机械工程师论文发表--盾构机过小曲率半径的姿态控制及纠偏技术(2)

　　4) 土仓压力对盾构机姿态的影响

　　土仓压力是盾构机掘进过程中最重要的参数之一，当土仓压力低于设定压力时，可能会导致掌子面塌陷;若土仓压力大于设定压力时，则会引起刀盘扭矩或推力的增大、刀盘启动扭距超限，掘进速度下降，增加泥饼形成的几率等，所以，设置合理的土仓压力对于盾构掘进顺利的进行是相当关键的。除此之外，保持适当的土仓压力可以为盾构机在掘进过程中提供适当的反推力，这种反推力将使盾构机姿态向良好的方向发展。

　　5) 刀盘转速及扭矩对盾构机姿态的影响

　　刀盘的转速要满足的条件便是与掌子面的充分切削，基本操作原则是黏土层用低转速，硬岩用高转速，同时注意推力的调整，以提高或降低刀盘对土体的惯入度。如过在硬岩中掘进时掘进速度过快或刀盘转速设置过低都将使刀盘扭矩大大增加，这将使得盾构机的滚动加剧，严重时将会引起管片滚动甚至盾构机机体滚动，造成事故。

　　2、 盾构机姿态调整与方向控制的注意事项

　　盾构机偏离设计轴线时必须要进行纠偏，纠偏必须有计划有步骤的进行，切忌一出现偏差就猛纠猛调，具体措施如下：

　　1) 盾构机在每环掘进过程中应尽量使盾构机姿态变化控制在±5mm以内。一旦趋势变化量超过±2mm/m就需及时进行纠偏，以免造成较大的趋势变化量，不利于纠偏的进行。

　　2) 应根据各段地质条件的不同合理的对掘进参数进行调整。

　　3) 合理的选取管片，避免人为因素对盾构机姿态造成过大影响。提高管片拼装质量，避免因此而引起的对盾构机姿态的调整。

　　4) 在掘进过程中时刻注意滚动角的变化，并及时调整刀盘的转动方向，使其值减少。切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，速度过快可能造成管片受力状态突变，而使管片损坏。刀盘应低速启动后，再逐渐增大达到预定的转速。

　　5) 在纠偏过程中，掘进速度要放慢，油缸分区压力差不应过大，否则管片因偏压将可能产生错台或者破裂。

　　6) 每环铰接油缸行程差调节量不得过大，一般不宜大于10mm。

　　3、 盾构机纠偏的实现步骤

　　在实际操作过程中我们发现在盾构机偏离中心轴线后实施纠偏过程中会呈现出以下几个步骤：

　　1) 继续偏离中心轴线阶段

　　从我们认识到盾构机偏离中心轴线开始纠偏的那刻起，盾构机还会继续偏离中心轴线一段距离，但其偏移方式一般为整机偏移，具体表现方式为盾构机刀盘偏差与盾尾偏差之差的绝对值基本为一恒定值。在该阶段掘进时盾构司机切忌心浮气躁，不得急纠偏，否则会造成管片错台，开裂等不良后果。

　　2) 小摆头，大摆尾阶段

　　当盾构机继续偏移到一定程度后刀盘偏差将稳定在一个范围内，盾尾快速向刀盘方向靠拢，其具体表现形式为刀盘偏差小幅度变化，且刀盘偏差与盾尾偏差之差的绝对值逐渐减小并趋近于0。此时即为在各种纠偏措施的共同作用下，盾构机主机的趋势已经改善，盾构机主机趋势逐渐设计轴线趋于平行。

　　3) 大摆头，小摆尾阶段

　　当盾构机主机趋势逐渐与设计轴线拟合或与设计轴线趋于平行时，用于纠偏一侧的油缸的有效推力将逐渐增加，推力损失大幅度减少，这样将大大利于盾构机主机趋势向更有利的方向发展。其主要表现形式是盾尾偏差小幅度变化，刀盘偏差向设计轴线快速靠拢。盾构机刀盘偏差与盾尾偏差之差的绝对值将逐渐增大。一般当盾构机刀盘处中心轴线与隧道设计轴线重合时我们还应继续纠偏，使盾构机进入小曲率段的内圆约2cm处。如左转弯时我们应尽量使盾构机偏差保持在-20mm处掘进;而右转弯时则应使盾构机偏差保持在+20mm处掘进。当纠偏处于该阶段时应特别注意刀盘偏差的控制，每环变化量不得过大，一般不宜超过8mm。如果前点变化过大, 使得一侧的土严重超挖, 并使土的内聚力增加, 另一侧出现很大空隙, 而这个空隙暂时是无法添充的, 当盾构机停止掘进时, 由于一侧的内力释放, 就会使得前点向另一侧偏移,掘进时姿态会再次出现偏移。当盾构机中心线进入小曲率段的内圆后约2cm处时纠偏已基本结束，此时需要做的就是稳定这个姿态，使盾构机保持这个姿态继续前行。

　　五、结论

　　在采取了上文所诉的一系列技术措施后整条隧道轴线均控制在-50～50mm范围之内。总之，为使盾构机顺利通过小半径曲线，要深入现场，仔细观察盾构掘进中的各参数，总结参数之间的相互联系，不断探索行之有效的操作方法，才能攻克难关，保证隧道的顺利贯通。

　　参考文献：

　　[1]周文波.盾构法隧道施工技术及应用[M].北京: 中国建筑工业出版社,2004.

　　[2]董宇.浅析盾构机过小半径曲线段的操作与纠偏[J].科技资讯，2009.

　　[3]竺维彬，鞠世健等.复合地层中的盾构施工技术[M].北京：中国科学技术出版社,2005.

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