《盾構(gòu)姿態(tài)控制技術(shù)規(guī)范》

1盾構(gòu)姿態(tài)控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)本文件規(guī)定了盾構(gòu)姿態(tài)控制技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的術(shù)語和定義、基本規(guī)定、盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)控制、盾構(gòu)正常掘進(jìn)姿態(tài)控制、盾構(gòu)接收姿態(tài)控制、預(yù)警管理。本文件適用于盾構(gòu)法施工中盾構(gòu)姿態(tài)的控制。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本文件的引用而成為本文件的條款。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T51438盾構(gòu)隧道工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)GB50446盾構(gòu)法隧道施工及驗收規(guī)范TB10181鐵路隧道盾構(gòu)法技術(shù)規(guī)程GBT50308城市軌道交通工程測量規(guī)范3術(shù)語與定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1盾構(gòu)shield在鋼殼體保護(hù)下完成隧道掘進(jìn)、出渣、管片拼裝等作業(yè)，由主機(jī)和后配套設(shè)備組成的全斷面推進(jìn)式隧道施工機(jī)械設(shè)備。根據(jù)開挖面的穩(wěn)定方式，分為土壓平衡式盾構(gòu)、泥水平衡式盾構(gòu)、敞開式盾構(gòu)和氣壓平衡式盾構(gòu)。[來源：GB/T50446，2.0.1]3.2盾構(gòu)姿態(tài)shieldpositionandstance盾構(gòu)主機(jī)的空間狀態(tài)，通常采用橫向偏差、豎向偏差、俯仰角、方位角、滾轉(zhuǎn)角和切口里程等參數(shù)描述。[來源：GB/T50446，2.0.17]3.32盾構(gòu)始發(fā)shieldlaunching盾構(gòu)開始掘進(jìn)的施工過程。[來源：GB/T50446，2.0.3]3.4盾構(gòu)接收shieldarrival盾構(gòu)到達(dá)接收位置的施工過程。[來源：GB/T50446，2.0.4]3.5盾構(gòu)基座shieldcradle用于保持盾構(gòu)始發(fā)、接收等姿態(tài)的支撐裝置。[來源：GB/T50446，2.0.5]3.6反力架reactionframe為盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)提供發(fā)力的裝置。[來源：GB/T50446，2.0.6]3.7管片姿態(tài)segmentpositionandstance管片的空間狀態(tài)，通常采用平面偏差、高程偏差等參數(shù)描述。3.8平面偏差Planedeviation在隧道某一斷面上，盾構(gòu)機(jī)主機(jī)、管片、反力架、盾構(gòu)基座等設(shè)備設(shè)施軸線與隧道軸線水平方向的距離。3.9高程偏差elevationdeviation在隧道某一斷面上，盾構(gòu)機(jī)主機(jī)、管片、反力架、盾構(gòu)基座等設(shè)備設(shè)施軸線與隧道軸線豎直方向的距離。3.10俯仰角angleofpitch盾構(gòu)機(jī)主機(jī)軸線與水平面間的夾角。33.11方位角azimuthangle盾構(gòu)機(jī)主機(jī)軸線與隧道軸線的水平夾角。3.12滾轉(zhuǎn)角bankangle盾構(gòu)機(jī)主機(jī)繞其軸線轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的角度。3.13負(fù)環(huán)管片temporarysegment為盾構(gòu)始發(fā)掘進(jìn)傳遞推力的臨時管片。[來源：GB/T50446，2.0.8]3.14橢圓度ovality圓形隧道管片襯砌拼裝成環(huán)后隧道最大與最小直徑的差值與隧道設(shè)計內(nèi)徑的比值，以千分比表示。[來源：GB/T51438，2.0.18]3.15錯臺step相鄰管片接縫處的偏差。[來源：GB/T51438，2.0.19]4基本規(guī)定4.1盾構(gòu)推進(jìn)每個分區(qū)液壓缸應(yīng)具備行程量測功能。4.2盾構(gòu)鉸接裝置應(yīng)滿足隧道軸線曲率半徑的要求，最大推力應(yīng)大于前后殼體正常姿態(tài)變化引起的阻力，每組鉸接液壓缸應(yīng)具備行程量測功能。4.3盾構(gòu)數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)應(yīng)具有高可靠性、快速及時的響應(yīng)能力，能使各設(shè)備可靠工作，能及時準(zhǔn)確地采集傳輸盾構(gòu)姿態(tài)數(shù)據(jù)。4.4盾構(gòu)自動導(dǎo)向系統(tǒng)應(yīng)滿足在高溫、潮濕、粉塵等環(huán)境條件下保持測量精度、使用壽命及可靠性的要求。4.5盾構(gòu)自動導(dǎo)向系統(tǒng)和人工測量儀器應(yīng)定期檢定，并出具檢定報告。4.6盾構(gòu)隧道穿越溶（土）洞、孤石、軟硬不均等特殊地層時，宜進(jìn)行預(yù)處理。4.7管片姿態(tài)與盾構(gòu)姿態(tài)不應(yīng)超過表4.15規(guī)定的隧道允許偏差值。4.8管片姿態(tài)與盾構(gòu)姿態(tài)測量，測量精度誤差應(yīng)控制在±3mm以內(nèi)，測量計算數(shù)據(jù)取位精度要求應(yīng)符合表1的規(guī)定。表1管片姿態(tài)與盾構(gòu)姿態(tài)測量計算數(shù)據(jù)取位精度要求測量內(nèi)容取位精度精度單位橫向偏差1mm豎向偏差1mm俯仰角1′方位角1′滾轉(zhuǎn)角1′橢圓度0.1‰錯臺0.1mm切口里程0.01m[來源：GB/T50446，表5.5.6]4.9管片楔形量宜按下式計算：Δ=BcqDw/Rq式中：Δ——管片理論楔形量（mm）；Bcq——管片環(huán)寬度（mm）；Dw——管片環(huán)外徑（mm）；Rq——管片所在隧道軸線設(shè)計半徑（mm）。4.10施工前，應(yīng)進(jìn)行管片排版設(shè)計，確定管片組合方式及使用數(shù)量。4.11施工中，應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)、趨勢和管片姿態(tài)，調(diào)整管片組合方式及使用數(shù)量。4.12管片拼裝前，應(yīng)清理干凈盾尾底部泥渣，保證管片拼裝質(zhì)量。4.13管片拼裝成環(huán)后應(yīng)測量盾尾間隙，測量間隙點(diǎn)位在盾尾上的分布應(yīng)成“米”字型均勻分布。4.14管片姿態(tài)測量應(yīng)采用人工測量的方法，并符合下列規(guī)定：a）測量標(biāo)志點(diǎn)應(yīng)牢固設(shè)置在成型隧道管片縱向或橫向截面上，標(biāo)志點(diǎn)間距離應(yīng)盡量大，且不應(yīng)少于3個，標(biāo)志點(diǎn)可粘貼反射片或安置強(qiáng)制對中棱鏡。b）測量標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)應(yīng)與隧道結(jié)構(gòu)幾何坐標(biāo)建立換算關(guān)系。c）測量標(biāo)志點(diǎn)測量宜采用極坐標(biāo)法，并宜采用雙極坐標(biāo)法進(jìn)行檢核。4.15隧道允許偏差應(yīng)符合表4.15的規(guī)定。表4.15隧道允許偏差（mm）‘5檢驗項目允許偏差檢驗方法環(huán)數(shù)地鐵公路鐵路水工市政油氣隧道軸線平面位置全站儀逐環(huán)環(huán)隧道軸線高程水準(zhǔn)儀逐環(huán)襯砌環(huán)橢圓度斷面儀全站儀測量每10環(huán)/襯砌環(huán)內(nèi)錯臺（mm）尺量逐環(huán)4點(diǎn)/環(huán)襯砌環(huán)間錯臺（mm）尺量逐環(huán)[來源：GB/T50446，表16.0.3，表16.0.5]5盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)控制5.1當(dāng)盾構(gòu)始發(fā)100m內(nèi)時，應(yīng)提高測量頻率。5.2盾構(gòu)始發(fā)基座應(yīng)在盾構(gòu)組裝前完成定位、加固,并應(yīng)符合下列要求：a)盾構(gòu)基座強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性符合盾構(gòu)始發(fā)要求；b)盾構(gòu)基座前端定位以實際預(yù)留洞口中心為準(zhǔn),導(dǎo)向軌夾角中心線與隧道設(shè)計軸線一致；c)盾構(gòu)基座定位后,對其底部、四周支撐加固,防止盾構(gòu)始發(fā)時移位或失穩(wěn)。5.3反力架應(yīng)在洞門鑿除前安裝完成,并應(yīng)符合下列要求：a）反力架布置符合盾構(gòu)車架和水平運(yùn)輸通道空間要求；b）反力架強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性符合盾構(gòu)始發(fā)要求；c)反力架頂力面與隧道設(shè)計軸線相垂直。5.4盾構(gòu)曲線始發(fā)設(shè)計應(yīng)符合下列要求：a）洞門鋼環(huán)直徑根據(jù)始發(fā)曲線半徑適當(dāng)增大；b）對盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)與隧道軸線偏差進(jìn)行割線擬合計算,盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)平面位置和高程偏差符合設(shè)計要求；c）盾構(gòu)始發(fā)基座、反力架位置按規(guī)劃割線放置,洞門密封裝置選擇和安裝按規(guī)劃割線確5.5盾構(gòu)組裝調(diào)試完成后應(yīng)測量盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)。65.6盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)測量應(yīng)采用人工測量和自動導(dǎo)向測量相結(jié)合的方法。5.7盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)采用人工測量的方法時應(yīng)符合下列規(guī)定：a）測量標(biāo)志點(diǎn)應(yīng)牢固設(shè)置在盾構(gòu)機(jī)縱向或橫向截面上，標(biāo)志點(diǎn)間距離應(yīng)盡量大，且不應(yīng)少于3個，標(biāo)志點(diǎn)可粘貼反射片或安置強(qiáng)制對中棱鏡；b）測量標(biāo)志點(diǎn)的三維坐標(biāo)應(yīng)與盾構(gòu)結(jié)構(gòu)幾何坐標(biāo)建立換算關(guān)系；c）測量標(biāo)志點(diǎn)測量宜采用極坐標(biāo)法，并宜采用雙極坐標(biāo)法進(jìn)行檢核。5.8盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)采用自動導(dǎo)向系統(tǒng)測量時應(yīng)符合下列規(guī)定：a）自動導(dǎo)向系統(tǒng)應(yīng)符合下列規(guī)定：1）自動導(dǎo)向設(shè)備可采用激光靶型自動測量系統(tǒng)或棱鏡型自動測量系統(tǒng)；2）系統(tǒng)應(yīng)能夠計算并以圖形、數(shù)字方式實時顯示當(dāng)前和歷史盾構(gòu)姿態(tài)信息等；3）系統(tǒng)應(yīng)具有對自身各部件的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和報警功能；4）所有數(shù)據(jù)應(yīng)存儲于工業(yè)電腦固定的存儲位置，并定期在其他存儲設(shè)備上備份。b）盾構(gòu)始發(fā)前，應(yīng)對輸入自動導(dǎo)向系統(tǒng)的線路設(shè)計參數(shù)進(jìn)行檢查，無誤后方可輸入，輸入后應(yīng)采用導(dǎo)出輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)核的方法對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行二次復(fù)核。c）隧道掘進(jìn)中測量控制點(diǎn)遷站步驟和方法應(yīng)符合下列規(guī)定：1）遷站過程中盾構(gòu)應(yīng)停止掘進(jìn)；2）遷站前應(yīng)測量盾構(gòu)姿態(tài)；3）遷站后應(yīng)對使用的相鄰控制點(diǎn)間幾何關(guān)系進(jìn)行檢核，確認(rèn)控制點(diǎn)位置正確；4）利用遷站后控制點(diǎn)進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)測量；5）遷站前、后測定的盾構(gòu)姿態(tài)測量較差應(yīng)小于2m(m為點(diǎn)位測量中誤差)。d）隧道掘進(jìn)過程中應(yīng)采用人工測量方法對導(dǎo)向系統(tǒng)測量成果進(jìn)行檢核。5.9盾構(gòu)脫離加固區(qū)之前，不宜進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)糾偏工作。5.10負(fù)環(huán)管片拼裝應(yīng)防止發(fā)生負(fù)環(huán)管片橢變、盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)突變等情況，并做好以下幾點(diǎn)：a）應(yīng)控制好盾尾平面位置和反力架的距離；b）應(yīng)控制好負(fù)環(huán)管片拼裝質(zhì)量和加固質(zhì)量。6盾構(gòu)正常掘進(jìn)姿態(tài)控制6.1管片脫出盾尾后應(yīng)實時填實盾構(gòu)開挖范圍與管片之間的間隙。6.2盾構(gòu)姿態(tài)調(diào)整時應(yīng)防止損壞成型隧道管片，防止盾尾漏漿。6.3滾動角應(yīng)采用改變刀盤旋轉(zhuǎn)方向糾偏，刀盤方向切換速度不宜過快。6.4盾構(gòu)姿態(tài)糾偏應(yīng)及時、逐環(huán)、小量糾偏，不得過量糾偏。應(yīng)采用分區(qū)掘進(jìn)液壓缸控制，并應(yīng)符合以下規(guī)定：7a）注意控制不同分區(qū)推力分布和大小，避免單側(cè)管片受力過大或過小引發(fā)管片質(zhì)量問題；b）應(yīng)盡量不縮回推進(jìn)液壓缸來調(diào)整推力分布，且不得縮回管片騎縫位置和封頂塊位置推進(jìn)液壓缸；c）推進(jìn)液壓缸行程差每環(huán)變化量不宜大于管片楔形量；d）期間應(yīng)加密量測盾構(gòu)姿態(tài)、人工復(fù)核盾構(gòu)姿態(tài)、管片姿態(tài)等數(shù)據(jù)；e）優(yōu)化管片選型，合理控制盾尾的間隙，提高管片拼裝質(zhì)量，使之與盾構(gòu)姿態(tài)糾偏趨勢相適應(yīng)；f）曲線段糾偏或盾構(gòu)姿態(tài)偏差較大時，宜輔助使用超挖刀適當(dāng)超挖控制糾偏。在曲線段掘進(jìn)宜將盾構(gòu)姿態(tài)控制在隧道設(shè)計軸線內(nèi)弧線一側(cè)，降低盾構(gòu)姿態(tài)偏差風(fēng)險；g）使用主動鉸接的盾構(gòu)機(jī)，宜合理調(diào)整鉸接角度輔助盾構(gòu)姿態(tài)糾偏；h）使用被動鉸接的盾構(gòu)機(jī)，盾構(gòu)姿態(tài)糾偏期間應(yīng)合理控制盾尾軸線和管片軸線相對趨勢，避免鉸接油缸行程過長或過短、鉸接油缸壓力過大，影響盾構(gòu)姿態(tài)糾偏和引發(fā)管片質(zhì)量問題。6.5盾構(gòu)平面位置最大糾偏量宜按下式控制：?L<S×tana式中：a——盾構(gòu)主機(jī)與管片允許的水平夾角；S——兩腰對稱液壓油缸的中心距離（mm）；?L——兩腰對稱盾構(gòu)推進(jìn)液壓缸伸出長度允許差值（mm）。6.6盾構(gòu)高程最大糾偏量宜按下式控制：i=i盾?i管≤[i]式中：i——盾構(gòu)機(jī)主機(jī)與管片的相對坡度；i盾——盾構(gòu)掘進(jìn)過程中，盾構(gòu)機(jī)主機(jī)縱坡；i管——盾尾內(nèi)成型隧道管片縱坡；[i]——允許坡度差值。6.7在管片易于上浮地層掘進(jìn)時，宜考慮上浮量控制盾構(gòu)姿態(tài)高程偏差控制值，以控制管片姿態(tài)在合理范圍內(nèi)。6.8盾構(gòu)曲線段掘進(jìn)時，曲線外側(cè)盾構(gòu)推進(jìn)液缸伸出長度應(yīng)超前側(cè)盾構(gòu)推進(jìn)液缸伸出長度，宜按下式計算：?l=D?t×LR式中：?l——曲線內(nèi)外側(cè)盾構(gòu)推進(jìn)液缸伸出長度超前量（mmD——管片外徑（mm）；t——管片厚度（mm）；L——管片寬度（m）；L——隧道平面曲線半徑（m）。86.9盾構(gòu)正常掘進(jìn)姿態(tài)除應(yīng)符合表4.15中隧道軸線平面和高程的規(guī)定值，允許偏差應(yīng)符合表6.9的規(guī)定。表6.10盾構(gòu)姿態(tài)允許偏差檢驗項目各類隧道盾構(gòu)姿態(tài)允許偏差地鐵公路鐵路水工市政油氣平面位置（mm）高程位置（mm）方位角（mm/m）滾轉(zhuǎn)角（mm/m）7盾構(gòu)接收姿態(tài)控制7.1當(dāng)盾構(gòu)距接收井100m內(nèi)時，應(yīng)提高測量頻率。7.2盾構(gòu)接收前100m、50m處應(yīng)對盾構(gòu)正常掘進(jìn)姿態(tài)進(jìn)行人工復(fù)核測量，并根據(jù)復(fù)核結(jié)果提前進(jìn)行盾構(gòu)接收姿態(tài)控制和調(diào)整。7.3盾構(gòu)接收姿態(tài)在刀盤進(jìn)入加固區(qū)后不得進(jìn)行大幅調(diào)整。7.4盾構(gòu)接收基座應(yīng)在盾構(gòu)接收前完成定位、加固,并應(yīng)符合下列要求：a)盾構(gòu)接收基座強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性符合盾構(gòu)接收要求；b)盾構(gòu)接收基座定位以盾構(gòu)接收姿態(tài)和實際預(yù)留洞口中心綜合考慮為準(zhǔn)。7.5盾構(gòu)曲線接收設(shè)計應(yīng)符合下列要求：a）洞門鋼環(huán)直徑根據(jù)始發(fā)曲線半徑適當(dāng)增大；b）對盾構(gòu)接收姿態(tài)與隧道軸線偏差進(jìn)行割線擬合計算,盾構(gòu)接收姿態(tài)平面位置和高程偏差符合設(shè)計要求；c）盾構(gòu)接收基座位置按規(guī)劃割線放置,洞門密封裝置選擇和安裝按規(guī)劃割線確定。7.6當(dāng)盾構(gòu)接收姿態(tài)和實際姿態(tài)偏差比較大時，應(yīng)根據(jù)盾構(gòu)實際接收姿態(tài)重新調(diào)整盾構(gòu)接收基座位置，防止接收過程中盾構(gòu)姿態(tài)出現(xiàn)大幅波動、引發(fā)接收段管片質(zhì)量和施工安全問題。8預(yù)警管理8.1盾構(gòu)姿態(tài)控制和管片姿態(tài)控制，在不同階段宜進(jìn)行預(yù)警。8.2盾構(gòu)姿態(tài)和管片姿態(tài)控制值預(yù)警分級管理應(yīng)符合以下規(guī)定：管理等級管理指