機械工程師論文發(fā)表盾構(gòu)機過小曲率半徑的姿態(tài)控制及糾偏技術(shù)

　　由于盾構(gòu)機是一種很笨重的機具，盾構(gòu)施工中一個很重要的技術(shù)要求就是控制盾構(gòu)掘進姿態(tài)符合設(shè)計線路，故盾構(gòu)機掘進方向的控制是盾構(gòu)法施工中一個非常重要的環(huán)節(jié)。而小半徑轉(zhuǎn)彎更是盾構(gòu)施工技術(shù)控制的一個難題，小半徑轉(zhuǎn)彎會對盾構(gòu)操作及糾偏帶來諸多的難題。下面就以廣佛地鐵12標西鶴段350m 半徑轉(zhuǎn)彎為例，分析一下小半徑轉(zhuǎn)彎盾構(gòu)機操作與糾偏的方法。

　　《化工設(shè)備與管道》是經(jīng)國家科學(xué)技術(shù)部批準出版的專業(yè)技術(shù)期刊，創(chuàng)刊于1964年，曾用名《化工設(shè)備簡訊》、《化工設(shè)備設(shè)計》，是國內(nèi)同類期刊中歷史最為悠久的知名期刊之一，曾多次獲得上海市、原化工部、中國石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會等多項部省級榮譽與獎勵。

　　一、工程概況

　　珠江三角洲城際快速軌道交通廣州至佛山段項目施工12標西朗站～鶴洞站盾構(gòu)區(qū)間土建工程地處廣州市市區(qū)的西南，荔灣區(qū)鶴洞路上方。西鶴區(qū)間起止里程為YCK20+726.368～ YCK21+390.603m，線路總長664.435m，線路由2段直線和2段曲線構(gòu)成，曲線半徑分別為350m和450m。該區(qū)間隧道全部在鶴洞路下穿越，道路兩側(cè)建筑物較多。由于盾構(gòu)主要在鶴洞路下穿越,區(qū)間隧道正上方建筑物僅有4棟。根據(jù)地質(zhì)勘察報告，對于盾構(gòu)機通過的地層情況，兩個區(qū)間左右線隧道主要穿越的地層為〈7〉〈8〉〈9〉層為主，隧道覆土部分主要為〈1〉、〈2-1〉、< 6 >號地層，隧道頂部主要位于〈7〉強風化巖層、〈8〉中風化巖層、〈9〉微風化巖層，隧道底板主要位于〈7〉強風化巖層、〈8〉中風化巖層、〈9〉微風化巖層。

　　二、導(dǎo)向系統(tǒng)簡介

　　盾構(gòu)機采用PPS激光自動導(dǎo)向系統(tǒng)和人工測量輔助進行盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測。自動導(dǎo)向系統(tǒng)主要由激光經(jīng)緯儀、激光靶、控制箱、計算機、盾構(gòu)掘進軟件及其它配套硬件和軟件組成。

　　隨著盾構(gòu)機推進導(dǎo)向系統(tǒng)后視基準點需要前移，必須通過人工測量來進行精確定位，保證推進方向的準確可靠。為此，必須根據(jù)盾構(gòu)機掘進的速度，適時進行后視基準點的移站，保證導(dǎo)向系統(tǒng)的正常工作;每周進行不少于兩次人工測量，以校核自動導(dǎo)向系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)并復(fù)核盾構(gòu)機的位置、姿態(tài)，確保盾構(gòu)機掘進方向的正確。

　　三、盾構(gòu)操作方向控制

　　滾動控制：采用使盾構(gòu)刀盤反轉(zhuǎn)的方法，糾正滾動偏差。允許滾動偏差≤±3°，當超過3°時，盾構(gòu)機報警，提示操縱者必須切換刀盤旋轉(zhuǎn)方向，進行反轉(zhuǎn)糾偏。

　　豎直方向控制：控制盾構(gòu)機方向的主要因素是千斤頂?shù)膯蝹?cè)推力，它與盾構(gòu)機姿態(tài)變化量間的關(guān)系非常離散，主要靠人的經(jīng)驗來掌握。當盾構(gòu)機出現(xiàn)下俯時，可加大下側(cè)千斤頂?shù)耐屏?，當盾?gòu)機出現(xiàn)上仰時，可加大上側(cè)千斤頂?shù)耐屏磉M行糾偏。

　　水平方向控制：與豎直方向糾偏的原理一樣，左偏時加大左側(cè)千斤頂?shù)耐七M壓力，右偏時則加大右側(cè)千斤頂?shù)耐七M壓力等來進行調(diào)整，使盾構(gòu)沿著設(shè)計平面線路方向掘進。

　　四、小曲率半徑盾構(gòu)掘進姿態(tài)調(diào)整與糾偏

　　在實際施工中，由于管片選型錯誤、盾構(gòu)機司機操作失誤等原因盾構(gòu)機推進方向可能會偏離設(shè)計軸線并超過管理警戒值;在穩(wěn)定地層中掘進，因地層提供的滾動阻力小，可能會產(chǎn)生盾體滾動偏差;在線路變坡段或急彎段掘進過中，有可能產(chǎn)生較大的偏差，這時程就要及時調(diào)整盾構(gòu)機姿態(tài)、糾正偏差。在小半徑曲線段，由于盾構(gòu)機本身為直線形剛體，不能與曲線完全擬和。以致盾構(gòu)機操縱及糾偏受更多技術(shù)參數(shù)的制約，而怎樣合理地把這些參數(shù)科學(xué)的統(tǒng)一起來，是影響盾構(gòu)機順利通過小半徑曲線的關(guān)鍵，下面就這些參數(shù)對盾構(gòu)機操作與糾偏的影響進行闡述。

　　1、盾構(gòu)機掘進過程中各參數(shù)對盾構(gòu)姿態(tài)的影響

　　1) 油缸分區(qū)壓力差對盾構(gòu)機姿態(tài)的影響

　　在盾構(gòu)機通過小曲率半徑施工過程中時常會出現(xiàn)一側(cè)推力比另一側(cè)大而推進油缸的速度卻是推力小的一側(cè)比推力大的一側(cè)的要快，這時很明顯盾構(gòu)機的趨勢會向推力較大的一側(cè)偏移，即盾構(gòu)機向設(shè)計軸線相反方向偏移。這就說明盾構(gòu)機油缸分區(qū)壓力差不夠，繼續(xù)增加該側(cè)壓力增大壓力差至合理數(shù)值該現(xiàn)象即可解決。

　　2) 鉸接油缸行程差對盾構(gòu)機姿態(tài)的影響

　　在盾構(gòu)機過小曲率半徑施工過程中預(yù)設(shè)合理的鉸接油缸行程行程差是最重要的控制盾構(gòu)機姿態(tài)和進行糾偏的手段之一。曲線施工盾構(gòu)機通常會經(jīng)歷以下個階段：直線段-直緩段-圓曲率段-緩直段-直線段，隨著盾構(gòu)機進入不同的階段鉸接油缸的行程差也應(yīng)相應(yīng)的做出改變。如盾構(gòu)機在直緩段時應(yīng)逐步增大鉸接油缸行程差以使盾構(gòu)機姿態(tài)與設(shè)計曲線相吻合;盾構(gòu)機在圓曲率段時只需保持適當?shù)你q接油缸行程差并根據(jù)實際情況微量調(diào)整即可;盾構(gòu)機在緩直段時則需逐步減小鉸接油缸行程差。在實際施工過程中我們可以根據(jù)隧道在在該段的曲率半徑并結(jié)合盾構(gòu)機鉸接油缸的相關(guān)尺寸計算得出相應(yīng)的鉸接油缸行程差預(yù)設(shè)值。在操作過程中我們通常應(yīng)使鉸接油缸預(yù)設(shè)值略大于計算值，這樣可使盾構(gòu)機沿曲率方向的內(nèi)圓前進，有利于盾構(gòu)機姿態(tài)控制及糾偏的進行。

　　3) 掘進速度對盾構(gòu)機姿態(tài)的影響

　　在實際操作過程中我們發(fā)現(xiàn)過快的掘進速度不利于盾構(gòu)機在小曲率段的掘進，盾構(gòu)機的姿態(tài)及糾偏都難于控制。總的來說，盾構(gòu)機過小半徑曲線時要慢行，掘進速度嚴格控制在15～25mm/min 范圍內(nèi)，太快和太慢都不利于盾構(gòu)機的操作與糾偏。特別值得一提的是，盾構(gòu)機在掘進過程中不要走走停停，要做到掘進的連續(xù)性，緩慢連續(xù)糾偏。