淺析土壓平衡盾構機施工軸線控制

摘 要：盾構施工軸線控制是盾構施工的重點環節，通過對盾構機軸線偏差因素與操作控制的研究，達到熟練掌握盾構施工軸線控制技巧，為以后的盾構法施工提供強有力的技術保證。文章以中盾控股（CTIG-6140）土壓平衡盾構機為例，簡單分析盾構施工中的軸線影響因素及控制方法。

關鍵詞：盾構姿態；糾偏；軸線控制

1 工程概況

本工程為西安地鐵四號線試驗段-3標李家村站～和平門站區間，區間單線總長為2.3km，最大縱坡為28‰，最小曲線半徑為1000m，采用盾構法施工。

李～和區間隧道埋深8.3～17m，區間地層自上而下分布為：1-1雜填土；1-2素填土；3-1-1新黃土；3-2-2古土壤；4-1-2老黃土；4-2古土壤；4-4粉質粘土層。

本盾構區間左線采用CTIG-6140土壓平衡盾構機進行施工。盾體總長9980mm，盾構機總重約370t，最大開挖直徑6170mm，前盾外徑6140mm，中盾外徑6140mm，尾盾外徑6140mm，最大掘進速度92mm/min，最大推力4000噸。

2 盾構軸線偏差的影響因素

盾構軸線的控制是盾構推進施工的一項關鍵技術。在實際施工中，由于盾構機在掘進過程中受到開挖面土壓力和盾殼外圍土壓力的不均衡性、地下土層變化、施工參數的設置、人員的誤操作及其他方面的影響，盾構機的實際推進軸線無法與理論軸線保持一致，因此，兩者之間的差值直接影響隧道的順利貫通和質量。控制好盾構的推進軸線，才能保證管片拼裝位置的準確，才能使隧道竣工軸線誤差控制在允許范圍內。根據實際施工情況，現簡單分析下軸線偏差的原因。

2.1 始發基座的變形

盾構進出洞過程中基座設置很關鍵，它會直接影響到盾構機始發姿態的好壞。盾構基座設置主要包括有洞門中心的位置、豎井的大小、還包括設計坡度與平面方向、盾構機的長度、反力架和環的尺寸等。如果其中任一因素發生改變都將會導致盾構基座發生變形，使盾構掘進軸線偏離設計軸線，將直接導致盾構機在初始推進時發生位置偏移。甚至在始發后導致盾構推進軸線與基座軸線產生較大夾角，致使盾構軸線控制失控，盾構走形偏離隧道設計軸線。

2.2 管片拼裝及注漿的影響

盾構機在掘進過程中，隨著盾構姿態沿軸線的不斷調整，盾構千斤頂產生的行程差，要通過合理的使用轉彎環（左轉彎環或右轉彎環）管片來調整，使管片與盾構機盾尾之間保證必要的盾尾間隙量。否則盾尾間隙量小，盾尾受到管片的約束力，極不利于盾構姿態的控制，而且容易造成管片破損。此外，管片拼裝的真圓度也影響盾尾間隙量。

同步注漿理論上是填充切削土體與管片壁之間的空隙，但同時要考慮盾構推進過程中的軸線糾偏、跑漿和注漿材料收縮等因素。盾構推進時同步注漿量的多少及漿液壓力的大小和環向的分布都可能對軸線控制產生直接的影響。

2.3 施工參數

盾構機在掘進中，所穿越的地層直接影響到盾構機及隧道的整體受力情況，尤其是在不同的地層之間進行掘進中，盾構機的受力情況更加復雜。這樣會給掘進中的姿態控制造成了較大的難度，所以在施工中，要對隧道穿越地層的地質情況進行系統地分析，事先確定掘進參數，以保證施工的順利進行。

2.4 人員操作的誤差

在隧道掘進過程中，測量的正確性、準確性及精確性是至關重要的，它直接決定了盾構機的掘進方向，所以在施工中應保證測量的萬無一失，并經常進行復測，并對現有測量成果進行及時調整，保證隧道軸線的正確性。盾構機操作手的誤操作也是影響姿態的重要因素之一。盾構司機必須根據總工程師下發的技術指令及現場測量的結果，通過合理控制分區油缸，設定推進速度等手段來調整機身姿態。

2.5 施工技術

在掘進中，影響盾構機姿態及隧道軸線控制的因素還很多，主要包括盾構機選型、掘進參數的設定、地下水及地下不明物、隧道自身游離偏移等，都需要在具體施工中根據具體情況進行具體的分析解決。

3 盾構軸線偏差的控制措施

3.1 控制內容

盾構掘進過程中，根據盾構機相對于設計軸線的偏差描述為以下幾種盾構姿態。

（1）水平姿態：水平偏差值，右偏為正，左偏為負。（2）垂直姿態：高程偏差值，沿坡度向上為正，向下為負。（3）盾構側滾：左轉為負，右轉為正。

3.2 控制要點及部位

盾構機的姿態控制要點簡言之就是，通過調整推進千斤頂的各個區的推進油壓的差值，并結合鉸接千斤頂的調整，使盾構機形成向著軸線方向的趨勢，使盾構機三個關鍵節點（切口、鉸接、盾尾）盡量保持在軸線附近。

3.2.1 盾構機切口部位的控制。盾構機切口位置的控制可以通過調節四組推進千斤頂來實現。四組千斤頂分為四個區域：A區（右側）、B區（下部）、C區（左側）、D區（上部）。在均勻地質條件時，A區與C區油缸推力與速度基本相同時，盾構機切口面保持直向前。在左轉彎曲線段時應增加A區油缸推力和速度，反之盾構機切口會產生向右轉的趨勢。

由于盾構機切口頂部與底部所在底層受力有差異，所以在直推時，B區與D區推進壓力差應當應根據實際推進時的土質具體情況和試推進情況來確定。在上坡段，適當加大盾構機B區油缸推力和速度；在下坡時候應適當加大D區油缸推力和速度。綜上在直線平坡段掘進時應盡量使所有油缸推力保持一致。

在進行轉彎或變坡段頂進的過程中，應提前對切口偏移位置進行預測算，并在推進的過程中適當調整各區推進千斤頂的推進壓力差，以保證盾構機切口在推進的過程中始終保持在施工軸線的允許偏差范圍內，一般情況下，我們會將允許偏差范圍向曲線的中心方向作適度的偏移，以保證盾構機能夠較好的控制在施工軸線附近。

總之，在進行盾構機切口位置的調整過程中，應始終使盾構機保持在靠近軸線的推進趨勢中，即使在盾構機姿態不好的情況下，亦應將盾構機的切口位置控制在施工軸線附近，切忌使盾構機切口位置大幅度超出允許范圍進行推進，會對盾構機的姿態及隧道質量造成影響。

3.2.2 盾構機鉸接部位的控制。鉸接裝置是為了順利進行曲線施工的一種輔助手段，鉸接的結構形式分為主動鉸接和被動鉸接。鉸接裝置可以通過液壓油缸動作，在上下、左右方向上調整盾構本體彎曲角度。

主動鉸接一般在盾構機偏離軸線較大或處于小半徑曲線的掘進中，才有必要打開鉸接，但鉸接的打開度需要提前計算打開角度，然后按計算值將鉸接打開到所設定的角度后，將鉸接鎖定，然后再進行推進。被動鉸接在較大的變坡以及小半徑隧道的掘進中軸線控制優勢比較明顯，因為其具有較高的機動性，比較適應施工工況，能夠有效的保證管片的成環質量及隧道的整體質量。

3.2.3 盾構機盾尾位置的控制。由于盾構機在土體內是處于懸浮狀態，而成型的隧道則處于相對穩定的狀態，盾構機的盾尾直接與成型隧道的末端接觸，后幾環管片的位置狀態直接限制了盾尾的位置狀態，盾構機的盾尾位置是不能通過操作推進千斤頂來進行調解的，它的位置狀態多數取決于盾尾內拼裝管片的位置狀態，所以調整好管片的姿態對盾尾的位置控制及整個隧道的整體質量都起著至關重要的作用，只要把管片拼裝的位置控制在設計范圍內，則盾尾的位置也必然能夠滿足后續掘進的設計要求。

4 結束語

文章以西安地鐵四號線試驗段-3標盾構工程為背景，分析了引起盾構軸線偏離的主要因素及一些控制措施。盾構機姿態及隧道軸線控制，是多個工序及工種的綜合控制過程，其中涉及的范圍比較廣泛，首先技術部門確定但前推進方案及施工軸線，然后由盾構司機通過對盾構機姿態的控制來實現施工軸線，所以，一條質量優良的隧道的成型是需要多個工序的協調配合才能實現的，在具體的施工過程中，還需要根據具體的施工情況作出相應的調整。

參考文獻

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[2]吳巧玲.盾構構造及應用[M].北京：人民交通出版社，2011.

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作者簡介：周鑫，工程師，大學本科，土木工程方向。