盾构土压力计算.pdf

. 城市地铁盾构施工土压力选择 随着北京 2008 年申奥成功，我国的城市地铁施工必将走向了一个崭 新的一页。城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸 多优点，已经被越来越多的人们所认可。在城市地铁盾构施工中，如何设 置合理的土压，对于控制地表沉降有着至关重要的意义。 一、土压平衡复合式盾构机三种工况的简要介绍 土压平衡复合式盾构有三种工况，即敞开式、半敞开式、土压平衡三 种掘进模式。地层围岩条件较好时 ，螺旋输送机伸入土仓，螺旋输送机的 卸料口完全打开，土仓内不保持土压，维持刀盘、土仓、螺旋输送机之间 的完全敞开，实现敞开式模式掘进。 当围岩稳定性变坏，工作面有坍塌时 或有坍塌的可能，或地下涌水不能得到有效控制时 ，缩回螺旋输送机，关 闭螺旋输送机的卸料口，压入压缩空气，土仓会被压力封闭，控制地下水 的涌出，防止坍塌的进一步发生，即可实现半敞开式掘进模式； 若水压力 大或工作面不能达到稳定状态 ，则先停止螺旋输送机的出碴，切削下来的 碴土充满土仓。与此同时，用螺旋输送机排土机构，进行与盾构推进量相 应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡来维持仓 内碴土的土压力。以土仓内的碴土压力抗衡工作面的土体压力和水压力， 以保持工作面的土体的稳定，防止工作面的坍塌和地下水的涌出，从而使 盾构机在不松动的围岩中掘进，确保不产生地层损失，实现土压平衡掘进 模式。 二、掘进土压力的设定 . 在选择掘进土压力时主要考虑地层土压，地下水压 （孔隙水压），预先 考虑的预备压力。 2.1 地层施工土压 在我国铁路隧道设计规范中，根据大量的施工经验，在太沙基土压力 理论的基础上，提出以岩体综合物性指标 为基础的岩体综合分类法，根据 隧道的埋资深度不同，将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道。再根据隧道的具 体情况采用不同的计算方式进行施工土压计算。 2.1.1 深埋隧道与浅埋隧道的确定 深、浅埋隧道的判定原则一般以隧道顶部覆盖层能否形成“ 自然拱” 为原则 。深埋隧道围岩松动压力值是根据施工坍方平均高度（等效荷载高 度）确定的。根据经验，深、浅埋隧道分界深度通常为 2～2.5 倍的施工坍 方平均高度，即 Hp= （2～2.5 ）hq 式中：Hp--深、浅埋隧道分界的深度 hq--施工坍方平均高度， hq=0.45 ×26-S ω S— 围岩类别，如Ⅲ类围岩，则 S=3 ω—宽度影响系数，且ω=1+i （B-5 ） B—隧道净宽度，单位以 m 计。 i— 以B=5m 为基准，B 每增减 1m 时的围岩压力增减率。当 B5m 时，取 i=0.2，B5m,取 i=0.1 。 2.1.2 深埋隧道的土压计算 . 在深埋隧道中，按照太沙基土压力理论计算公式以及日本村山理论， 可以较为准确的计算出盾构前方的松动土压力。但在实际施工工程之中， 可以根据隧道围岩分类和隧道结构参数，按照我国现行的《铁路隧道设计 规范》中推荐的计算围岩竖直分布松动压力 q 的计算公式： q=0.45 ×26-S γω γ— 围岩容重 地层在产生竖向压力的同时，也产生侧向压力，侧向水平松动压力σ a 由经验公式可得： σ =E × σ a a Z Ea 计算公式见下表 围岩分类 Ⅵ～Ⅴ Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ 水平松动压力σa 0 （0～1/6）q （1/6～1/3 ）q （1/3～1/2 ）q （1/2～1）q 2.1.3 浅埋隧道的土压计算 2.1.3.1 静止土压 静止土压为原状的天然土体中，土处于静止的弹性平衡状态，这时的 土压力为静止土压力。在任一深度 h 处，土的铅垂方向的自重应力σz = γ h 为最大主应力，而水平应力σx =为最小主应力 （如图所示），其间存