2m, mh4=m, mh5=m, mh6=2mmH = a/ mhi2+ mhi2 +mM2 +mM2 +mhi2 +mhi2= 3.9m貝

11、卩 m=± 25/3.9= ± 6.4mm,從而有：mq1= 士 6.4mm, mq2= 士 12.8mmmq3= 士 12.8mm , mq4= 士 6.4mm , mq5= 士 6.4mm, mq6= 士 12.8mm3.1.5兩階段測量法第一階段測量：隧道推進前100m，導線控制點的井口傳遞可由井上直 接傳遞到井下，由于傳遞邊較短，且井上、井下高差較大，這對儀器的要 求較高，對控制長距離的隧道來說精度很難得到足夠的保證，由于隧道剛 施工階段，場地條件受限，無法實施更好的測量方案。利用此方法控制100m 的隧道精度還是毫無問題的。第二階段測量：待隧道推進約 100米后，

12、導線控制點可由井上傳遞到 車站的中層板，再由中層板傳遞到隧道內(nèi)。這樣不但可以拉長井口傳遞邊 的距離，也可使傳遞傾角大大減?。▋A角小于規(guī)范要求的 30°）。通過延吉 中路站黃興路站區(qū)間隧道下行線兩階段測量方案的實施，效果良好。3.1.6盾構(gòu)姿態(tài)測量盾構(gòu)姿態(tài)測量是實時測量盾構(gòu)機的現(xiàn)有狀態(tài)，及時指導盾構(gòu)機糾偏。盾構(gòu)姿態(tài)測量是利用ET2電子經(jīng)緯儀測量前、后橫尺和豎尺的偏差來反 算盾首、盾尾的偏差，即實測角度與理論設計角度相比較，再根據(jù)公式推 算至盾首、盾尾。為避免復雜計算，進行程序化。這中間容易出現(xiàn)的問題 是理論里程和實際里程不一致，導致計算出的理論偏差不是當時盾首、盾 尾的偏差，為解決這一

13、問題，需要我們經(jīng)常復測里程。里程復測時，實際 上我們無法實測出管片的中心里程，通常只能測管片的底部里程，這需要 我們根據(jù)所測該環(huán)的坡度來計算出中心里程，特別在坡度較大的情況下， 管片的底部里程和中心里程相差較大。另外，精確復測出里程后，也要根 據(jù)實際里程來調(diào)整三維坐標。這樣計算出的盾構(gòu)姿態(tài)才能較準確地反映當 時的盾構(gòu)狀況。3.1.7隧道管片的法面測量對于法國FCB 土壓平衡盾構(gòu)機來說，盾構(gòu)機的內(nèi)徑為 6260mm,管片外 徑為6200mm,即盾構(gòu)機內(nèi)徑與管片外徑間有 30mm的間隙。法面測量不準 或測量不及時，會出現(xiàn)管片安裝困難、管片破碎、管片錯縫的現(xiàn)象。因此 管片的法面測量也非常重要。管片的

14、上下法面（俯仰度）相對好測一些， 可利用吊線錘的方法來解決；左右法面的測量可用反射片測出該環(huán)管片左 右兩邊對稱點坐標并計算出其實際方位角，與理論方位角比較，計算出左 右法面的偏差。另外，隧道平面曲線的特征點和隧道的縱斷面的變坡點是 我們管片法面測量的重點。3.1.8 盾構(gòu)施工測量（即“倒九環(huán)”測量）“倒九環(huán)”測量即是測量當班施工最終環(huán)號（包括該環(huán)）后九環(huán)的上 下、左右偏差。 我們通常用帶水平氣泡的 5m 長尺來測管片的左右偏差， 左 右偏差測量的方法是： 把 5m 長尺水平放置在所測環(huán)的大里程， 把經(jīng)緯儀對 準后視水平度盤置零，然后瞄準長尺把水平度盤撥至根據(jù)事先計算好的理 論角度直接讀出水平尺

15、上的數(shù)值，即是該環(huán)的左右偏差。若讀數(shù)在水平尺 中心右側(cè)，則說明隧道偏左，反之則偏右。上下偏差測量的方法是：放一 水準尺于所測環(huán)的大里程的底部，根據(jù)隧道內(nèi)的高程控制點測出該環(huán)大里 程的高程，通過與設計高程比較得出該環(huán)管片的上下偏差。通過測量此偏 差，可以反映出管片的錯縫情況、管片在盾構(gòu)機內(nèi)和出盾尾后的變化情況 以及管片最近兩天的偏差變化情況。以便于及時調(diào)整注漿、推進速度等施 工參數(shù)。3.1.9隧道里程的測量 隧道的起始里程、旁通道里程、進洞里程和設計曲線的特征點是我們里程測量的重點隧道起始里程的確定可根據(jù)設計的旁通道里程減去旁通道前管片的長 度是理論上第一環(huán)管片的小里程，再減去負環(huán)的長度是我們反

16、力架的法面 里程。由于受管片貼片、糾偏等因素的影響，我們從確定的起始里程推進至 旁通道的實際里程會與理論里程不一致，這需要我們在旁通道前要精確復 測里程，以保證旁通道的里程在設計要求范圍內(nèi)。根據(jù)已建地鐵的推進經(jīng) 驗，每環(huán)管片會長出 0.81mm 。為保證盾構(gòu)機安全進洞，進洞前需要精確復測里程，根據(jù)經(jīng)驗，應在盾構(gòu)機大刀盤距連續(xù)墻500mm,即盾構(gòu)機尖頭靠到連續(xù)墻時，大刀盤停止轉(zhuǎn) 動，且停止出土。若距連續(xù)墻太近，會對大刀盤造成損壞，若距連續(xù)墻過 遠，盾構(gòu)機進洞后，清土工作量是會大大增加。為保證推進路線的準確性，隧道的曲線特征點處我們也要加強里程的 復測。3.1.10隧道沉降測量正在建設中或剛建成的

17、隧道，因周圍的土體受盾構(gòu)機的擾動，管片的 外圍充滿漿液在凝固階段，周圍土體尚不夠穩(wěn)定，再加上盾構(gòu)機的反作用 力的影響，易產(chǎn)生位移或沉降。因此，剛拼裝成形的隧道至鋪軌前對隧道 的變形觀測是必要的。因鋪軌后還要對隧道進行定期變形觀測，所以要求 我們布設的觀測點不但要牢固，而且能到鋪軌后繼續(xù)使用，這要求我們布 點的位置要考慮周到。按規(guī)范要求，直線段每 10m 布設一沉降點，曲線段 每 5m 布設一點。 每隔一周觀測一次， 直至隧道貫通， 貫通后至隧道驗收前 每月觀測一次。技術(shù)要求 導線測量時，測角、測距不少于四個測回，且左、右角測量。左、右角平均之和與360°較差不大于4"，測距

18、往返測較差不大于5mm 高程控制點往返測閉合差不大于士 4V L （L為往返測距離，單位km）。 3.2工藝控制3.2.1盾構(gòu)出洞軸線的控制由于反力架和始發(fā)臺為盾構(gòu)始發(fā)時提供初始的推力以及初始的空間 姿態(tài)，在安裝反力架和始發(fā)臺時，盾構(gòu)中心坡度與隧道設計軸線坡度應保 持一致，考慮隧道后期沉降因素，盾構(gòu)中心軸線比設計軸線抬高10 20mm,反力架左右偏差控制在士 10mm高程偏差控制在士 5m之內(nèi)，始發(fā)臺水平軸 線的垂直方向與反力架的夾角<士 2%。，盾構(gòu)姿態(tài)與設計軸線豎直趨勢偏差 <2%。，水平趨勢偏差v±3%o。根據(jù)地層結(jié)構(gòu)自身必須滿足整體抗壓 （剪） 及穩(wěn)定性等要求，但

19、盾構(gòu) 在加固區(qū)容易產(chǎn)生“抬頭”和“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，我們可以通過以下方式進行 調(diào)整： 改變四個區(qū)域千斤頂使用數(shù)量（如圖所示）從圖可以看出，在姿態(tài)修正前， 2 區(qū)使用的是 7、 8、 9三個千斤頂， 3 區(qū)使用的是 11、 13、 15三個，四區(qū)使用的是 17、 18、 19三個（圖中陰影部 分），而當發(fā)現(xiàn)姿態(tài)偏差后，減少了 2區(qū)7、 8、 9三個千斤頂?shù)氖褂茫苟?構(gòu)機左右形成了較大的推力差。這樣，通過改變 2、 4區(qū)域千斤頂?shù)南鄬κ?用數(shù)量就能使盾構(gòu)機向左產(chǎn)生位移，達到糾偏的目的。區(qū)區(qū)2區(qū)4區(qū)3區(qū)78194563區(qū)1716 /千斤頂選擇示意圖 改變各區(qū)域千斤頂?shù)耐七M油壓從圖5中可以看出，在姿態(tài)修正

20、過程中，并未改變千斤頂?shù)膮^(qū)域及個數(shù)配置，只是相應的改變了 2、4區(qū)域的油壓，使盾構(gòu)左右形成較大壓力差， 且4區(qū)壓力遠大于2區(qū)，從而達到使盾構(gòu)向左行走的目的。區(qū)2區(qū)區(qū)204區(qū)2區(qū)3區(qū)19122 181615121314哄80910- 、芒-?11千斤頂油壓分配示意圖 盾構(gòu)機出加固區(qū)由于土層差異及自身重量容易產(chǎn)生磕頭現(xiàn)象,-般是通過調(diào)節(jié)上下（即1、3）兩區(qū)域千斤頂?shù)挠蛪翰?.2.2盾構(gòu)進洞軸線的控制在盾構(gòu)進洞前要系統(tǒng)地對洞內(nèi)的控制點進行一次全面精確的復測,確保盾構(gòu)進洞位置準確。盾構(gòu)進洞時其大刀盤平面偏差允許值：平面 <± 50mm高程<士 50mm盾構(gòu)坡度較設計坡度略大0.2

21、%（即略抬頭）。洞期間需嚴格控制盾構(gòu)的掘進參數(shù)，一般情況應在進洞前逐漸減少 盾構(gòu)的推力，降低刀盤的轉(zhuǎn)速和推進速度，適當減小土倉內(nèi)的土壓力，并 嚴格觀察進洞洞口的情況，在貫通前的最后 3環(huán)，要求掘進速度小于 20mm/min。由于管片出盾尾時都要受到很大的彎曲應力，所以進洞時應盡量使 盾構(gòu)機保持頭高尾低的姿態(tài)，與端頭井接收架的高程相當，使管片受到的 彎曲應力盡量小。3.2.3 合理控制盾構(gòu)“蛇行”一般情況下引起盾構(gòu)“蛇行”的原因為 : 盾構(gòu)前進遇到的阻力不均衡； 盾構(gòu)制作安裝誤差； 管片的拼裝質(zhì)量較差； 測量精度不高。在推進施工中必須精心作業(yè)，對每一環(huán)都必須提交切口、盾尾高程及 平面偏差實測結(jié)果

22、，并由此計算出盾構(gòu)姿態(tài)及成環(huán)隧道中心與設計軸線的 偏差，將測量的成果繪制成隧道施工軸線與設計軸線偏差圖 , 發(fā)現(xiàn)有偏離 軸線的趨勢，就應及時、連續(xù)、緩慢的糾偏。每推進 100環(huán)，請監(jiān)測隊伍用 高精度經(jīng)緯儀和水準儀進行三角網(wǎng)貫通測量校核。并用激光測量儀、陀螺 儀進行盾構(gòu)姿態(tài)自動跟蹤測量控制。3.2.3 提高管片拼裝質(zhì)量在盾構(gòu)施工過程中，管片與盾構(gòu)機的相對關(guān)系常常不能保持理想狀態(tài)， 管片的環(huán)面與盾構(gòu)推進方向存在夾角，因而管片在推進過程中易產(chǎn)生破裂 現(xiàn)象，影響盾構(gòu)的正常推進。故管片拼裝過程中應保證和提高襯砌環(huán)的拼 裝精度，使管片與盾構(gòu)機相對關(guān)系一致，盡量避免因管片法面的較大傾斜 及環(huán)、縱縫的較大錯位而使盾尾間隙上下、左右產(chǎn)生較大偏差使盾構(gòu)千斤 頂在各區(qū)域內(nèi)實際作用的推力不均勻，影響盾構(gòu)姿態(tài)的正常調(diào)整。一般情 況下，其環(huán)面不平整度應v 3mm相鄰環(huán)高差w 4mm環(huán)、縱縫張開v 2mm 3.2.4采用合理糾偏方式采用石棉橡膠板進行貼片糾偏 盾構(gòu)推進過程是個不斷動態(tài)糾偏的過程，對管片糾偏則是個靜態(tài)糾偏 的過程，隧道轉(zhuǎn)彎或糾正軸線時，除了安裝不同方向的楔形管片外，同時 在管片背對千斤頂環(huán)縫凹處分段粘貼不同厚度的石棉橡膠板進行糾偏 , 石 棉橡膠板的壓縮率為 12，分段粘貼好的石棉橡膠板經(jīng)推進過程中千斤頂 壓縮后，會成為一平整楔形環(huán)面 , 以達到轉(zhuǎn)彎和糾偏的目的 （ 該項工作對管 片法