双圆盾构转角控制的方法.pdf

一种双圆盾构转角控制的方法，属于建筑工程领域。具体如下：双圆盾构两腰各设有6～8个修正转角千斤顶，其沿盾构壳体圆周方向旋转±1°，在盾构掘进过程中，一旦盾构出现旋转，将修正千斤顶反向旋转，修正偏转；开启左盾构下部和右盾构上部千斤顶，利用单独上部或下部千斤顶，使盾构圆心位置产生扭矩，使盾构右转；利用仿形刀对相应部位的超挖，改变盾构偏转方向；利用左、右螺旋机的出土量，控制盾构转角；采用反对称的壁后注浆，修正管片转角，进一步修正盾构转角；盾构发生偏转时，对盾构单侧加压重物，实现盾构旋转。本发明适用于所有采用双圆盾构工艺施工的工程，解决了原工艺上的不足和缺陷，有效的控制盾构转角和成形隧道的转角。

1、  一种双圆盾构转角控制的方法，其特征在于，步骤具体如下：
①双圆盾构两腰各设有6～8个修正转角千斤顶，其沿盾构壳体圆周方向旋转±1°，在盾构掘进过程中，一旦盾构出现旋转，将修正千斤顶反向旋转，修正偏转；
②开启左盾构下部和右盾构上部千斤顶，利用单独上部或下部千斤顶，使盾构圆心位置产生扭矩，使盾构右转；
③利用仿形刀对相应部位的超挖，改变盾构偏转方向；
④利用左、右螺旋机的出土量，控制盾构转角；
⑤采用反对称的壁后注浆，修正管片转角，进一步修正盾构转角；
⑥盾构发生偏转时，对盾构单侧加压重物，实现盾构旋转。

2、  根据权利要求1所述的双圆盾构转角控制的方法，其特征是，在步骤①中，进一步限定为：双圆盾构机的两腰侧分别设置有8个修正转角千斤顶，盾构掘进过程中可利用修正转角千斤顶在圆周方向产生的分力来修正盾构机的偏转。

3、  根据权利要求1所述的双圆盾构转角控制的方法，其特征是，在步骤②中，应在满足盾构平面和高程姿态的前提下，进行步骤②。

4、  根据权利要求1所述的双圆盾构转角控制的方法，其特征是，在步骤④中，在保证盾构切口处地面沉降不受影响的前提下，通过扩大左右螺旋机转速的差距来调节左、右出土量。

5、  根据权利要求1所述的双圆盾构转角控制的方法，其特征是，在步骤⑤中，在盾构掘进过程中，根据管片旋转情况，向相应的管片外侧不对称压注可硬性浆液，盾构和管片右转时，同时向右隧道的下方和左隧道的上方压注浆液，修正管片转角。

6、  根据权利要求1所述的双圆盾构转角控制的方法，其特征是，在步骤⑤中，在采取措施对盾构转角进行纠偏的同时，反向壁后注浆达到同步对管片转角进行纠偏。

7、  根据权利要求1所述的双圆盾构转角控制的方法，其特征是，在步骤⑥中，盾构机单侧压重除了在盾壳内单侧压重物外，还包括推进时在盾构机单边拼装机上和单、双轨梁吊挂管片措施。

双圆盾构转角控制的方法
技术领域
本发明涉及的是一种双圆盾构转角控制工艺，特别是一种双圆盾构转角控制的方法，属于建筑工程领域。
背景技术
随着城市市政建设和轨道交通的飞速发展，地下空间的不断开发利用，有效、可发展的地下资源在大量缩减，并逐步开始制约和限制城市的规划发展。为此，对地下空间的开发利用提出了更高的要求，特别在遇两侧障碍物间距较小等特殊工况时无法采用传统的单圆型盾构进行上下行线的设计施工，如何进行工艺改进，更合理有效地布置隧道断面，在进行工程建设的同时节约地下资源、保护环境是目前面临的重要课题。双圆盾构工法自1989年在日本广岛问世以来，由于其有效节约地下空间资源，减少对周边环境的影响、降低工程造价等独到的优势已逐渐在地铁、市政、能源等工程建设中得到广泛的应用。以往的单圆盾构由于其断面形式和受力特征上始终对称于通过圆心的直线，即盾构推进过程中的一定程度的转角不会影响其结构受力和隧道的正常使用。而双圆隧道断面仅对称于水平和垂直轴，盾构过度的偏转不但会增加立柱的拼装难度，而且造成结构不对称受力影响隧道的施工质量。因此双圆盾构转角的控制是盾构施工过程中质量控制的关键环节之一。
经对现有技术的公开文献检索发现，日本刊物：隧道和地下，撰搞者石原俊造等2人，论文名称为：DOT盾构的姿态控制和近距离施工，出版年月：2003年7月，pp551～559。该文介绍：盾构推进过程中转角的控制主要通过纠转千斤顶的合理编组和仿形刀的超挖，盾构机背后注浆和盾构机单侧压重进行纠偏，而盾构机单侧压重其纠偏效果最佳。然而这项技术适用于盾构穿越的土层为N值50以上的硬质土层。在N值0～10的淤泥质软土中，其控制双圆盾构转角的措施不够完善，仅仅通过加大单侧压重量也无法克服在外载作用下容易产生流塑和土体稳定性极差的条件下满足设计要求而且其压重量很大从10t～15t，如此重物较难实现搬运。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种双圆盾构转角控制的方法。使其通过综合运用纠转千斤顶、仿形刀、左右盾构土压力控制、左右螺旋机出土量控制、壁后注浆位置调整、盾构单边压重等方法有效地控制双圆盾构穿越土层为N值0～10的淤泥质软土中其转角。
本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明通过综合运用纠偏千斤顶、仿形刀、左右螺旋机出土量控制、壁后注浆位置调整、盾构机推进千斤顶编组、盾构和隧道单边压重等方法有效地控制N值0～10的淤泥质软土中双圆盾构转角。
本发明的方法步骤具体如下：
1、双圆盾构两腰各设有6～8个修正转角千斤顶，其可沿盾构壳体圆周方向旋转±1°，在盾构掘进过程中，一旦盾构出现旋转，可将修正千斤顶反向旋转，修正偏转。
2、开启左盾构下部和右盾构上部千斤顶，利用单独上部或下部千斤顶可使盾构圆心位置产生扭矩，使盾构右转。
3、利用仿形刀对相应部位的超挖，改变盾构偏转方向。
4、利用左、右螺旋机的出土量，控制盾构转角。
5、采用反对称的壁后注浆，修正管片转角，进一步修正盾构转角。
6、盾构发生偏转时，对盾构单侧加压重物，实现盾构旋转。
以下对本发明进一步详细描述：
1、合理利用修正偏转千斤顶
在双圆盾构机的两腰侧分别设置有8个修正转角千斤顶，盾构掘进过程中可利用修正转角千斤顶在圆周方向产生的分力来修正盾构机的偏转。
在使用纠偏千斤顶时，纠转千斤顶开启数量可根据盾构旋转情况进行调节，但总体千斤顶数量可尽量多开避免造成管片碎裂，由于纠偏千斤顶的偏转是依靠一支较小的千斤顶来实现的，而纠偏时的反作用力使得纠偏千斤顶的偏转程度需进行反复多次调整。
针对管片反方向旋转则配合相应位置的壁后同步注浆确保盾构的修正效果，同时也保证了管片姿态的良好。
2、合理利用千斤顶编组
在满足盾构平面和高程姿态的前提下，利用单独上部或下部千斤顶可使盾构圆心位置产生扭矩的力学原理，可采用开启左盾构下部和右盾构上部千斤顶以达到使盾构右转的目的，反之可使盾构左转。
当然，千斤顶的开启量也不应过分少和集中，以防止管片集中受力出现碎裂。
3、利用仿形刀超挖
利用仿形刀对相应部位的超挖进行改变盾构偏转方向的方法。
4、出土量控制
利用左、右螺旋机的出土量不同达到控制盾构转角的目的。在保证盾构切口处地面沉降不受影响的前提下，通过扩大左右螺旋机转速的差距来调节左、右出土量。假定盾构向左转，则通过右螺旋机出土量增多，当然同时左部螺旋机出土量减少。
5、利用壁后注浆
此法最直接的效果是控制了管片的转角，然而由于管片转角和盾构机地转角互相牵制，控制了管片转角对控制盾构转角起到至关重要的作用。
采用反对称的壁后注浆可修正管片转角并进一步达到修正盾构转角的目的。在盾构掘进过程中，可根据管片旋转情况，向相应的管片外侧不对称压注可硬性浆液，例如：盾构和管片右转时，可同时向右隧道的下方和左隧道的上方压注浆液，以达到修正管片转角的目的。
假设在盾构推进过程中不采取反对称壁后注浆，虽然对盾构转角采取了一系列措施但由于管片转角未得到很好纠正，然而盾构转角的纠偏收效甚微。所以盾构转角纠偏的同时必须对管片也进行纠偏，两者互相限制，只有两者同时纠偏才能达到控制盾构转角的目的。
在采取措施对盾构转角进行纠偏的同时，反向壁后注浆达到同步对管片转角进行纠偏的目的。在进行壁后注浆的同时还可采取一些辅助措施来使得管片转角得到更好的控制，如若盾构和管片右转时，尽量在隧道内左线前端(靠近盾尾)摆放管片等其它重物而同时右线前端尽量不摆放管片。
6、盾构机单侧压重
此法较为简单，但也是一种实用的方法。盾构发生偏转时，对盾构单侧加压重物，实现盾构旋转。这里所指的盾构机单侧压重除了在盾壳内单侧压重物外还包括推进时在盾构机单边拼装机上和单、双轨梁吊挂管片等措施。
本发明适用于所有采用双圆盾构工艺施工的工程，解决了原工艺上的不足和缺陷，即单侧压重的重物不需要10～15t，但同时综合应用其它措施即能及时有效的控制盾构转角和成形隧道的转角并很好的保证了设备的正常工作及成形隧道的质量。本发明对于双圆盾构法施工提供了一项重要质量指标的技术保证。
具体实施方式
以某双圆盾构隧道施工为例，区间隧道全长866米，隧道断面尺寸：外尺寸：6300mm×W10900mm(外径×宽度)、内尺寸：5700mm×W10300mm(内径×宽度)，双线中心间距：4600mm；隧道覆土深度为5~12米，隧道最小平曲线R＝495米，隧道最大纵坡为28％，隧道穿越土层为砂质粉土、粘质粉土、淤泥质粘土。
在整个盾构推进过程中，盾构左、右、上、下部分所遇到的土质可能不同，推进土压力、出土量、推进速度等也会不同，必然会造成盾构机推进过程发生自身的偏转以及由偏转造成的其它一些设备状态异常和工程质量问题。
针对盾构发生的偏转问题在施工中主要采取以下措施解决：
1、修正偏转用的千斤顶
将盾构机推进千斤顶的安装角度设置为在圆周方向可以调整的形式，用千斤顶推力在圆周方向的分力来修正偏转的方式。
然而由于此方法应用时可能对管片造成反方向旋转，所以必要时配合相应位置的壁后同步注浆确保盾构的修正效果的同时也保证管片姿态的良好。在使用纠偏千斤顶时，总体千斤顶数量尽量多开，但应较多次数的对纠偏千斤顶进行调整。当然，所有的这些都应保证推进是正常的。这样做的好处有两个：
①千斤顶数量多能保证管片受纠偏千斤顶沿圆周方向的分力的影响小；
②重新多次调整纠偏千斤顶对纠偏盾构效果明显。
2、千斤顶的编组
为了使修正千斤顶的修正达到最佳效果，在满足盾构姿态(平面和高程)的前提下，当盾构发生左转时，尽量左边下部千斤顶和右边上部千斤顶编在一起。
3、仿行刀的使用
在进行R＝495米曲线段施工时，盾构容易出现转角。因为为了使盾构顺利推进曲线段，则会利用盾构刀盘内设置的现有超挖刀，对曲线内侧实施局部仿行超挖，以释放一定的应力，便于盾构转向。在正常段施工时，当盾构发生右转时，采用左侧盾构下部适当超挖、右侧盾构上部适当超挖的方法。
4、利用左、右螺旋机出土量控制
在保证盾构切口处地面沉降不受影响的前提下，通过扩大左右螺旋机转速的差距来调节左、右出土量。根据工程的施工情况，要使盾构左转，则左边多出土同时配合仿行刀在左下部以及右上部的超挖。
5、灵活利用壁后注浆
采用不对称的壁后注浆可修正管片转角并进一步达到修正盾构转角的目的。在盾构掘进过程中，可根据管片旋转情况，向相应的管片外侧不对称压注可硬性浆液，例如：管片右转时，可同时向右隧道的下方和左隧道的上方压注浆液，以达到修正管片转角的目的。
6、单侧压重
此法较为简单，但也是一种实用的方法。盾构发生偏转时，对盾构单侧加压管片或铅块等重物，实现盾构旋转。同时如若管片姿态不好，在单侧隧道加压管片，另一侧尽量不放管片，实现管片的旋转。
在整个双圆盾构转角控制工艺的实施过程中，通过对以上单项或组合纠偏对策的综合应用，工程将盾构转角控制在0.6度以内。