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盾构姿态控制及同步注浆技术章龙管中铁隧道股份有限公司1盾构姿态控制1.1姿态控制目标：目标：地铁隧道施工规范要求盾构姿态的最大偏差：水平：±50mm高程：±50mm1盾构姿态控制1.1姿态控制目标：纠偏原则：（1）偏离量增加之前及早修正（2）勤纠、量小。（3）遵循偏离量的管理值和允许值（4）确保管片质量和盾尾间隙1盾构姿态控制1.2姿态控制基准：管理基准：定为最大允许偏差的60％，及达到上限时必须纠偏。具体项目如下：水平和高程均为±30mm趋势大于1％。盾尾间隙过小于50mm时（海瑞克盾构）1盾构姿态控制1.3最大单次纠偏量的确定掘进每环（1.5米）水平和高程变化量±6mm趋势变化小于0.3％1盾构姿态控制1.4纠偏主要方法：（1）改变分区千斤顶压力a、滚动纠偏：采用刀盘反转的方法进行滚动纠偏。b、竖直方向纠偏：盾构机抬头时，可加大上部千斤顶的推度进行纠偏；盾构机叩头时，可加大下部千斤顶的推度进行纠偏。c、水平方向纠偏：向左偏时，加大左侧千斤顶推度；向右偏时，加大右侧千斤顶推度。（2）管片合理选型，拼装转弯环1盾构姿态控制1.5辅助纠偏措施（1）单侧注浆（2）铰接装置的利用1盾构姿态控制1.6小半径曲线掘进姿态控制1.6.1难点分析：（1）掘进时隧道轴线控制难度大、纠偏困难盾构机本身为直线形刚体，不能和曲线完全拟合。曲线半径越小，掘进时左、右两侧油缸形成的压力差越大，造成管片受力不均匀，轴线控制和纠偏难度增大。1盾构姿态控制（2）管片容易在水平力作用下发生较大的位移，造成管片侵限现象隧道管片衬砌轴线因推进水平分力而向曲线外侧偏移，如图在小半径曲线隧道中盾构机每掘进一环，由于管片端面与该处轴线产生夹角，在千斤顶的推力作用下产生一个水平分力，使管环脱出盾尾后，受到侧向分力的影响而向曲线外侧偏移。1盾构姿态控制（3）管片之间易发生错台。管片易产生开裂和破损，严重者漏水管片存在一个水平方向的受力，不但会使整段隧道衬砌管片发生水平偏移（即前面所叙的侵限现象），还会导致管片之间发生相对位移，形成错台。由于管片的特殊受力状态，管片与管片之间存在着斜向应力，使得前方管片内侧角和后方管片外侧角形成两个薄弱点如下图，使得相当多的管片因此破裂。还有一个破裂原因就是因为相邻两环管片产生了相对位移，使得管片螺栓对其附近处混凝土产生剪切作用，使该处的混凝土开裂。过小半径曲线段漏水现象严重的原因大致如下：①管片错台导致止水胶条衔接不紧密；②拼装效果不好和止水胶条的破坏；③管环外侧的混凝土开裂（转弯段因盾尾间隙减小过多，使得管片被盾尾钢环刮坏）。1盾构姿态控制1盾构姿态控制1.6.2解决措施小半径转弯的姿态控制，主要从盾构设备（铰接装置）、管片选型和拼装等方面来解决，特别是同步注浆和二次双液注浆相结合，及时填充围岩空隙保证土体稳定，保证小半径圆曲线段成型管片不出现侧向移动。（1）纠偏与隧道轴线控制①合理利用盾尾铰接油缸，缓解盾构曲线调整；②掌握好左右两侧油缸的推力差，尽量地减小整体推力，实现慢速急转；1盾构姿态控制③盾构司机根据地质情况和线路走向趋势，使盾构机提前进入相应地预备姿态，减少之后的因不良姿态引起的纠偏。④加密加勤VMT移站测量，避免由此产生的轴线误差。⑤根据曲线的特点做好管片选型。⑥为防止盾构机抬头以及管片上浮及向圆曲线外侧移动，通过VMT系统调整盾构机姿态为：垂直方向控制在-30～-40mm之间，水平视平方向应控制在0～+15mm之间。根据管片监测情况，如管片上浮量较大，则垂直偏差可调整为-40～-50mm之间。同时应加密VMT移站频率，减少移站后出现的轴向偏差。激光导向系统指示图1盾构姿态控制（2）控制管片水平移动和侵限①进入缓和曲线段时，将盾构机姿态往曲线内侧（靠圆心侧）偏移15～20mm，形成反向预偏移，这样可以抵消之后管片的往曲线外侧（背圆心侧）的偏移。②减小油缸推力。在中风化泥岩地层中小半径圆曲线掘进的过程中，减小盾构推力。中风化泥岩采用半气压模式时推力可控制在700～900t；③在管片偏移的方向额外进行注浆，达到一定的压力以抵抗管片的偏移。待浆液凝固后，则管片位置基本已经确定下来了。④注浆的位置选择2点和3点手孔为宜（左转弯），不但可以抵抗管片水平偏移，还可以抵抗管片的上浮。如下图1盾构姿态控制1盾构姿态控制（3）尽量避免大的错台和破损。①油缸推力不要太大，尤其曲线外侧（背圆心侧）油缸，由于要加大推力来增加左右两侧油缸推力差，从而实现盾构机转弯。但是，在加大油缸推力的同时，一定要注意管片的承受能力，避免由此造成的管片破裂。②由于曲线外侧油缸推力较大，注意不要突然加力或者突然释放推力，这样也会造成管片的破裂。③掘进的时候，把复紧螺栓这道工序做到位，有效的防止错台的发生。④提高管片拼装手的水平，避免因拼装不到位产生的错台。⑤注意保持良好的盾尾间隙状态，避免盾尾钢环刮坏管片。调整好油缸撑靴的位置，尽量使撑靴完全作用在管片上。1盾构姿态控制（4）减少漏水。①减小错台，使止水胶条对接紧密，达到良好的止水效果。②拧紧螺栓，压紧止水胶条。③检查止水胶条，保证其完整、牢固。拼装前，用水清洗止水胶条，避免因止水胶条之间挤有杂物而影响止水效果。④注意保持好盾尾间隙，避免盾尾钢环刮坏管片，使裂隙绕过止水条而形成漏水。2、同步注浆2.1注浆目的（1）及时充填推进留下的空隙，有效地控制地表沉降；（2）加强防水、防止泥沙流入；（3）使管片外侧的土体尽快趋于稳定，防止隧道变形；2.2注浆方式掘进开始后，通过盾构机自带的同步注浆系统进行同步注浆。2、同步注浆2.3注浆材料及浆液性能2.3.2浆液要求（1）流动性好，满足泵送要求；（2）和易性，不易离析；（3）达到一定的强度；同步注浆的浆液主要有单液浆。补充注浆的浆液主要有单液浆和双液浆，一般情况下采用双液浆。2.3.1浆液类型2、同步注浆2.3注浆材料及浆液性能主要原材为：水泥、砂、粉煤灰、膨润土和水。材料要求见下表：2.3.3注浆材料水泥普通硅酸盐水泥42.5粉煤灰一般二级膨润土95％通过200目筛，膨率18—20ml/g砂细砂，通过5mm筛孔水生活用水外掺剂2、同步注浆2.3注浆材料及浆液性能典型配比2.3.4配比水泥（Kg)粉煤灰（Kg)膨润土（Kg)砂（Kg)水（Kg)石膏（Kg)12633072720480202、同步注浆2.3注浆材料及浆液性能2.3.5浆液性能项目性能标准稠度（cm）10.5~11.5初凝值16～24h泌水率≤3％抗压强度R7≥0.1MPa，R28＝0.5～1MPa比重1.75±0.52、同步注浆盾尾注浆管盾尾浆液注入范围2.4注浆方法2.4.1注浆点一般配置4个或8个（4个备用），均匀分布。2.4.1注浆时间注浆可根据需要采用手动控制方式，自动控制方式即预先设定注浆压力，由控制程序自动调整注浆速度，当注浆压力达到设定值时，自行停止注浆。手动控制方式则由人工根据掘进情况随时调整注浆流量，以防注浆速度过快，而影响注浆效果。2.4.1注浆控制方式根据盾构机推进速度，同步注浆以每循环达到总注浆量而均匀对称注入，盾构机推进开始注浆开始，推进完毕注浆结束。2、同步注浆2.5注浆控制措施2.5.1注浆压力同步注浆时要求在地层中的浆液压力大于该点的静止水压及土压力之和，做到尽量填补同时又不产生劈裂。注浆压力过大，管片周围土层将会被浆液扰动而造成后期地层沉降及隧道本身的沉降，并易造成跑浆；而注浆压力过小，浆液填充速度过慢，填充不充足，会使地表变形增大。通常同步注浆压力一般为比土压力高0.1～0.2MPa，一般为上部为0.15～0.2Mpa，下部为0.2～0.3MPa2、同步注浆2.5注浆控制措施2.5.2注浆量因地质、盾尾间隙、是否在曲线段等因素，注浆率有所不同。一般情况下，注浆率1.3～2.5，并应通过地面变形观测来调节。砂卵石地层土压平衡盾构一般为1.5，同步注浆量在6m3左右。Q=V·λ式中：Q——注入量（m3）λ——注浆率V——盾尾建筑空隙（m3）V=π（D2-d2）L/4式中：D——盾构切削土体直径（即为刀盘直径6.30m）d——管片外径（6.0m）2、同步注浆2.5注浆控制措施2.5.3注浆设备清洗每个作业班组应清洗一次注浆管路，防止长时间砂浆凝结在管壁四周堵塞管路。每天对砂浆运输罐和储存罐进行彻底清洗。2、同步注浆2.5形成的内业资料（1）拌浆记录（2）注浆记录（3）拌浆质量抽查记录2、同步注浆2.5漏浆的预防措施（1）加强姿态管理，防止单侧盾尾间隙过大（2）加强盾尾油脂的压入（3）粘贴海绵条（4）用碎布，碎纱等堵塞（5）严重时，更换盾尾刷2、同步注浆2.6同步注浆辅助功能（1）管片姿态控制防止管片上浮，采用在设备桥管片上部开孔注双浆液。在管片姿态偏差较大的一侧注浆，控制管片最终成型。（2）补强注浆当出碴过多时，通过盾尾倒数第5环时，可以利用同步注浆设备加延长注浆管，通过管片吊装孔进行二次注浆。一般可以到达盾尾处倒数4~10环。2、同步注浆2.6搅拌站设置主要设施：搅拌机、材料棚（堆场）、储浆罐、输送管路等。位置选择：一般靠近盾构井，尽量不影响门吊运行。两台盾构掘进时，考虑公用方便。设计：搅拌机上料口高出地面约20cm，便于上料，并可防水。储浆罐设置在中板，易于放料。2、同步注浆