控制盾构姿态的常见误区分析和预防措施

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1 引言

盾构法是目前地铁隧道施工的主要工法。盾构施工过程常见几种质量缺陷,如“管片错台、破损、渗漏水、姿态超限、地表沉降”。出现质量缺陷会造成成型隧道质量下降,增加成本,严重的甚至会出现安全事故,严重影响企业形象,根据多年的施工经验,控制盾构姿态失误是造成质量缺陷的重要原因之一。尤其是新手盾构司机在操作盾构机的过程中教条主义盛行,缺乏超前意识和灵活掌控的能力,忽略其他因素的影响,最终导致成型隧道出现严重的质量缺陷。本文以西安地铁某标段盾构施工为例,总结控制盾构姿态的常见误区,分析其成因,并归纳对应的解决办法。

2 盾构姿态和管片姿态

以力信导向系统为例,通常所说的盾构姿态是显示屏上的6个数,即“水平姿势:前-10、中-4、后12;垂直姿态:前35、中39、后33”。

管片姿态是管片轴线的水平位置和高程,按照《盾构法隧道施工及验收规范》(GB50446-2017)中的规定,地铁隧道衬砌结构严禁侵入建筑界限,隧道轴线平面位置和高程都应该控制在±100mm以内。管片姿态验收标准明确,超限后很难挽救。

管片错台、破损、渗漏水经常在盾构姿态的纠偏过程中伴随出现。

3 控制盾构姿态的常见误区

3.1 将盾构姿态等同于管片姿态 盾构姿态由盾构机导向系统自动测量后显示,用于指示盾构机前进的方向;管片姿态由人工测量获得数据,这是盾构隧道竣工验收的重要部分。

经过两组数据对比,盾构姿态和管片姿态普遍存在一定差距,这个差距有利有弊不可一概而论。对差距的弊端未能清晰判断和处理,会造成管片姿态超限。

3.2 忽视外部因素对管片姿态的影响 盾构姿态与管片姿态的差距一般由设计轴线转弯、同步注浆不均、管片上浮等外部因素引起,且有一定规律,一般通过比较一长段隧道的盾构姿态和管片姿态可以找出这种规律。

盾构姿态和管片姿态的差值规律并非一成不变,需要进行经常性的数据比较来发现规律的变化。如果忽视外部因素的影响,盾构姿态对管片姿态没有参考意义,会导致成型隧道轴线平面位置和高程偏差不可控。

3.3 将±50作为控制盾构姿态的最佳标准 ±50是控制盾构姿态的一般标准,在实际操作过程中并不利于盾构姿态的精准控制。实际上,由于管片姿态受外部因素影响与盾构姿态存在偏差,控制盾构姿态需要人工调整控制轴线,确保管片偏移后测得的管片姿态尽量拟合设计轴线。

盾构姿态与管片姿态的偏差值有大有小,人工控制轴线需要据实调整。例如,某段隧道管片上浮量约+50mm,则盾构姿态应为-50～-10,盾构姿态为+50mm时管片姿态可能是+100mm,达到超限标准。

3.4 将快速纠偏当成能力的体现 “勤纠缓纠”是盾构姿态纠偏的基本要求,在实际操作过程中,部分盾构司机则用快速纠偏来体现自身能力,认为纠偏越快水平越高。在追求快速纠偏的过程中,推进压力差过大、盾尾间隙严重不均,从而管片严重受挤压出现错台、变形,同时伴随严重的破损和渗漏水。纠偏越快,管片姿态相对盾构姿态的偏移量也越大,造成管片姿态超限的可能性也越大。

总而言之,快速纠偏不符合技术操作规范,也不符合当前越来越严峻的质量管理要求,必须予以禁止。

3.5 不敢使用铰接或过于依赖铰接 部分盾构司机由于学艺不精或者盾构机设备状况不佳,对自己操作的盾构机性能状况不了解,在盾构姿态纠偏需要使用铰接装置时不敢使用,或者使用滞后,造成盾构姿态偏差变大,加重了后续纠偏的困难。

还有部分盾构司机过于依赖铰接装置,盾构姿态出现需要纠偏的情况就立即使用铰接,或者在操作铰接装置时不按说明书要求,比如罗宾斯盾构机要求在所有铰接油缸的行程都超过30mm后才能调整铰接油缸行程差,在铰接油缸行程不足时调节行程差,容易损坏铰接油缸密封。使用铰接装置时盾体弯折成一个角度,盾体在周围土体中撑开的截面要大于刀盘的开挖面积,同步注浆应该相应增加,如果注浆量不增加,很可能导致沉降过大甚至管片渗漏水。

4 控制盾构姿态失误的预防措施

4.1 加强学习盾构姿态控制技术 盾构姿态控制技术是一项基础技术,也是一项长期有用、学无止境的技术。针对不同的地质情况、不同的盾构机设备,盾构姿态控制技术都是有所不同的。要学好盾构姿态控制技术,首先要学习相关的规范、制度,其次要贯彻正确的理念,必须做到“勤纠缓纠”,必须禁止“急纠猛纠”!

4.2 加强了解盾构机设备 控制盾构姿态需要推进系统调节分区压力和使用铰接系统调节行程差,其他如刀盘转向、土仓压力、注浆等均对控制盾构姿态有影响。了解设备状况,学会正确操作设备,学习如何调整刀盘转向、土仓压力、注浆等,能对控制盾构姿态产生有利影响。

4.3 加强学习测量知识 自动导向系统是盾构机的眼睛,控制盾构姿态必须依此为依据。管片姿态测量则是控制盾构姿态的最终结果,反应了盾构施工团队控制质量的能力。这两项都与测量密不可分,了解测量知识可以加深对导向系统的认识,同时结合测量人员的工作情况及时掌握相关信息,对隧道质量做好超前预控。

4.4 加强学习管片选型 管片选型对盾构姿态控制有重要影响。选型正确对盾构姿态控制有利,选型错误则对盾构姿态控制有害。首先做到详细了解管片的形状和尺寸,其次掌握管片拼装点位的要求,再次掌握不同拼装点位下管片楔形量对水平方向和垂直方向的影响。管片选型时,选择对盾尾间隙、盾构姿态趋势有益的影响,精细控制,精益求精,力争选择好每一环管片。

5 总结

控制盾构姿态的各种误区都属于人为因素,是可以通过不断学习来避免的。盾构姿态超限、进入纠偏过程,很容易导致各种质量缺陷。因此,广大盾构司机应该从基础入手,从理念深耕,从方法提升甚至创新,控制好盾构姿态,提升个人业务水平,全面提升成型隧道质量。