地鐵盾構(gòu)施工中盾構(gòu)姿態(tài)的控制方法

張敬博 韓增虎

（1.楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院， 陜西 西安 712100）

（2.河北津西鋼板樁型鋼科技有限公司， 河北 唐山 063000）

0 引言

縱觀目前我國工業(yè)發(fā)展的速度來看，發(fā)展趨勢呈不斷上升遞增的。在人們生活質(zhì)量高要求的大背景下，交通工具的進(jìn)化也蒙受著時代的考量。從以前簡單的自行車作為代步工具，再到后來電子化信息時代下的運輸普及，地鐵也就因此應(yīng)運而生了。相比較于公交車，地鐵更為迅速快捷，并且占有獨立的通道，不受堵車等因素的影響。相比較于私家車，地鐵的票價更為適宜，便于多數(shù)人接受。由此，地鐵已然成為廣大交通工具中絕對普遍和受歡迎的一種。而地鐵工程的構(gòu)建中，盾構(gòu)機(jī)占有不可或缺的位置。在盾構(gòu)機(jī)的施工技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程來看，早在20世紀(jì)中旬就已經(jīng)產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍。本文就針對地鐵施工中的盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的控制方法這一主題進(jìn)行深入的研究。

1 盾構(gòu)機(jī)的基本工作原理

千斤頂?shù)南蚯巴屏κ嵌軜?gòu)機(jī)主要的工作原理。盾構(gòu)機(jī)實際的工作區(qū)位主要分布在上下左右四個方向。每個區(qū)位的千斤頂都是獨立構(gòu)造的個體，并且在設(shè)定過程總能夠頂住壓力操作同時運行,如圖一所示。要想實現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的線性管理，不僅需要調(diào)整盾構(gòu)機(jī)的方位及姿態(tài)，還要結(jié)合相應(yīng)的地質(zhì)條件作出正確的推斷，其中考慮地下土層的多變性以及土壓力的不均衡性等等。需要特殊注意的是，盾構(gòu)機(jī)的理論軸線要區(qū)別于實際的推進(jìn)軸線，切忌不能發(fā)生重疊或吻合等情況。

2 影響盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制的因素

姿態(tài)構(gòu)建，作為地鐵隧道工程中經(jīng)常出現(xiàn)的盾構(gòu)施工方法，主要以盾構(gòu)機(jī)的主要設(shè)計軸線或是人工測量后的數(shù)據(jù)作為姿態(tài)的判別。從概念上解釋的分布來看，盾構(gòu)機(jī)在姿態(tài)控制的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)方向偏差。方向偏差具有兩個種類，分別分水平方向偏差和垂直方向偏差。這其中所涉及的參數(shù)偏差多半是由掘進(jìn)方向上盾構(gòu)千斤頂不同方位的推進(jìn)所影響。由此一來，便會形成摩擦力的阻礙。在盾構(gòu)表面和地層之間形成的不均衡壓力都會造成不同程度的偏差。究其方向偏差引起的原因來看，主要分為兩個方面，一方面是地層分界面的起伏程度過大，另一方面是掌子面的軟硬程度。而產(chǎn)生偏差的主要影響因素有以下幾點：

首先是土質(zhì)本身的因素：因為地層土質(zhì)的軟硬程度不同，可能會出現(xiàn)左邊土質(zhì)比較松軟而右邊土質(zhì)卻比較硬實的這一類情況，所以在盾構(gòu)機(jī)切削土質(zhì)時，就要求千斤頂向較為硬實的土質(zhì)調(diào)整。

其次的因素：是定位精準(zhǔn)的始發(fā)基座。在開始工作前，盾構(gòu)機(jī)是安置于始發(fā)基座上的，換句話說就是：在工作之前的盾構(gòu)機(jī)其盾構(gòu)姿態(tài)和起始坐標(biāo)的始發(fā)基座是密切相關(guān)的聯(lián)系的。因此，在真正開始工作之前，必須要保證始發(fā)基座能夠被精準(zhǔn)的確定下其起始位置，只有如此，才能使盾構(gòu)姿態(tài)被控制住，進(jìn)而讓盾構(gòu)機(jī)實際工程中的中心線與設(shè)計軸線沒有偏差。

而第三個方面的因素則是：操作盾構(gòu)機(jī)工作者高超的技術(shù)水平。操作員能不能控制好盾構(gòu)機(jī)的盾構(gòu)姿態(tài)取決于操縱盾構(gòu)機(jī)進(jìn)行工作的技術(shù)是否達(dá)到穩(wěn)、準(zhǔn)、狠，畢竟盾構(gòu)機(jī)的工作方向就握在操作員的手中。操作員在操縱盾構(gòu)機(jī)時還需要注意其運行狀態(tài)是否正確，如果發(fā)現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)的運行路線與設(shè)計的路線不一樣時，就需要及時調(diào)整運盾構(gòu)機(jī)的運行，每一個區(qū)位里千斤頂?shù)挠蛪壕褪切枰{(diào)整的具體措施。

最后一個因素：則為盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制中的管片姿態(tài)。就隧道位置來看，盾構(gòu)機(jī)的運行通常處于隧道的內(nèi)部，因此管片的安裝位置就要確立在盾尾的鋼殼內(nèi)部處。倘若管片在運行過程中與實際的路線存在偏離，再或者遠(yuǎn)離設(shè)計軸線等情況出現(xiàn)的話，就要及時制定出改進(jìn)和補(bǔ)救的措施。不然將會影響到隧道實際中線的確立。由此可見，管片的安裝與盾構(gòu)機(jī)的操作是密不可分的。也可以理解為管片的軸線設(shè)計是等同于盾構(gòu)機(jī)軸線設(shè)計的。

3 地鐵盾構(gòu)施工中盾構(gòu)姿態(tài)的控制方法

3.1 盾構(gòu)機(jī)切口位置控制

依靠調(diào)整每一個區(qū)位上的千斤頂?shù)耐七M(jìn)壓力大小從而控制住普通盾構(gòu)機(jī)的切削切口的位置。在施工過程中的盾構(gòu)機(jī)，如果遇到的的是直線線段，其切削切口就是以實際軸線當(dāng)作中心線的位置，實際軸線左右兩側(cè)的偏移范圍要控制在10毫米以內(nèi)；假若盾構(gòu)姿態(tài)很難控制，盾構(gòu)機(jī)操作員是能夠操縱盾構(gòu)機(jī)拓寬切削切口的位置的，允許拓寬的范圍在：以實際軸線當(dāng)作中心線的左右兩側(cè)的偏移范圍要控制在20毫米以內(nèi)，當(dāng)然前提條件是在允許的情況下才能這么做。如果遇到的是坡度線段或者是曲線線段時，盾構(gòu)機(jī)操作員需要做的事主要由兩個方面：一個是對切削切口的位置進(jìn)行提前預(yù)算的位置數(shù)據(jù)處理；另外一個是盾構(gòu)機(jī)操作員對需要控制盾構(gòu)機(jī)切削切口的位置的合理化之前需要調(diào)整每一個區(qū)位的千斤頂，讓推進(jìn)壓力的大小達(dá)到準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

3.2 盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)姿態(tài)控制技術(shù)

因為地層土質(zhì)軟硬程度不一樣，盾構(gòu)機(jī)操作員一定要嚴(yán)格控制水平方向上的偏差跟垂直方向上的偏差維持在允許范圍內(nèi)，尤其是在地質(zhì)比較松軟的土層施工時的盾構(gòu)機(jī)，只有這樣做才能防止行進(jìn)路線受地質(zhì)影響而出現(xiàn)的變形。此外，在土層比較松軟的地方進(jìn)行施工的盾構(gòu)機(jī)，操作員還需要注意的兩個方面：第一個方面是，在地層中掘進(jìn)時操作員加入少許的添加劑，這樣做的原因是，起到把盾構(gòu)機(jī)的盾構(gòu)掘進(jìn)效率提高到一定程度上的作用；另外一個方面就是：盾構(gòu)機(jī)操作員能夠充分利用漿料把存在縫隙的管片背面給填充上。

巖層的物理性質(zhì)同樣也是不均衡分布的；可能出現(xiàn)這一邊質(zhì)地較為柔軟，但另外一邊卻是硬實的質(zhì)地這一類情況。因此，盾構(gòu)機(jī)操作員很難精準(zhǔn)地控制盾構(gòu)機(jī)在巖層掘進(jìn)時對盾構(gòu)機(jī)的前行姿態(tài)。理所當(dāng)然的，就要面臨在巖層施工的過程中盾構(gòu)機(jī)可能會出現(xiàn)的以下這些問題：首先可能是管片碎裂；其次可能是不太穩(wěn)定的盾構(gòu)機(jī)造成快慢程度不一的掘進(jìn)速度；第三個就是盾構(gòu)機(jī)尾部的管片很難脫離。面對這些問題對應(yīng)的具體措施有兩個：一是要時刻注意盾構(gòu)機(jī)的盾構(gòu)姿態(tài)數(shù)據(jù)；另一個是對兩個千斤頂之間鉸接的行程及時的進(jìn)行調(diào)整。

4 結(jié)語

針對于隧道工程建設(shè)投入力度的不斷擴(kuò)充和發(fā)展，近幾年地鐵工程也隨之蓬勃建設(shè)起來。而盾構(gòu)姿態(tài)的控制在地鐵施工工程中就占有極其重要的位置。由此可見，在地鐵施工的具體過程中，相關(guān)工作人員應(yīng)該從多方面酌情入手。要確保在優(yōu)質(zhì)管理隧道過程的同時隨時觀察盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的發(fā)展變化。

總的來說，需要徹實落入的工作內(nèi)容和方向還有很多。伴隨盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制的具體發(fā)展策略，地鐵工程建設(shè)的相關(guān)人員仍舊要對此進(jìn)行更為深入的學(xué)習(xí)和研究，在實際操作的方向上持續(xù)努力。