软弱地层地铁盾构综合施工技术研究
盾构千斤顶设4个控制区间，只是分组的形式以及各组的千斤顶数量不同，4组千斤顶可分配不同的油压获得相应的推力。PLC设置4个分区油压控制左、右、上、下4组千斤顶推力，各分区可选取不同的油压值及推力，千斤顶获得不同行程。当加大下部千斤顶推力油紅油压时，下部千斤顶行程则较其他组千斤顶行程大一些，则盾构机向上前进，同样根据调整其他分区油压差值，可分别控制盾构的坡度和方位。铰接油虹的行程变化则反应了盾构机的前进趋势。 2.2.4刀盘对盾构姿态的影响
软土与盾构机外壳间形成的摩擦力矩小，当摩擦力矩无法平衡刀盘切削土体产生的扭矩时，将引起盾构机体的旋转。刀盘的正反转不均匀或刀盘只向一个方向旋转，将会造成盾构机向一个方向持续的滚动，最终会导致盾构姿态旋转位置偏差过大，逐渐积累后造成管片旋转影响管片拼装质量。在盾构掘进中要保证刀盘正反转时间的均勻，尽量缩短刀盘单向转动时间；同时也要求正反转时刀盘扭矩基本一致，这样可以确保盾构主机不会产生过大滚动偏差，管片顺逆时针扭转也会得到控制。
2.2.5管片姿态对盾构姿态的影响
在隧道施工过程中，为控制好險道轴线，必须逐环测量盾构姿态和管片姿态，根据测量资料及时调整各项推进参数。当管片与盾构机相对关系一致，即管片与盾构机基本保持同心，管片法面与盾构机推进方向基本垂直时，才能保证盾构机按照预计的方向前进，所以管片的姿态直接影响到盾构隧道的轴线控制及盾构隧道轴线纠偏的效果，同时保证管片不破碎。
图1-5 管片姿态对盾构姿态的影响
通常情况下，为了保证管片安装顺利，盾构机盾尾机壳内径一般比管片外径稍大，当盾构机运行轴线与管片轴线不重合有一定程度偏离时，管片与盾构机机壳内侧接触，并产生相互作用力。在软土地层实际施工过程中，管片与盾构机的相对关系常常不能保持理想状态，管片在脱出盾尾之后可能会出现上浮，使管片
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的环面与盾构推进方向存在夹角，其合力作用方向部位的管片容易破碎。
在修正盾构方向的同时,还必须慎重地进行管片组装管理。如果管片与盾构板的间隙减小,则会对盾构推进带来以下种种不利影响:
（1）对管片组装构成障碍，严重时无法组装;
（2）进行无理组装，则隧道的真圆度下降，同时接头错位。缝隙增大，致使漏水;
（3）由于管片和盾尾的挨近，致使推力上升，在RC管片的场合下，容易致使管片自身出现裂纹等损伤。因此,推进完了及管片拼装完成时,均应测量尾隙,为了满足盾构方向修正的需要，必须使用楔形管片修正管片的方向。即使在直线段，如果上下，左右的行程存在差异,则推进时一侧的尾隙会慢慢变小,最后尾隙会消失。因此，应准备好修正用的楔形管片。曲线段使用的楔形管片必须充分考虑曲率的楔形量（是单楔、还是双楔）及组装模式等。 2.2.6壁后注浆对盾构姿态的影响
（1）壁后注浆
壁厚注浆是指在盾构掘进过程中，盾尾空隙形成的同时进行注浆，使浆液及时地填充盾尾空隙，从而使周围岩体及时获得支撑，有效防止围岩坊塌，控制地表沉降。一般从通过设置在盾构上的注浆孔进行同步注浆，也可从设在管片上的注浆孔进行注奖。壁厚注菜的作用主要有：尽早填充地层建筑空隙，减少地基沉陷量，保护周边环境及建筑物安全；确保管片衬砌的早期稳定性，使管片受力均匀，提高衬棚的防水性能；作为險道衬砌结构加强层，具有耐久性和一定强度。
图1-6同步注浆示意图
由于壁后注浆对管片的姿态有很大的影响，而管片的姿态直接影响盾构机千斤顶推力的大小和作用方向，所以壁后注浆对盾构机姿态有重要的作用。如果注浆位置在左侧或注装压力左侧较大，可使该管环位置右移，换之则相反。盾构隧道掘进施工中，由于开挖直径大于管片拼装直径，当衬砌脱出盾尾后管片与土体间将有一定的间隙，而软土地层中含水量高，同步注衆的奖液会得到稀释，质量
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得不到保证，管片就会发生上浮等不良姿态。壁后注浆以不偏压为原则，从下往上对称压注。注浆压力选择以能充填建筑空隙为原则,根据相应部位的土压力、水压力、泥衆压力以及衬砲强度选择合适的压力。注装量考虑开挖空隙超挖量等因素,对注浆实行压力和注浆量双重控制。一般情况下,压浆速度和掘进保持同步,即在盾构掘进的同时进行抓紧,掘进停止后,注浆也相应停止。施工时,加强对盾构尾部地面的沉降监测,通过信息化施工,及时调整同步注浆量,确保地面不下沉,也不出现过大的隆起。 （2）注浆浆液选用
盾构隧道管片在开挖空间的位移变形，很大程度上依靠壁后注浆提供约束。在软土地层与较坚硬地层中壁后注浆要达到的性能要求是不同的。以下在软土地层中注浆浆液的选用原则。
①对软弱地层和地面保护要求较高特别是有重要建筑物和地下管线的地段，宜优先采用双液注浆。
②对于富水地层，考虑到浆液受地下水稀释，致使早期强度下降，应优先考虑双液;也可考虑单液活性浆液，并要求凝结时间短、粘性大、保水性强、不离析,同时应保证盾尾的良好密封性能并提高注浆压力。
③在盾构始发和到达段，总体上要求缩短浆液凝胶时间，以便在填充地层的同时能尽早获得浆液固结强度，保证开挖面安全并防止从洞口处漏浆。
考虑到武汉地铁6号线的地层情况及在曲线段上穿越道路的实际情况建议采用双液注浆的方式，避免较大沉降的发生。 2.3盾构机姿态控制技术
2.3.1 不同阶段盾构机姿态控制方法 （1）盾构机出洞时的控制方法
由于反力架和发射架为盾构始发时提供初始的推力和空间姿态,因此,在安装时,应控制盾构机中心线的平面位置、高程和坡度与險道设计轴线和坡度保持一致。考虑險道后期沉降因素,盾构中心轴线比设计轴线抬高10mm~20mm,反力架左右偏差控制在10mm以内。盾构机出加固区时,由于土层软硬相差较大及其自身重量容易产生“叩头”现象。对盾构姿态造成较大影响。对此,可通过调节上、下两区域内千斤顶的油压差來控制。后盾反力架的烧曲变形也会严重影响盾构的
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姿态。在安装反力架时,必须保证其能足够支承盾构机推进时的后盾力。 （2）盾构机进洞时的控制方法
在盾构进洞前要系统地对洞内的控制点进行一次全面精确的复测,确保盾构进洞位置准确;进洞期间需严格控制盾构的掘进参数,逐渐减少千斤顶的推力,降低刀盘的转速和掘进速度;由于管片出盾尾时要受到很大的弯曲应力,进洞时应尽量使管片与盾构机保持同心,以减小弯曲应力。 （3）盾构机正常掘进时的线形控制方法
1）合理选用千斤顶编组
盾构机掘进是在千斤顶推力作用下完成的,合理选择盾构千斤顶的使用区域、 个数及推力,对于保证盾构机沿设定的隧道理论轴线进行推进是至关重要的。其推进方向是由采用多大的油压,施加在哪些位置來决定的,故掘进过程中必须事先考虑曲线、坡度、蛇行修正等因素来决定千斤顶各区域的推力、个数及富裕量。当盾构需要调整方向时,可调节每组千斤顶的工作油压,借此纠正或控制盾构前进方向和坡度。在用千斤顶编组施工时应注意:①千斤顶的只数应尽量多,以减少已完成隧道管片的施工应力;②管片纵缝处的骑缝千斤顶一定要用,以保证在环管片的环面平整;③盾构机纠偏是一个缓慢的过程，纠偏数值不得超过操作规程的规定值。
2）合理控制盾构机“蛇行”偏差
针对武汉轨道交通6号线的线路情况,课题组提出以下盾构机轴线控制原则: ①盾构机“蛇行”轴线控制
为了保证盾构掘进有良好的姿态,蛇行曲线需要不断修正以接近隧道设计轴线,在推进施工中必须由每一环的实测结果,计算出盾构姿态及成环險道中心与设计轴线的偏差,绘制成图,并及时、连续、缓慢的纠偏。每推进1环,用高精度经炜仪和水准仪进行三角网贯通测量校核。
②盾构机在纵坡线段时线形的控制方法
变坡法:此方法适用于盾构机在竖曲线段的推进。在每一班或一定距离推进时,盾构机用不同的坡度进行,尽可能逼近隧道理论曲线的线形。
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图1-7边坡法
稳坡法:此方法适用于盾构机在纵坡恒定段的推进,为使盾构机的推进轴线和隧道轴线线形保持一致，在纵坡段应釆用稳坡法。
图1-8稳坡法
一般用左、右千斤顶的行程差来控制盾构机平面位置的运动轨迹,设定行程差参数是以测量的盾构机推进为依据的。当盾构机首尾位于轴线同一侧,并发现切口偏离轴线的数值小于盾尾时（如图1-9）,说明盾构机运动轨迹有渐进设计轴线的趋势,此时可保持原有姿态推进,反之应立即纠偏。在推进曲线段时,应合理使用设在盾构机上的曲线仿形刀和正确选择使用楔形环。
图1-9 平面线型控制
3）正确选用刀盘正、反转模式
盾构机的旋转偏差一般可通过改变刀盘的旋转方向,施加反向的旋转力矩进行修正。实际操作过程中,必须根据旋转角的测量数据在一定调整范围内正确选用。
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