機械工程師論文發表盾構機過小曲率半徑的姿態控制及糾偏技術

　　由于盾構機是一種很笨重的機具，盾構施工中一個很重要的技術要求就是控制盾構掘進姿態符合設計線路，故盾構機掘進方向的控制是盾構法施工中一個非常重要的環節。而小半徑轉彎更是盾構施工技術控制的一個難題，小半徑轉彎會對盾構操作及糾偏帶來諸多的難題。下面就以廣佛地鐵12標西鶴段350m 半徑轉彎為例，分析一下小半徑轉彎盾構機操作與糾偏的方法。

　　《化工設備與管道》是經國家科學技術部批準出版的專業技術期刊，創刊于1964年，曾用名《化工設備簡訊》、《化工設備設計》，是國內同類期刊中歷史最為悠久的知名期刊之一，曾多次獲得上海市、原化工部、中國石油和化學工業協會等多項部省級榮譽與獎勵。

　　一、工程概況

　　珠江三角洲城際快速軌道交通廣州至佛山段項目施工12標西朗站～鶴洞站盾構區間土建工程地處廣州市市區的西南，荔灣區鶴洞路上方。西鶴區間起止里程為YCK20+726.368～ YCK21+390.603m，線路總長664.435m，線路由2段直線和2段曲線構成，曲線半徑分別為350m和450m。該區間隧道全部在鶴洞路下穿越，道路兩側建筑物較多。由于盾構主要在鶴洞路下穿越,區間隧道正上方建筑物僅有4棟。根據地質勘察報告，對于盾構機通過的地層情況，兩個區間左右線隧道主要穿越的地層為〈7〉〈8〉〈9〉層為主，隧道覆土部分主要為〈1〉、〈2-1〉、< 6 >號地層，隧道頂部主要位于〈7〉強風化巖層、〈8〉中風化巖層、〈9〉微風化巖層，隧道底板主要位于〈7〉強風化巖層、〈8〉中風化巖層、〈9〉微風化巖層。

　　二、導向系統簡介

　　盾構機采用PPS激光自動導向系統和人工測量輔助進行盾構姿態監測。自動導向系統主要由激光經緯儀、激光靶、控制箱、計算機、盾構掘進軟件及其它配套硬件和軟件組成。

　　隨著盾構機推進導向系統后視基準點需要前移，必須通過人工測量來進行精確定位，保證推進方向的準確可靠。為此，必須根據盾構機掘進的速度，適時進行后視基準點的移站，保證導向系統的正常工作;每周進行不少于兩次人工測量，以校核自動導向系統實測數據并復核盾構機的位置、姿態，確保盾構機掘進方向的正確。

　　三、盾構操作方向控制

　　滾動控制：采用使盾構刀盤反轉的方法，糾正滾動偏差。允許滾動偏差≤±3°，當超過3°時，盾構機報警，提示操縱者必須切換刀盤旋轉方向，進行反轉糾偏。

　　豎直方向控制：控制盾構機方向的主要因素是千斤頂的單側推力，它與盾構機姿態變化量間的關系非常離散，主要靠人的經驗來掌握。當盾構機出現下俯時，可加大下側千斤頂的推力，當盾構機出現上仰時，可加大上側千斤頂的推力來進行糾偏。

　　水平方向控制：與豎直方向糾偏的原理一樣，左偏時加大左側千斤頂的推進壓力，右偏時則加大右側千斤頂的推進壓力等來進行調整，使盾構沿著設計平面線路方向掘進。

　　四、小曲率半徑盾構掘進姿態調整與糾偏

　　在實際施工中，由于管片選型錯誤、盾構機司機操作失誤等原因盾構機推進方向可能會偏離設計軸線并超過管理警戒值;在穩定地層中掘進，因地層提供的滾動阻力小，可能會產生盾體滾動偏差;在線路變坡段或急彎段掘進過中，有可能產生較大的偏差，這時程就要及時調整盾構機姿態、糾正偏差。在小半徑曲線段，由于盾構機本身為直線形剛體，不能與曲線完全擬和。以致盾構機操縱及糾偏受更多技術參數的制約，而怎樣合理地把這些參數科學的統一起來，是影響盾構機順利通過小半徑曲線的關鍵，下面就這些參數對盾構機操作與糾偏的影響進行闡述。

　　1、盾構機掘進過程中各參數對盾構姿態的影響

　　1) 油缸分區壓力差對盾構機姿態的影響

　　在盾構機通過小曲率半徑施工過程中時常會出現一側推力比另一側大而推進油缸的速度卻是推力小的一側比推力大的一側的要快，這時很明顯盾構機的趨勢會向推力較大的一側偏移，即盾構機向設計軸線相反方向偏移。這就說明盾構機油缸分區壓力差不夠，繼續增加該側壓力增大壓力差至合理數值該現象即可解決。

　　2) 鉸接油缸行程差對盾構機姿態的影響

　　在盾構機過小曲率半徑施工過程中預設合理的鉸接油缸行程行程差是最重要的控制盾構機姿態和進行糾偏的手段之一。曲線施工盾構機通常會經歷以下個階段：直線段-直緩段-圓曲率段-緩直段-直線段，隨著盾構機進入不同的階段鉸接油缸的行程差也應相應的做出改變。如盾構機在直緩段時應逐步增大鉸接油缸行程差以使盾構機姿態與設計曲線相吻合;盾構機在圓曲率段時只需保持適當的鉸接油缸行程差并根據實際情況微量調整即可;盾構機在緩直段時則需逐步減小鉸接油缸行程差。在實際施工過程中我們可以根據隧道在在該段的曲率半徑并結合盾構機鉸接油缸的相關尺寸計算得出相應的鉸接油缸行程差預設值。在操作過程中我們通常應使鉸接油缸預設值略大于計算值，這樣可使盾構機沿曲率方向的內圓前進，有利于盾構機姿態控制及糾偏的進行。

　　3) 掘進速度對盾構機姿態的影響

　　在實際操作過程中我們發現過快的掘進速度不利于盾構機在小曲率段的掘進，盾構機的姿態及糾偏都難于控制?？偟膩碚f，盾構機過小半徑曲線時要慢行，掘進速度嚴格控制在15～25mm/min 范圍內，太快和太慢都不利于盾構機的操作與糾偏。特別值得一提的是，盾構機在掘進過程中不要走走停停，要做到掘進的連續性，緩慢連續糾偏。