地铁盾构施工中盾构姿态的控制方法

张敬博 韩增虎

（1.杨凌职业技术学院， 陕西 西安 712100）

（2.河北津西钢板桩型钢科技有限公司， 河北 唐山 063000）

0 引言

纵观目前我国工业发展的速度来看，发展趋势呈不断上升递增的。在人们生活质量高要求的大背景下，交通工具的进化也蒙受着时代的考量。从以前简单的自行车作为代步工具，再到后来电子化信息时代下的运输普及，地铁也就因此应运而生了。相比较于公交车，地铁更为迅速快捷，并且占有独立的通道，不受堵车等因素的影响。相比较于私家车，地铁的票价更为适宜，便于多数人接受。由此，地铁已然成为广大交通工具中绝对普遍和受欢迎的一种。而地铁工程的构建中，盾构机占有不可或缺的位置。在盾构机的施工技术的发展进程来看，早在20世纪中旬就已经产生了质的飞跃。本文就针对地铁施工中的盾构机姿态的控制方法这一主题进行深入的研究。

1 盾构机的基本工作原理

千斤顶的向前推力是盾构机主要的工作原理。盾构机实际的工作区位主要分布在上下左右四个方向。每个区位的千斤顶都是独立构造的个体，并且在设定过程总能够顶住压力操作同时运行,如图一所示。要想实现盾构机的线性管理，不仅需要调整盾构机的方位及姿态，还要结合相应的地质条件作出正确的推断，其中考虑地下土层的多变性以及土压力的不均衡性等等。需要特殊注意的是，盾构机的理论轴线要区别于实际的推进轴线，切忌不能发生重叠或吻合等情况。

2 影响盾构机姿态控制的因素

姿态构建，作为地铁隧道工程中经常出现的盾构施工方法，主要以盾构机的主要设计轴线或是人工测量后的数据作为姿态的判别。从概念上解释的分布来看，盾构机在姿态控制的过程中经常会出现方向偏差。方向偏差具有两个种类，分别分水平方向偏差和垂直方向偏差。这其中所涉及的参数偏差多半是由掘进方向上盾构千斤顶不同方位的推进所影响。由此一来，便会形成摩擦力的阻碍。在盾构表面和地层之间形成的不均衡压力都会造成不同程度的偏差。究其方向偏差引起的原因来看，主要分为两个方面，一方面是地层分界面的起伏程度过大，另一方面是掌子面的软硬程度。而产生偏差的主要影响因素有以下几点：

首先是土质本身的因素：因为地层土质的软硬程度不同，可能会出现左边土质比较松软而右边土质却比较硬实的这一类情况，所以在盾构机切削土质时，就要求千斤顶向较为硬实的土质调整。

其次的因素：是定位精准的始发基座。在开始工作前，盾构机是安置于始发基座上的，换句话说就是：在工作之前的盾构机其盾构姿态和起始坐标的始发基座是密切相关的联系的。因此，在真正开始工作之前，必须要保证始发基座能够被精准的确定下其起始位置，只有如此，才能使盾构姿态被控制住，进而让盾构机实际工程中的中心线与设计轴线没有偏差。

而第三个方面的因素则是：操作盾构机工作者高超的技术水平。操作员能不能控制好盾构机的盾构姿态取决于操纵盾构机进行工作的技术是否达到稳、准、狠，毕竟盾构机的工作方向就握在操作员的手中。操作员在操纵盾构机时还需要注意其运行状态是否正确，如果发现盾构机的运行路线与设计的路线不一样时，就需要及时调整运盾构机的运行，每一个区位里千斤顶的油压就是需要调整的具体措施。

最后一个因素：则为盾构机姿态控制中的管片姿态。就隧道位置来看，盾构机的运行通常处于隧道的内部，因此管片的安装位置就要确立在盾尾的钢壳内部处。倘若管片在运行过程中与实际的路线存在偏离，再或者远离设计轴线等情况出现的话，就要及时制定出改进和补救的措施。不然将会影响到隧道实际中线的确立。由此可见，管片的安装与盾构机的操作是密不可分的。也可以理解为管片的轴线设计是等同于盾构机轴线设计的。

3 地铁盾构施工中盾构姿态的控制方法

3.1 盾构机切口位置控制

依靠调整每一个区位上的千斤顶的推进压力大小从而控制住普通盾构机的切削切口的位置。在施工过程中的盾构机，如果遇到的的是直线线段，其切削切口就是以实际轴线当作中心线的位置，实际轴线左右两侧的偏移范围要控制在10毫米以内；假若盾构姿态很难控制，盾构机操作员是能够操纵盾构机拓宽切削切口的位置的，允许拓宽的范围在：以实际轴线当作中心线的左右两侧的偏移范围要控制在20毫米以内，当然前提条件是在允许的情况下才能这么做。如果遇到的是坡度线段或者是曲线线段时，盾构机操作员需要做的事主要由两个方面：一个是对切削切口的位置进行提前预算的位置数据处理；另外一个是盾构机操作员对需要控制盾构机切削切口的位置的合理化之前需要调整每一个区位的千斤顶，让推进压力的大小达到准确的数据。

3.2 盾构机掘进姿态控制技术

因为地层土质软硬程度不一样，盾构机操作员一定要严格控制水平方向上的偏差跟垂直方向上的偏差维持在允许范围内，尤其是在地质比较松软的土层施工时的盾构机，只有这样做才能防止行进路线受地质影响而出现的变形。此外，在土层比较松软的地方进行施工的盾构机，操作员还需要注意的两个方面：第一个方面是，在地层中掘进时操作员加入少许的添加剂，这样做的原因是，起到把盾构机的盾构掘进效率提高到一定程度上的作用；另外一个方面就是：盾构机操作员能够充分利用浆料把存在缝隙的管片背面给填充上。

岩层的物理性质同样也是不均衡分布的；可能出现这一边质地较为柔软，但另外一边却是硬实的质地这一类情况。因此，盾构机操作员很难精准地控制盾构机在岩层掘进时对盾构机的前行姿态。理所当然的，就要面临在岩层施工的过程中盾构机可能会出现的以下这些问题：首先可能是管片碎裂；其次可能是不太稳定的盾构机造成快慢程度不一的掘进速度；第三个就是盾构机尾部的管片很难脱离。面对这些问题对应的具体措施有两个：一是要时刻注意盾构机的盾构姿态数据；另一个是对两个千斤顶之间铰接的行程及时的进行调整。

4 结语

针对于隧道工程建设投入力度的不断扩充和发展，近几年地铁工程也随之蓬勃建设起来。而盾构姿态的控制在地铁施工工程中就占有极其重要的位置。由此可见，在地铁施工的具体过程中，相关工作人员应该从多方面酌情入手。要确保在优质管理隧道过程的同时随时观察盾构机姿态的发展变化。

总的来说，需要彻实落入的工作内容和方向还有很多。伴随盾构机姿态控制的具体发展策略，地铁工程建设的相关人员仍旧要对此进行更为深入的学习和研究，在实际操作的方向上持续努力。