盾構施工技術論文
盾構施工不影響航道，也完全不受氣候影響;對于地質復雜、含水量大、圍巖軟弱的地層可確保施工安全;在費用和技術難度上不受覆土深度影響。學習啦小編為大家整理的盾構施工技術論文，希望你們喜歡。
盾構施工技術論文篇一
土壓平衡盾構施工技術
[摘 要]土壓平衡盾構以其高效、安全、環保等優點，已被廣泛應用于地鐵施工中，雖然技術成熟，但施工中一些常見的問題，施工方依然應當采取預防及處理措施，從而確保地鐵工程的施工質量。本文詳細介紹了土壓平衡盾構機組成、工作原理，重點對盾構隧道的主要施工過程和關鍵工藝技術進行總結和分析。
[關鍵詞]土壓平衡;盾構;施工;技術
中圖分類號：U455.43 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X(2015)43-0251-01
一、盾構施工法概述
1.盾構施工程序。盾構施工法與礦山法相比具有的特點是地層掘進、出土運輸、襯砌拼裝、接縫防水和盾尾間隙注漿充填等主要作業都在盾構保護下進行，因而是工藝技術要求高、綜合性強的一類施工方法。其主要施工程序為：建造盾構工作井;盾構機安裝就位;出洞口土體加固處理;初推段盾構掘進施工;隧道正常連續掘進施工;盾構接收井洞口的土體加固處理;盾構進入接收井解體吊出。
2.盾構施工優點。盾構施工與礦山法施工具有以下優點：地面作業少，隱蔽性好，因噪音、振動引起的環境影響小;自動化程度高、勞動強度低、施工速度快;因隧道襯砌屬工廠預制，質量有保證;穿越地面建筑群和地下管線密集的區域時，周圍可不受施工影響;穿越河底或海底時，隧道施工不影響航道，也完全不受氣候影響;對于地質復雜、含水量大、圍巖軟弱的地層可確保施工安全;在費用和技術難度上不受覆土深度影響。
二、盾構推進隧道施工
1.掘進原理。盾構在粉質粘土、粉質砂土和砂質粉土等粘性土層中掘進施工時，由刀盤旋轉切削下來的土體進入密封土倉后，可對開挖面地層形成被動土壓力，與開挖面上的主動土壓力相抗衡。使開挖面的土層處于穩定狀態。當盾構推進時，啟動螺旋輸送器排土，使排土量等于開挖量，即可使開挖面地層始終處于穩定。排土量一般通過調節螺旋輸送器轉速和出土口裝置予以控制。當地層含砂量超過某一限度時，因土的摩阻力大、滲透系數高、地下水豐富等原因，泥土塑流性將明顯變差，密封倉內的土體可因固結作用而被壓密，導致渣土難于排出，甚至形成泥餅而無法推進，而且單靠切削土提供的被動土壓力，常不足以抵抗開挖面的水土壓力。出現這種狀況時，可向密封倉內注入水、泡沫、膨潤土等，同時進行攪拌，以期適當改善倉內土體的塑流性，順利排土。
2.軸線控制。盾構軸線的控制是盾構推進施工的一項關鍵技術，怎樣控制盾構能在已定空間軸線的允許偏差范圍內是必須掌握的技術，在實際施工中盾構推進軸線控制不可能是理想的狀況，軸線控制不佳狀況除地質不均勻引起的正面阻力不均勻及隧道的平面和豎曲線要求外，往往是產生于人為因素，這是指施工不精心及對軸線控制操作技術水平不夠兩個原因，而后者占多數。
三、影響盾構軸線控制的原因
1.地層土體對盾構產生的偏向。盾構在向前推進過程中將受到盾構切口貫入土層的阻力、盾構正面阻力、盾構四周土體與盾構殼體間的摩阻力，盾構自重與下臥土層的摩阻力等組成。由于受到地層土質變化、隧道埋深變化、地面建筑物等因素，造成各種阻力不均勻的作用于盾構，從而導致盾構推進時偏向。
2.盾構制作誤差造成盾構推進軸線的偏向。圓形斷面盾構是中心對稱的結構，這是對軸線控制極為有利的形式，但由于加工誤差使其外形并非正圓，導致盾構產生偏向。
3.已拼裝成環的隧道對盾構推進軸線產生的影響。由于管片成環后與盾尾不同心，兩者之間沿圓周的間隙大小不一，又由于管片軸線與盾構軸線在施工中是不一致的，形成了管片與盾殼局部處有接觸現象，產生了摩阻力，這一阻力顯然會影響盾構的推進軸線。
四、盾構軸線控制的原理
盾構推進的過程，是盾構軸線控制的過程，即阻礙盾構前進的外力F外和盾構千斤頂合力F推(見圖2-2)。是一對方向相反，不作用于一直線上的力，形成一個力偶，起到控制盾構軸線的目的。所以說盾構推進的過程就是尋找F外作用位置的過程，選擇最理想的e 來控制盾構推進軸線。
五、盾構推進軸線的控制方法
1.盾構縱坡控制。盾構縱坡控制不單是調整盾構高程位置，還可以調正盾構和已成環管片之間頂部和下部間隙，以減少盾構對圓環的徑向卡壓及下一環管片拼裝的困難。
(1)穩坡法。這種方法盾構推進中對地層擾動最小，是最佳控制方法。
(2)變坡法。盾構推進前應先觀察盾構與管片上下的間隙情況，遇盾構上部已卡管片時則可采用先抬后壓的縱坡控制所示，反之可用先壓后抬的方法來控制。
由于操作人員的技術水平，對盾構的性能不熟，以及施工人員思想不集中等原因，往往發生在一環距離的推進過程中，多次進行縱坡起伏的調正。這是施工中最忌的方法，因為這種極不平穩的控制盾構推進軸線，對地層將產生最大的擾動，對地面建筑物危害很大，特別是當地層受到大擾動時，后期變形要有一個較長的時間，且變形量亦較大。
2.左右兩腰對稱千斤頂伸出長度差值的控制。盾構平面軸線的控制其含意及方法與縱坡控制相同，而不同的其一是控制對象，即盾構運動的軌跡方向不同，而兩個軌跡面是兩個相互垂直的面，另一點是表示形式不同，一般平面是采用比較容易的左右兩腰千斤頂伸出長度差值來表示，也有用平面夾角表示。
(1)盾構推進阻力大小及合力作用位置的調整。上面所講述的用盾構自身前進動力千斤頂來控制盾構推進軸線，是主動、積極的技術措施。當用千斤頂難以控制軸線時，可采用調整作用于盾構上的阻力大小及其合力的位置。對盾構阻力大小及合力作用位置調整，效果顯著，但受到盾構型式的限制。
(2)選擇合理壓漿位置，改善糾偏條件。利用壓漿的壓力調正管片與盾構兩者相對位置的關系，改善盾構的糾偏條件。
六、盾構推進軸線控制時應注意的一些問題
1.盾構推一環的糾偏幅度應以小到大最后到小的規律控制。由于開始推進時管片埋入盾尾內的深度為最長，這就使盾構與管片之間相對位置調節量是處于最小的狀態，過量的糾偏將會導致危機管片安全的現象，故而這時推進糾偏量應控制合理，而隨推進距離的增加，管片脫出盾尾量增多，就改善了盾構與管片之間相對位置的調節條件，則糾偏量也可隨之加大。但當一環推進快結束時，為了保證下一環管片拼裝便利與質量，這時糾偏量也應相應減少，使盾構位置處于理想的位置。這控制盾構軸線的規律盾構操作人員必須做到正確運用、掌握。以往施工經驗可知這三個階段的劃分，一般為每環推進距離各1/3范圍最佳。
2.盾構軸線控制糾偏必須要按“及時、連續”的原則。當施工時產生有過大偏差時，其糾偏應做到合理，使盾構糾偏軸線和順，有利于施工及隧道的使用要求。控制好盾構推進軸線是建造優質隧道的手段，目的是使每環管片能拼裝于理想的位置上，使連接形成的隧道軸線為最佳狀態，從而滿足隧道建造后使用上的需要。
參考文獻：
[1]周振國，郭磊，郭衛社.盾構施工姿態控制和管片選型[J].西部探礦工程，2012(03).
[2]王振信，侯學淵.盾構法水底公路隧道展望[J].地下工程與隧道， 2011(04).
盾構施工技術論文篇二
地鐵盾構施工測量技術
【摘要】本文介紹了地鐵盾構施工中的VMT導向系統、盾構姿態人工檢測、管環檢測等內容。其中VMT導向系統的應用和維護以及經驗教訓還有盾構姿態人工檢測和管環檢測的經驗和技巧是本文介紹的重點。
【關鍵詞】導向系統;盾構姿態;管環檢測
1 導向系統:
1.1導向系統介紹
1.1.1 VMT導向系統概述：
在掘進隧道的過程中,為了避免隧道掘進機(TBM)發生意外的運動及方向的突然改變, 必須對TBM的位置和DTA(隧道設計軸線)的相對位置關系進行持續地監控測量。這就是TBM采用“導向系統”(SLS)的原因。
1.1.2 導向系統基本組成
導向系統是由激光全站儀(TCA)、中央控制箱、ESL靶、黃盒子和計算機及掘進軟件組成。
1.1.3 導向基本原理
洞內控制導線是支持盾構機掘進導向定位的基礎。激光全站儀安裝在位于盾構機的右上側管片上的拖架上，后視一基準點(后視靶棱鏡)定位后。全站儀自動掉過方向來，收尋ELS靶， ELS接收入射的激光定向光束，即可獲取激光站至ELS靶間的方位角、豎直角，通過ELS棱鏡和激光全站儀就可以測量出激光站至ELS靶間的距離。TBM的仰俯角和滾動角通過ELS靶內的傾斜計來測定。ELS靶將各項測量數據傳向主控計算機，計算機將所有測量數據匯總，就可以確定TBM在全球坐標系統中的精確位置。將前后兩個參考點的三維坐標與事先輸入計算機的DTA(隧道設計軸線)比較，就可以顯示盾構機的姿態了。
1.2 導向系統應用
1.2.1 激光站人工移站
盾構機的掘進時的姿態控制是通過全站儀的實時測設ELS的坐標，反算出盾構機盾首、盾尾的實際三維坐標，通過比較實測三維坐標與DTA三維坐標，從而得出盾構姿態參數。隨著盾構機的往前推進，每隔規定的距離就必須進行激光站的移站。激光站的支架用角鋼和鋼板做成可以安裝在管片螺栓的托架形似, 托架的底板采用400×400×10mm鋼板，底板中心焊上儀器連接螺栓,長1�。采取強制對中，減少儀器對中誤差。托架安裝位置在隧道右側頂部不受行車的影響和破壞的地方。安裝時，用水平尺大致調平托架底板后，將其固定好，然后可以安裝前視棱鏡或儀器。托架示意圖如圖1：
一般在后視靶托架即將脫出盾構機最后一節臺車后進行，這樣就可以直接站在盾構機上移站，不需要搭樓梯。把前視棱鏡安裝在后視托架后，測量出棱鏡中心到托架底板的高程，然后直接從下面的測站采用極坐標測量方式測出托架的三維坐標。然后在后視靶托架上設站，前視直接采用極坐標測量方式測出激光站托架的三維坐標。然后把后視棱鏡安裝在后視靶托架上，把激光全站儀安裝在激光站托架上整平，把黃盒子固定好，給全站儀接上電源，手動把全站儀瞄準后視棱鏡，瞄準的精度在±10�左右，然后把全站儀電源關閉。接著在主空室里，啟動SLS-T，按“編輯器―F2”進入編輯器窗口，進入激光站編輯窗口，輸入激光全站儀中心和后視靶棱鏡中心的三維坐標。按“保存”鍵保存，然后關閉編輯器窗口。再按“定位―F5”鍵，給激光全站儀定位。定位完成后，再按“方位檢查―F5”鍵，檢查激光站和后視棱鏡的坐標有沒有錯誤。如果超限，將會顯示差值，如果不超限，那么將不顯示。最后再按“推進―F4”就完成了激光站的人工移站的全過程。
1.2.2 光站自動移站
VMT導向軟件SLS―T有激光站自動移站功能，移站的過程除了托架和全站儀及后視棱鏡的安裝，其它測量工作都可以通過此功能完成。
操作流程為：
程序的啟動及后續測量工作在主控室進行。此時SLS-T軟件處于“管片拼裝”狀態，按功能鍵F3，關閉測量后，通過功能鍵“激光站移站―F6”來啟動程序。在初始窗口中，按下按鈕“測量開始―F2”，啟動方位檢測程序。方位檢測被成功的執行后，顯示檢測結果，在得到理想的結果后，按下F2確認后方位檢測的結果。在測定新激光站點坐標前，事先在信息輸入窗口中輸入如下信息：水平與垂直方向上偏移的近似值及新激光站點的大致里程;當前棱鏡的高度及儀器的高度;新站點的點位編碼。在信息輸入窗口下，按下F2鍵啟動程序。全站儀自動搜索到前視棱鏡(即新激光站點)后，自動瞄準棱鏡進行測量。屏幕顯示計算出來的新激光站點坐標。在測定新激光站坐標時，為避免獲得錯誤的數據，須遮蓋住其他的反射棱鏡。新激光站點的坐標測定后，將全站儀和后視棱鏡轉移到新的位置。全站儀和后視棱鏡轉移到新的位置后，主控室按功能鍵F2進行確認，新的信息窗口會顯示新激光站點三維坐標，然后將新激光站點上的全站儀手動轉向新的后視點即原先的激光站，按下F2，重新調整定位全站儀上的刻度。成功執行上述的步驟后，出現一新的信息窗口。通過按下F2功能鍵完成激光站移站程序。
1.3 導向系統維護與檢修
1.3.1 ELS靶：
1.由于ELS靶的安裝位置附近有注漿管，在注漿的過程中很容易被人碰到，而前面板是玻璃作成的，容易被破壞特別是ELS棱鏡更是容易被工人碰動，在沒有對ELS靶進行保護之前，我們的ELS棱鏡曾多次被工人碰掉，對掘進造成不小影響。后來我們在ELS靶的四周用4塊木板保護起來后，就再也沒有人碰掉ELS棱鏡了;2.ELS靶前面板保護屏要經常擦干凈，防止激光接收靶接收的信號太弱;3. ELS靶附近不能有強光，強光會使VMT姿態顯示不正常。
1.3.2電纜：
在前期我們按常規安裝好導向系統傳輸電纜卷后，在盾構機向前推進的過程中，經常把傳輸電纜拉斷。嚴重的時候，甚至把激光站托架都拉動，把黃盒子拉掉，還威脅到激光全站儀的安全，極大地破壞了導向系統。為了克服這個問題，我們采用了三種辦法。1.把在導向系統的傳輸電纜卷安裝在激光站的前面，這樣盾構機推進時，電纜一直是順著拉;2.在盾構機電纜經過的地方用安全網覆蓋，把盾構機上的各個突起物蓋住，防止勾斷電纜;3.通過加強平時的巡視，經常整理傳輸電纜。通過以上辦法后，電纜再也沒有被拉斷過。
1.3.3 激光站和黃盒子：
(1)在始發時，由于激光站托架是安裝在豎井里面，激光全站儀和黃盒子容易被雨水淋濕，一定要加以保護。2.在隧道里面時，由于工人沖洗管片時，容易被水澆濕，需要經常提醒掘進工人。激光全站儀和黃盒子要經常擦干凈、涼干。
2 盾構姿態人工復測
在盾構施工的過程中，為了保證導向系統的正確性和可靠性，在盾構機掘進一定的長度或時間之后，應通過洞內的獨立導線獨立的檢測盾構機的姿態，即進行盾構姿態的人工檢測。
為了大家能更好的理解后面的內容，在介紹盾構姿態人工檢測前，先簡單介紹一下盾構施工中所用到的坐標系統。
2.1 盾構施工坐標系統：
2.1.1 全球坐標系統
整個工地的測量都與這個坐標系統有關,工地負責將有關點的坐標(全球坐標系統)提供給VMT.這包括DTA的數據,激光站、后視靶的坐標數據。
2.1.2 DTA坐標系
DTA坐標系是盾構施工坐標系統，它是以線路設計中線為參照的一種三維坐標。只要將盾構始發站開始的線路設計資料輸入，掘進中任意點里程點的平面坐標和高程，以及線路的平面、縱剖面狀態，通過計算機處理后，均為已知并可顯示出來。盾構機掘進中某一時刻的里程位置，則是通過設置在導線點上的激光自動全站儀、自動跟蹤盾構機上的光靶進行測量獲取的。
2.1.3 TBM坐標系
TBM坐標系是盾構機本身的一種局部坐標系統，它主要用來檢測盾構機的姿態，也是三維坐標。
2.2 盾構機參考點的布置
在進行盾構機組裝時，VMT公司的測量工程師就已經在盾體上布置了盾構姿態測量的參考點(共21個)，并精確的測定了各參考點在TBM坐標系中的三維坐標。我們在進行盾構姿態的人工檢測時，可以直接利用VMT公司提供的相關數據來進行計算。
2.3 盾構機參考點的坐標(S267盾構機)
2.TBM坐標系以盾體中軸線為X軸，X軸的水平法線為Y軸，垂直法線為Z軸。
3.盾體前參考點坐標(0，0，0)，后參考點(0，-3.9491，0)
2.4 盾構機參考點的測量
盾構姿態人工檢測的測站位置選在盾構機第一節臺車的連接橋上,此處通視條件非常理想,而且很好架設全站儀。只要在連接橋上的中部焊上一個全站儀的連接螺栓就可以了。測量時，應根據現場條件盡量使所選參考點之間連線距離大一些，以保證計算時的精度，最好保證左、中、右各測量一兩個點，這樣就可以提高測量計算的精度。例如在我們在選擇S267盾構機的參考點時，即是選擇的1、10、21三點作為盾構姿態人工檢測的參考點。
2.5 盾構姿態的計算
2.5.1 盾構姿態的計算原理
盾構機作為一個近似的圓柱體，在開挖掘進過程中我們不能直接測量其刀盤的中心坐標，只能用間接法來推算出刀盤中心的坐標。
如圖A點是盾構機刀盤中心，E是盾構機中體斷面的中心點，即AE連線為盾構機的中心軸線，由A、B、C、D、四點構成一個四面體，測量出B、C、D 三個角點的三維坐標(xi, yi, zi),根據三個點的三維坐標(xi, yi, zi)分別計算出LAB, LAC, LAD, LBC, LBD, LCD, 四面體中的六條邊長，作為以后計算的初始值，在盾構機掘進過程中Li是不變的常量，通過對B、C、D三點的三維坐標測量來計算出A點的三維坐標。同理，B、C、D、E四點也構成一個四面體，相應地求得E 點的三維坐標。由A、E兩點的三維坐標和盾構機的絞折角就能計算出盾構機刀盤中心的水平偏航，垂直偏航，由B、C、D三點的三維坐標就能確定盾構機的扭轉角度，從而達到檢測盾構機的目的。
2.5.2 通過COORD坐標轉換軟件來推算盾構姿態
此方法在外業作業時，只需測得任意三點的坐標，把實測的三點當成是公共點，利用COORD軟件，可以方便快捷地推算出前后參考點的三維坐標，解算出前、后參考點的三維坐標后，與盾構機所在里程的線路設計坐標相比較，其差值為 ，可獲得如下資料：
同理可得盾體后參考點的水平及垂直偏差值
盾構機的坡度= ( 為盾體前后參考點連線長度)。
3 管環檢測
3.1 管環測量概述
由于在盾構掘進過程中，剛拼裝的管環還沒有來得及注入雙液漿加固，因此還不穩定，經常發生管環位移現象。為了防止管環的侵限，我們首先是提高控制測量的精度，其次是提高導向系統的精度，最后就是通過每天的管環測量，實測出管環的位移趨勢，采取措施盡量減小位移量。
3.2 管環測量方法
根據管環的內徑是2.7米, 采用鋁合金制作一鋁合金尺,鋁合金尺長3.8米(可根據實際情況調整長度)。在鋁合金尺正中央，貼上一個反射貼片。根據管環、鋁合金尺、反射貼片的尺寸，就可以計算出實際上的管環中心與鋁合金尺上反射貼片中心的高差。測量時，首先用水平尺把鋁合金尺精確整平，然后用全站儀測量出鋁合金尺上反射貼片中心的三維坐標，就可以推算出實際的管環中心的三維坐標。
3.3 管環姿態計算
管環測量設站時，建立一個管環檢測作業“GHJC”，把管環檢測數據都存儲在這個作業里。回到辦公室后，將實測數據下載到電腦，導入EXCEL里面，編輯成如下格式。
表中第1列是管環號，第2列Y值，第3列是X值，第4列是點的絕對高程Z值。接著在EXCLE里，把上面表格數據編輯成如下表：
接著把上面表格中的數據復制到記事本程序里面，保存。文件的后綴名必須是.SCR，如“管環檢測外業數據.SCR”。這樣就把管環檢測的外業數據編輯成了CAD的畫點腳本文件。通過CAD的腳本功能，就很方便快節地在CAD里面把點畫出來。
打開AutoCAD，在模型狀態下，打開菜單欄的“工具(T)”選項，在下拉子菜單中選擇“運行腳本(R…)”，或者在命令行中輸入“.SCR”，兩種方式都是運行腳本，AutoCAD便查找腳本文件。操作者找到要調用的腳本文件 “管環檢測外業數據.SCR” 后，直接打開它。AutoCAD 便自動把點畫出來了。
點位畫出來后，就可以在CAD里直接量出管環的水平和垂直姿態了。通過以上管環的測量和計算方法，解決了管環檢測數據量大，計算難，測量時間長的問題。大大提高管環檢測的效率和準確度。
4 結束語
由于盾構機上的VMT導向系統必須有控制測量的支持才能運作，所以控制測量還是盾構隧道測量的基礎。為了保證隧道的順利貫通，我們首先要做好控制測量，然后就是保證導向系統的正常運行，定期對盾構姿態進行人工檢測，保證導向系統的正確可靠。加強管環姿態檢測，及時發現管環的位移趨勢，防止管環安裝侵限。加強管環姿態的檢測同時也是對導向系統的復核。由于筆者才疏學淺，文中難免有不周全之處，懇請各位提出批評與建議。
參考文獻
[1]TBM制導系統SLS-T用戶操作手冊@2003 VMT Gmbh
[2]地下鐵道、輕軌交通工程測量規范 首都規劃建設委員會辦公室 中國計劃出版社 2000年版
看了“盾構施工技術論文”的人還看：
1.地鐵施工技術論文