盾構姿態(tài)控制及同步注漿1124

1、盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制 及同步注漿技術及同步注漿技術章龍管章龍管中鐵隧道股份有限公司中鐵隧道股份有限公司1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制1.1 姿態(tài)控制目標：姿態(tài)控制目標： 目標：目標：地鐵隧道施工規(guī)范要求盾構姿態(tài)的最大偏差：地鐵隧道施工規(guī)范要求盾構姿態(tài)的最大偏差： 水平水平：50mm 高程高程：50mm 1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制1.1 姿態(tài)控制目標：姿態(tài)控制目標： 糾偏原則：糾偏原則：（1）偏離量增加之前及早修正）偏離量增加之前及早修正（2）勤糾、量小。）勤糾、量小。（3）遵循偏離量的管理值和允許值）遵循偏離量的管理值和允許值 （4）確保管片質量）確保管片質量和盾尾間隙和盾尾間隙 1 盾構

2、姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制1.2 姿態(tài)控制基準：姿態(tài)控制基準： 管理基準：管理基準： 定為最大允許偏差的定為最大允許偏差的60，及達到上限時必須糾偏。，及達到上限時必須糾偏。具體項目如下：具體項目如下： 水平和高程均為水平和高程均為30mm 趨勢大于趨勢大于1。 盾尾間隙過盾尾間隙過小于小于50mm時（海瑞克盾構）時（海瑞克盾構）1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制1.3 最大單次糾偏量的確定最大單次糾偏量的確定 掘進每環(huán)（掘進每環(huán)（1.5米）米） 水平和高程變化量水平和高程變化量6mm 趨勢變化小于趨勢變化小于0.31 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制1.4 糾偏主要方法糾偏主要方法： （1）改變分區(qū)千斤頂壓力）

3、改變分區(qū)千斤頂壓力 a、滾動糾偏：采用刀盤反轉的方法進行滾、滾動糾偏：采用刀盤反轉的方法進行滾動糾偏。動糾偏。 b、豎直方向糾偏：盾構機抬頭時，可加大、豎直方向糾偏：盾構機抬頭時，可加大上部千斤頂?shù)耐贫冗M行糾偏；盾構機叩頭上部千斤頂?shù)耐贫冗M行糾偏；盾構機叩頭時，可加大下部千斤頂?shù)耐贫冗M行糾偏。時，可加大下部千斤頂?shù)耐贫冗M行糾偏。 c、水平方向糾偏：向左偏時，加大左側千、水平方向糾偏：向左偏時，加大左側千斤頂推度；向右偏時，加大右側千斤頂推斤頂推度；向右偏時，加大右側千斤頂推度。度。 （2）管片合理選型，拼裝轉彎環(huán)管片合理選型，拼裝轉彎環(huán) 1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制1.5輔助糾偏措施輔助糾偏措

4、施 （1 1）單側注漿）單側注漿（2 2）鉸鉸接裝置的利用接裝置的利用 1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制1.6小半徑曲線掘進姿態(tài)控制小半徑曲線掘進姿態(tài)控制 1.6.1難點分析：難點分析：（1）掘進時隧道軸線控制難度大、糾偏困難）掘進時隧道軸線控制難度大、糾偏困難 盾構機本身為直線形剛體，不能和曲線完全擬合。曲線盾構機本身為直線形剛體，不能和曲線完全擬合。曲線半徑越小，掘進時左、右兩側油缸形成的壓力差越大，半徑越小，掘進時左、右兩側油缸形成的壓力差越大，造成管片受力不均勻，軸線控制和糾偏難度增大。造成管片受力不均勻，軸線控制和糾偏難度增大。 1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制n（2）管片容易在水平力作用下

5、發(fā)生較大的位移，造成管片侵限）管片容易在水平力作用下發(fā)生較大的位移，造成管片侵限現(xiàn)象現(xiàn)象n 隧道管片襯砌軸線因推進水平分力而向曲線外側偏移，如圖隧道管片襯砌軸線因推進水平分力而向曲線外側偏移，如圖在小半徑曲線隧道中盾構機每掘進一環(huán)，由于管片端面與該處軸在小半徑曲線隧道中盾構機每掘進一環(huán)，由于管片端面與該處軸線產(chǎn)生夾角，在千斤頂?shù)耐屏ψ饔孟庐a(chǎn)生一個水平分力，使管環(huán)線產(chǎn)生夾角，在千斤頂?shù)耐屏ψ饔孟庐a(chǎn)生一個水平分力，使管環(huán)脫出盾尾后，受到側向分力的影響而向曲線外側偏移。脫出盾尾后，受到側向分力的影響而向曲線外側偏移。1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制n（3）管片之間易發(fā)生錯臺。管片易產(chǎn)生開裂和破損，嚴重者

6、漏）管片之間易發(fā)生錯臺。管片易產(chǎn)生開裂和破損，嚴重者漏水水n管片存在一個水平方向的受力，不但會使整段隧道襯砌管片發(fā)生管片存在一個水平方向的受力，不但會使整段隧道襯砌管片發(fā)生水平偏移（即前面所敘的侵限現(xiàn)象），還會導致管片之間發(fā)生相水平偏移（即前面所敘的侵限現(xiàn)象），還會導致管片之間發(fā)生相對位移，形成錯臺。由于管片的特殊受力狀態(tài)，管片與管片之間對位移，形成錯臺。由于管片的特殊受力狀態(tài)，管片與管片之間存在著斜向應力，使得前方管片內側角和后方管片外側角形成兩存在著斜向應力，使得前方管片內側角和后方管片外側角形成兩個薄弱點如下圖，使得相當多的管片因此破裂。還有一個破裂原個薄弱點如下圖，使得相當多的管片因此

7、破裂。還有一個破裂原因就是因為相鄰兩環(huán)管片產(chǎn)生了相對位移，使得管片螺栓對其附因就是因為相鄰兩環(huán)管片產(chǎn)生了相對位移，使得管片螺栓對其附近處混凝土產(chǎn)生剪切作用，使該處的混凝土開裂。近處混凝土產(chǎn)生剪切作用，使該處的混凝土開裂。n過小半徑曲線段漏水現(xiàn)象嚴重的原因大致如下：管片錯臺導致過小半徑曲線段漏水現(xiàn)象嚴重的原因大致如下：管片錯臺導致止水膠條銜接不緊密；拼裝效果不好和止水膠條的破壞；管止水膠條銜接不緊密；拼裝效果不好和止水膠條的破壞；管環(huán)外側的混凝土開裂（轉彎段因盾尾間隙減小過多，使得管片被環(huán)外側的混凝土開裂（轉彎段因盾尾間隙減小過多，使得管片被盾尾鋼環(huán)刮壞）。盾尾鋼環(huán)刮壞）。1 盾構姿態(tài)控制盾構姿

8、態(tài)控制1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制n1.6.2解決措施解決措施n小半徑轉彎的姿態(tài)控制，主要從盾構設備（鉸接裝置）、管片選小半徑轉彎的姿態(tài)控制，主要從盾構設備（鉸接裝置）、管片選型和拼裝等方面來解決，特別是同步注漿和二次雙液注漿相結合型和拼裝等方面來解決，特別是同步注漿和二次雙液注漿相結合，及時填充圍巖空隙保證土體穩(wěn)定，保證小半徑圓曲線段成型管，及時填充圍巖空隙保證土體穩(wěn)定，保證小半徑圓曲線段成型管片不出現(xiàn)側向移動。片不出現(xiàn)側向移動。n（1）糾偏與隧道軸線控制）糾偏與隧道軸線控制n合理利用盾尾鉸接油缸，緩解盾構曲線調整；合理利用盾尾鉸接油缸，緩解盾構曲線調整；n掌握好左右兩側油缸的推力差，盡量地

9、減小整體推力，實現(xiàn)慢掌握好左右兩側油缸的推力差，盡量地減小整體推力，實現(xiàn)慢速急轉；速急轉；1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制n盾構司機根據(jù)地質情況和線路走向趨勢，使盾構機提前進入相盾構司機根據(jù)地質情況和線路走向趨勢，使盾構機提前進入相應地預備姿態(tài)，減少之后的因不良姿態(tài)引起的糾偏。應地預備姿態(tài)，減少之后的因不良姿態(tài)引起的糾偏。n加密加勤加密加勤VMT移站測量，避免由此產(chǎn)生的軸線誤差。移站測量，避免由此產(chǎn)生的軸線誤差。n根據(jù)曲線的特點做好管片選型。根據(jù)曲線的特點做好管片選型。n為防止盾構機抬頭以及管片上浮及向圓曲線外側移動，通過為防止盾構機抬頭以及管片上浮及向圓曲線外側移動，通過VMT系統(tǒng)調整盾構機姿態(tài)

10、為：垂直方向控制在系統(tǒng)調整盾構機姿態(tài)為：垂直方向控制在-30-40mm之之間，水平視平方向應控制在間，水平視平方向應控制在0+15mm之間。根據(jù)管片監(jiān)測情之間。根據(jù)管片監(jiān)測情況，如管片上浮量較大，則垂直偏差可調整為況，如管片上浮量較大，則垂直偏差可調整為-40-50mm之間之間。同時應加密。同時應加密VMT移站頻率，減少移站后出現(xiàn)的軸向偏差。移站頻率，減少移站后出現(xiàn)的軸向偏差。激光導向系統(tǒng)指示圖激光導向系統(tǒng)指示圖1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制n（2）控制管片水平移動和侵限）控制管片水平移動和侵限n進入緩和曲線段時，將盾構機姿態(tài)往曲線內側（靠圓心側）偏進入緩和曲線段時，將盾構機姿態(tài)往曲線內側（靠圓

11、心側）偏移移1520mm，形成反向預偏移，這樣可以抵消之后管片的往，形成反向預偏移，這樣可以抵消之后管片的往曲線外側（背圓心側）的偏移。曲線外側（背圓心側）的偏移。n減小油缸推力。減小油缸推力。n在中風化泥巖地層中小半徑圓曲線掘進的過程中，減小盾構推力在中風化泥巖地層中小半徑圓曲線掘進的過程中，減小盾構推力。中風化泥巖采用半氣壓模式時推力可控制在。中風化泥巖采用半氣壓模式時推力可控制在700900t；n在管片偏移的方向額外進行注漿，達到一定的壓力以抵抗管片在管片偏移的方向額外進行注漿，達到一定的壓力以抵抗管片的偏移。待漿液凝固后，則管片位置基本已經(jīng)確定下來了。的偏移。待漿液凝固后，則管片位置基

12、本已經(jīng)確定下來了。n注漿的位置選擇注漿的位置選擇2點和點和3點手孔為宜（左轉彎），不但可以抵抗點手孔為宜（左轉彎），不但可以抵抗管片水平偏移，還可以抵抗管片的上浮。如下圖管片水平偏移，還可以抵抗管片的上浮。如下圖1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制n（3）盡量避免大的錯臺和破損。）盡量避免大的錯臺和破損。n油缸推力不要太大，尤其曲線外側（背圓心側）油缸，由于要油缸推力不要太大，尤其曲線外側（背圓心側）油缸，由于要加大推力來增加左右兩側油缸推力差，從而實現(xiàn)盾構機轉彎。但加大推力來增加左右兩側油缸推力差，從而實現(xiàn)盾構機轉彎。但是，在加大油缸推力的同時，一定要注意管片的承受能力，

13、避免是，在加大油缸推力的同時，一定要注意管片的承受能力，避免由此造成的管片破裂。由此造成的管片破裂。n由于曲線外側油缸推力較大，注意不要突然加力或者突然釋放由于曲線外側油缸推力較大，注意不要突然加力或者突然釋放推力，這樣也會造成管片的破裂。推力，這樣也會造成管片的破裂。n掘進的時候，把復緊螺栓這道工序做到位，有效的防止錯臺的掘進的時候，把復緊螺栓這道工序做到位，有效的防止錯臺的發(fā)生。發(fā)生。n提高管片拼裝手的水平，避免因拼裝不到位產(chǎn)生的錯臺。提高管片拼裝手的水平，避免因拼裝不到位產(chǎn)生的錯臺。n注意保持良好的盾尾間隙狀態(tài)，避免盾尾鋼環(huán)刮壞管片。調整注意保持良好的盾尾間隙狀態(tài)，避免盾尾鋼環(huán)刮壞管片。

14、調整好油缸撐靴的位置，盡量使撐靴完全作用在管片上。好油缸撐靴的位置，盡量使撐靴完全作用在管片上。1 盾構姿態(tài)控制盾構姿態(tài)控制（4）減少漏水。）減少漏水。n減小錯臺，使止水膠條對接緊密，達到良好的止水效果。減小錯臺，使止水膠條對接緊密，達到良好的止水效果。n擰緊螺栓，壓緊止水膠條。擰緊螺栓，壓緊止水膠條。n檢查止水膠條，保證其完整、牢固。拼裝前，用水清洗止水膠檢查止水膠條，保證其完整、牢固。拼裝前，用水清洗止水膠條，避免因止水膠條之間擠有雜物而影響止水效果。條，避免因止水膠條之間擠有雜物而影響止水效果。n注意保持好盾尾間隙，避免盾尾鋼環(huán)刮壞管片，使裂隙繞過止注意保持好盾尾間隙，避免盾尾鋼環(huán)刮壞管

15、片，使裂隙繞過止水條而形成漏水。水條而形成漏水。2、同步注漿、同步注漿2.1 注漿目的注漿目的（1）及時充填推進留下的空隙，有效地控制地表）及時充填推進留下的空隙，有效地控制地表沉降；沉降；（2）加強防水、防止泥沙流入；）加強防水、防止泥沙流入；（3）使管片外側的土體盡快趨于穩(wěn)定，防止隧道）使管片外側的土體盡快趨于穩(wěn)定，防止隧道變形；變形；2.2 注漿方式注漿方式掘進開始后，通過盾構機自帶的同步注漿系統(tǒng)進行掘進開始后，通過盾構機自帶的同步注漿系統(tǒng)進行同步注漿。同步注漿。2、同步注漿、同步注漿2.3 注漿材料及漿液性能注漿材料及漿液性能 2.3.2 漿液要求漿液要求（1）流動性好，滿足泵送要求；

16、）流動性好，滿足泵送要求；（2）和易性，不易離析；）和易性，不易離析；（3）達到一定的強度；）達到一定的強度；同步注漿的漿液主要有單液漿。同步注漿的漿液主要有單液漿。補充注漿的漿液主要有單液漿和雙液漿，一般情況下采補充注漿的漿液主要有單液漿和雙液漿，一般情況下采用雙液漿用雙液漿。 2.3.1 漿液類型漿液類型2、同步注漿、同步注漿2.3 注漿材料及漿液性能注漿材料及漿液性能主要原材為：水泥、砂、粉煤灰、膨潤土和水。材料要求見下表：主要原材為：水泥、砂、粉煤灰、膨潤土和水。材料要求見下表： 2.3.3 注漿材料注漿材料水泥 普通硅酸鹽水泥42.5 粉煤灰 一般二級 膨潤土 95通過 200目篩，

17、膨率1820ml/g 砂 細砂，通過5mm篩孔 水 生活用水 外摻劑 2、同步注漿、同步注漿2.3 注漿材料及漿液性能注漿材料及漿液性能典型配比典型配比 2.3.4 配比配比水泥水泥（Kg)粉煤灰粉煤灰（Kg)膨潤土膨潤土（Kg)砂砂（Kg)水水（Kg)石膏石膏（Kg)12633072720480202、同步注漿、同步注漿2.3 注漿材料及漿液性能注漿材料及漿液性能 2.3.5 漿液性能漿液性能項目 性能標準 稠度（cm） 10.511.5 初凝值 1624h 泌水率 3 抗壓強度 R70.1MPa，R280.51MPa 比重 1.750.5 2、同步注漿、同步注漿 盾尾注漿管 盾尾 漿液注入

18、范圍 2.4 注漿方法注漿方法 2.4.1 注漿點注漿點一般配置一般配置4個或個或8個（個（4個備用），均勻分布。個備用），均勻分布。 2.4.1 注漿時間注漿時間 注漿可根據(jù)需要采用手動控制方式，自動控制方式即預先設定注注漿可根據(jù)需要采用手動控制方式，自動控制方式即預先設定注漿壓力，由控制程序自動調整注漿速度，當注漿壓力達到設定值時，漿壓力，由控制程序自動調整注漿速度，當注漿壓力達到設定值時，自行停止注漿。手動控制方式則由人工根據(jù)掘進情況隨時調整注漿流自行停止注漿。手動控制方式則由人工根據(jù)掘進情況隨時調整注漿流量，以防注漿速度過快，而影響注漿效果。量，以防注漿速度過快，而影響注漿效果。 2.

19、4.1 注漿控制方式注漿控制方式 根據(jù)盾構機推進速度，同步注漿以每循環(huán)達到總注漿量而均勻對稱根據(jù)盾構機推進速度，同步注漿以每循環(huán)達到總注漿量而均勻對稱注入，盾構機推進開始注漿開始，推進完畢注漿結束。注入，盾構機推進開始注漿開始，推進完畢注漿結束。2、同步注漿、同步注漿2.5 注漿控制措施注漿控制措施 2.5.1 注漿壓力注漿壓力 同步注漿時要求在地層中的漿液壓力大于該點的靜止水壓及土同步注漿時要求在地層中的漿液壓力大于該點的靜止水壓及土壓力之和，做到盡量填補同時又不產(chǎn)生劈裂。注漿壓力過大，管壓力之和，做到盡量填補同時又不產(chǎn)生劈裂。注漿壓力過大，管片周圍土層將會被漿液擾動而造成后期地層沉降及隧道

20、本身的沉片周圍土層將會被漿液擾動而造成后期地層沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑漿；而注漿壓力過小，漿液填充速度過慢，填充降，并易造成跑漿；而注漿壓力過小，漿液填充速度過慢，填充不充足，會使地表變形增大。不充足，會使地表變形增大。 通常同步注漿壓力一般為比土壓力高通常同步注漿壓力一般為比土壓力高0.10.2MPa，一般為，一般為上部為上部為0.150.2Mpa，下部為，下部為0.20.3MPa2、同步注漿、同步注漿2.5 注漿控制措施注漿控制措施 2.5.2 注漿量注漿量 因地質、盾尾間隙、是否在曲線段等因素，注漿率有所不同。因地質、盾尾間隙、是否在曲線段等因素，注漿率有所不同。 一般一般情況下

21、，注漿率情況下，注漿率1.32.5，并應通過地面變形觀測來調節(jié)。，并應通過地面變形觀測來調節(jié)。 砂卵石砂卵石地層土壓平衡盾構一般為地層土壓平衡盾構一般為1.5，同步注漿量在，同步注漿量在6m3左右。左右。 Q=VQ=V 式中：式中： Q Q注入量注入量（m m3 3） 注漿率注漿率 V V盾尾建筑空隙（盾尾建筑空隙（m m3 3） V=V=（D D2 2- -d d2 2）L/4L/4 式中：式中： D D盾構切削土體直徑（即為刀盤直徑盾構切削土體直徑（即為刀盤直徑6.36.30 0m m） d d管片外徑（管片外徑（6.6.0 0m m） 2、同步注漿、同步注漿2.5 注漿控制措施注漿控制措施 2.5.3 注漿設備清洗注漿設備清洗 每個作業(yè)班組應清洗一次注漿管路，防每個作業(yè)班組應清洗一次注漿管路，防止長時間砂漿凝結在管壁四周堵塞管路。止長時間砂漿凝結在管壁四周堵塞管路。 每天對砂漿運輸罐和儲存罐進行徹底清洗。每天對砂漿運輸罐和儲存罐進行徹底清洗。2、同步注漿、同步注漿2.5形成的內業(yè)資料形成的內業(yè)資料（1）拌漿記錄）拌漿記錄（2）注漿記錄）注漿記錄（3）拌漿質量抽查記錄）拌漿質量抽查記錄2、同步注漿、同步注漿2.5 漏漿的預防措施漏漿的預防措施（1）加強姿態(tài)管理，防止單側盾尾間隙過大）加強姿態(tài)管理，防止單側盾尾間隙過大（2）加強盾尾油脂的壓