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

　　由于盾構(gòu)機(jī)是一種很笨重的機(jī)具，盾構(gòu)施工中一個(gè)很重要的技術(shù)要求就是控制盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)符合設(shè)計(jì)線路，故盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向的控制是盾構(gòu)法施工中一個(gè)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(gè)難題，小半徑轉(zhuǎn)彎會(huì)對(duì)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(biāo)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(jī)操作與糾偏的方法。

　　《化工設(shè)備與管道》是經(jīng)國(guó)家科學(xué)技術(shù)部批準(zhǔn)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(jiǎn)訊》、《化工設(shè)備設(shè)計(jì)》，是國(guó)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(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì)等多項(xiàng)部省級(jí)榮譽(yù)與獎(jiǎng)勵(lì)。

　　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(xiàng)目施工12標(biāo)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(zhǎng)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(bào)告，對(duì)于盾構(gòu)機(jī)通過的地層情況，兩個(gè)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(hào)地層，隧道頂部主要位于〈7〉強(qiáng)風(fēng)化巖層、〈8〉中風(fēng)化巖層、〈9〉微風(fēng)化巖層，隧道底板主要位于〈7〉強(qiáng)風(fēng)化巖層、〈8〉中風(fēng)化巖層、〈9〉微風(fēng)化巖層。

　　二、導(dǎo)向系統(tǒng)簡(jiǎn)介

　　盾構(gòu)機(jī)采用PPS激光自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)和人工測(cè)量輔助進(jìn)行盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測(cè)。自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)主要由激光經(jīng)緯儀、激光靶、控制箱、計(jì)算機(jī)、盾構(gòu)掘進(jìn)軟件及其它配套硬件和軟件組成。

　　隨著盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)導(dǎo)向系統(tǒng)后視基準(zhǔn)點(diǎn)需要前移，必須通過人工測(cè)量來進(jìn)行精確定位，保證推進(jìn)方向的準(zhǔn)確可靠。為此，必須根據(jù)盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的速度，適時(shí)進(jìn)行后視基準(zhǔn)點(diǎn)的移站，保證導(dǎo)向系統(tǒng)的正常工作;每周進(jìn)行不少于兩次人工測(cè)量，以校核自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并復(fù)核盾構(gòu)機(jī)的位置、姿態(tài)，確保盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)方向的正確。

　　三、盾構(gòu)操作方向控制

　　滾動(dòng)控制：采用使盾構(gòu)刀盤反轉(zhuǎn)的方法，糾正滾動(dòng)偏差。允許滾動(dòng)偏差≤±3°，當(dāng)超過3°時(shí)，盾構(gòu)機(jī)報(bào)警，提示操縱者必須切換刀盤旋轉(zhuǎn)方向，進(jìn)行反轉(zhuǎn)糾偏。

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

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

　　四、小曲率半徑盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)調(diào)整與糾偏

　　在實(shí)際施工中，由于管片選型錯(cuò)誤、盾構(gòu)機(jī)司機(jī)操作失誤等原因盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)方向可能會(huì)偏離設(shè)計(jì)軸線并超過管理警戒值;在穩(wěn)定地層中掘進(jìn)，因地層提供的滾動(dòng)阻力小，可能會(huì)產(chǎn)生盾體滾動(dòng)偏差;在線路變坡段或急彎段掘進(jìn)過中，有可能產(chǎn)生較大的偏差，這時(shí)程就要及時(shí)調(diào)整盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)、糾正偏差。在小半徑曲線段，由于盾構(gòu)機(jī)本身為直線形剛體，不能與曲線完全擬和。以致盾構(gòu)機(jī)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(jī)順利通過小半徑曲線的關(guān)鍵，下面就這些參數(shù)對(duì)盾構(gòu)機(jī)操作與糾偏的影響進(jìn)行闡述。

　　1、盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中各參數(shù)對(duì)盾構(gòu)姿態(tài)的影響

　　1) 油缸分區(qū)壓力差對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的影響

　　在盾構(gòu)機(jī)通過小曲率半徑施工過程中時(shí)常會(huì)出現(xiàn)一側(cè)推力比另一側(cè)大而推進(jìn)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(shí)很明顯盾構(gòu)機(jī)的趨勢(shì)會(huì)向推力較大的一側(cè)偏移，即盾構(gòu)機(jī)向設(shè)計(jì)軸線相反方向偏移。這就說明盾構(gòu)機(jī)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(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的影響

　　在盾構(gòu)機(jī)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(jī)姿態(tài)和進(jìn)行糾偏的手段之一。曲線施工盾構(gòu)機(jī)通常會(huì)經(jīng)歷以下個(gè)階段：直線段-直緩段-圓曲率段-緩直段-直線段，隨著盾構(gòu)機(jī)進(jìn)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(jī)在直緩段時(shí)應(yīng)逐步增大鉸接油缸行程差以使盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)與設(shè)計(jì)曲線相吻合;盾構(gòu)機(jī)在圓曲率段時(shí)只需保持適當(dāng)?shù)你q接油缸行程差并根據(jù)實(shí)際情況微量調(diào)整即可;盾構(gòu)機(jī)在緩直段時(shí)則需逐步減小鉸接油缸行程差。在實(shí)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(jī)鉸接油缸的相關(guān)尺寸計(jì)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(jì)算值，這樣可使盾構(gòu)機(jī)沿曲率方向的內(nèi)圓前進(jìn)，有利于盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)控制及糾偏的進(jìn)行。

　　3) 掘進(jìn)速度對(duì)盾構(gòu)機(jī)姿態(tài)的影響

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