土压平衡盾构土仓压力

土压平衡盾构土仓压力

随着城市建设的不断发展，地下建筑的建设也变得日益重要。在地下建筑中，盾构隧道在城市道路、地铁、隧道等领域中广泛应用。在盾构隧道施工过程中，一项重要的技术就是土压平衡盾构技术。在这种技术中，土仓是土压平衡盾构中的关键设备之一，其作用是保证施工中隧道周围的土壤不塌方，防止地面陷落和损害建筑物。

土压平衡盾构主要是通过将机械盾构机推进至需要建设的地下空间，然后沿着斜向或水平方向钻进土壤中。在钻进土壤的同时，机械盾构机利用盾构机前端的盾构壳将土层推挤到机械盾构机后方的土仓中。随着机械盾构机不断前进，土仓中的土壤不断增加，从而形成了一种动态平衡的土压力，它避免了地下空间中的水和泥浆流入到隧道中，同时也保证了施工安全。

在土压平衡盾构技术中，土仓压力是一个重要的参考指标。如果土仓的压力太小，就可能会导致隧道周围的土层发生坍塌，从而影响施工进程。反之，如果土仓的压力太大，就容易导致管片的破损和变形等情况。因此，在施工前需要对应的建筑工程材料和设备进行检查和测试，以确保施工过程中土仓压力的稳定性。

在土仓压力测试中，一种常用的方法是使用压力传感器。压力传感器可安装在机械盾构机的土仓内，通过数值读出土仓内的实时压力情况，并将数据传送给控制中心。控制中心可根据这些数据调节土仓中的土壤流动速度，以保持土仓压力的平衡。

除了使用压力传感器之外，还可以使用闸阀和刮板等装置来控制土仓的土壤流动速度和方向。通过调整闸阀和刮板的位置，可以控制土仓中土壤的流动和停留时间，从而达到平衡土仓内的压力的目的。

土压平衡盾构技术的应用已经相当成熟，但施工过程仍然存在不可预知的因素，这些因素可能会对土仓压力造成影响，进而影响施工的安全与效率。因此，在土仓压力测试过程中，需要密切关注测试数据的变化及其原因，并及时调整施工方案，确保隧道施工进程的稳定。

土压平衡盾构土仓压力变化对周围土体位移的影响

1825 年法国工程师M.A.Rrunel 发明盾构法施工，而后盾构法经历了从手掘式、挤压式、气压式土压平衡和泥水加压式的盾构。1894 年，盾构法首次应用到地铁隧道建设中，到20世纪80 年代末，大约有32 个国家和地区的81 座城市修建了290 条地下铁道线路，总长计5000km，这些隧道基本上都是用盾构法施工完成的[1][2]。 虽然盾构施工技术经验越来越丰富，但盾构推进仍不可避免会对周围环境产生扰动，改变土体的应力状态，而土体扰动和固结必将引起土体位移，当土体位移超过一定范围时，会危及地铁结构本身以及邻近建(构)筑物、道路、桩基和地下管线等的安全与正常使用，使邻近建筑和公用设施倾斜、扭曲等，从而引起一系列环境效应问题[3][4]。 因此很有必要对盾构施工对周围环境的影响因素进行深入分析，而土仓压力就是关键因素之一。研究盾构施工过程中土仓压力变化对周边土体的影响有很重要的意义，而数值模拟方法不失为一种好的方法[5][6]。 本文依托某地铁施工项目，运用Flac3d 数值模拟软件，分析了土仓压力的变化对土体位移的影响，得出了一些有用结论。 1 工程概况 本标段全长3094 米，线路大致呈东西走向，包含181.2m 段明挖工程、871.3m 的暗挖隧道工程（其中预埋段暗挖隧道240.8m、拱形段暗挖隧道630.5m）、2026.5m 盾构隧道。 本标段沿线地层均为第四系全新统、上更新统冲洪积层和第四系全新统人工堆积层，下伏基岩为上第三系中上新统砾岩，剥蚀面埋深在隧道出口一带为30～40m，宣武门附近为70m。 浅埋暗挖隧道主要穿越的地层为：砂卵石层，向西隧道拱部进入粘土层。 盾构隧道主要穿越的地层为：圆砾、卵石土层；向西卵石粒径逐渐加大。 设计勘察实测到一层地下水，为层间潜水。水位标高为21.36～21.71m（水位埋深为23.13～24.31）。含水层主要为卵石⑦层、圆砾⑦1 层、卵石⑨层、圆砾⑨1 层、卵石⑾层、圆砾⑾1 层及其所夹砂层。该层地下水主要接受侧向径流补给及越流补给，以侧向径流方式排泄。地下水流向自西向东。 采用双线单圆盾构，内径（直径）为9.6m，外径（直径）为10.7m，衬砌管片宽度1.5m；衬砌环共分为9 块，由6 块标准块（A 型管片）、2 块邻接块（B 型管片）、1 块封顶块（K型管片）组成，封顶块设在与竖直方向成28.8°处。A、B 型管片的夹角为43.2°，每块重约8.0t。封顶块的拼装形式有径向楔入和纵向插入两种，经比较后采用纵向插入式。衬砌环的拼装形式采用错缝和通缝两种，除特殊地段采用错缝拼装外，其余均采用通缝拼装。 2 计算模型和计算参数 2.1 模型建立模型以隧道中心为原点，水平向右为X 轴方向，沿隧道轴向向内为Y 轴正方向，垂直向上为Z 轴正方向。隧道采用盾构法施工，衬砌管片为单层C50 钢筋混凝土通用管片；本构模型采用莫尔-库仑准则；应力边界条件为：竖直方向按土层自重应力，考虑到地面建筑较为密集，故在地秒施加一定的均布压力来模拟地面超载，按1m 厚度土层考虑；位移边界为：模型顶面自由，四周约束各边界面的法向位移，底面完全约束。整个模型范围大小为71m×60m×42m，共划分网格单元82560 个，节点86716 个，上表面取至地表面，该处按实际隧道埋深取16.2m；下面取至隧道底部以下16.2m；横向取至隧道外侧30.7m；沿线路纵向取60m，见图1，整个开挖过程分40 步，每步开挖长度为1.5m，也就是一个管片的长度。 2.2 计算参数数值模拟计算中土层参数的选择主要依据现场实验和实验室的测试结果，区间土层竖向分为10 层，土层相关参数如表1 所示，施工过程模拟所需参数如表2 所示。 2.3 模拟计算方法要想完全模拟整个施工过程很难做到，因此可以做适当简化，以便于数值模拟而又能够使模拟阮籍基本反应施工过程，不失其规律性。在本文中，通过调整开挖面顶推力的大小来模拟土仓压力，通过调整等代层的厚度来反应注浆效果的影响。以下是开挖过程模拟的flac 程序实现过程。 初始地应力之后要首先将个节点位移清零，整个开挖过程分40 步，每步开挖长度为1.5m，也就是一个管片的长度。每步都是瞬间开挖完成，然后运行一定时步，使围岩应力得到一定程度释放。再施加管片，完成一步开挖。完整的开挖流程为： （1）使用model null 命令将等代层以内的土体全部挖出；

土压平衡盾构土仓压力设定与控制

土压平衡盾构土仓压力设定与控制 土压平衡盾构是一种用于地下隧道开挖的先进施工技术。在盾构机挖进土体的过程中，为了保证人员和设备的安全，需要通过设定和控制土仓压力来保持平衡。本文将介绍土压平衡盾构土仓压力的设定与控制的方法。 一、土压平衡盾构土仓压力设定的目标 土压平衡盾构土仓压力设定的目标是在盾构机挖进土体的过程中，保持土压平衡，即土压力与地下水压力之间的差值不超过一定范围。这样可以有效控制土体的变形和沉降，保证隧道的稳定施工。 二、土压平衡盾构土仓压力设定的方法 1. 理论计算法：根据盾构机的挖进速度、土体性质和地下水压力等参数，通过理论计算得出合理的土仓压力设定值。这种方法相对简单，但需要精确的参数输入和土质性质的准确评估。 2. 经验法：根据历次相似工程经验，结合地质勘察结果，设定合适的土仓压力。这种方法适用于类似地质条件下的盾构施工，但需要经验丰富的专业人员进行判断。 3. 反馈控制法：利用传感器测量土仓压力和地下水压力，通过实时反馈控制系统对土仓压力进行调整。这种方法可以根据实际情况灵活调整土仓压力，但需要高精度的传感器和快速响应的控制系统。 三、土压平衡盾构土仓压力控制的方法

1. 主动控制：根据土仓压力设定值，通过改变土仓内部的工作压力来控制土仓压力的变化。这种方法可以实现对土仓内部的土体压力进行主动调节，但需要有稳定的供土系统和准确的土压力控制装置。 2. 被动控制：在土仓内设置排土管，通过调节排土管的开闭程度来控制土仓压力的变化。这种方法相对简单，但需要准确把握土仓内外土体的平衡关系，以防止排土管过度开启引起土层失稳。 3. 水封控制：在土仓与盾尾之间设置水封装置，通过调节水封压力来控制土仓压力的变化。这种方法可以实现对盾尾处土仓压力的有效控制，但需要稳定的供水系统和精确的水封装置。 四、土压平衡盾构土仓压力设定与控制的注意事项 1. 土仓压力设定值应根据实际地质条件和施工需求进行合理确定，避免过大或过小造成隧道沉降或土体塌陷。 2. 土压平衡盾构施工中需要严格监测土仓压力和地下水压力的变化，及时调整设定值和控制方法。 3. 土压平衡盾构施工过程中需要稳定供土系统、排土系统和水封系统的运行，以保证土仓压力的设定和控制。 4. 盾构机设备和控制系统需要具备高精度、快速响应和可靠稳定的性能，才能满足土仓压力的设定和控制需求。 总之，土压平衡盾构土仓压力设定与控制是保证盾构施工安全

盾构施工控制措施

盾构施工控制措施 1、盾构机建压措施 土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，利用这种泥土压与作业面地层的土压与水压平衡。同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持开挖面土体的稳定。 （1）土压平衡模式下土仓压力的控制方法 土仓压力控制采取以下两种操作模式： ①通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时盾构的推进速度人工事先给定。 ②通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时螺旋输送机的转速人工事先给定。 掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。 （2）掘进中排土量的控制 排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。根据对碴土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。 理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和土仓压力值P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N： QS根据碴土车的体积刻度来确定。 QS应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当，即: Q0=A Vn0 A-切削断面面积 n0-松散系数 V-推进速度 通常理论排土率用K =QS/Q0表示。 理论上K值应取1或接近1，这时碴土具有低的透水性且处于好的塑流状态。事实上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符，当碴土处于干硬状态时，因摩擦力大，碴土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量，以使之接近Q0，这时Q0＜QS，K＞1。当碴土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，碴土自身有一个向外流动的能力，从而碴土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量，这时Q0＞QS，K＜1。此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量。当碴土的流动性非常好时，由于螺旋输送机对碴土的摩阻力减少，有时会产生碴土喷涌现象，这时转速很小就能满足出土要求。 碴土的出土量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，

一般土压平衡盾构机工作原理

一般土压平衡盾构机工作原理 ⏹ 1.4 土压平衡盾构 ⏹土压平衡盾构是在机械式盾构的前部设置隔板，在刀盘的旋转作用下，刀具切削开 挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土，依靠盾构千斤顶的推力通过隔板给土仓内的土碴加压，使土压作用于开挖面以平衡开挖面的水土压力。 ⏹土压平衡工作原理 ⏹刀盘旋转切削开挖面的泥土，破碎的泥土通过刀盘开口进入土仓，泥土落到土仓底 部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停在轨道上的碴车上。盾构在推进油缸的推力作用下向前推进。盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压、承受地下水的水压以及将地下水挡在盾壳外面。掘进、排土、衬砌等作业在盾壳的掩护下进行。 ⏹ ⏹通过调整排土量或开挖量来直接控制泥土舱内的压力，并使其与开挖面地层水、土 压力相平衡，同时直接地利用泥土舱的泥土对开挖面地层进行支护，从而使开挖面土层保持稳定。 ⏹ ⏹ 1.4.1 土压平衡盾构机组成 ⏹土压平衡盾构主要由刀盘及刀盘驱动、盾壳、螺旋输送机、皮带输送机、管片安装

机、推进油缸、同步注浆系统和辅助装置等组成。 ⏹适用：软土、软岩（含水/不含水）地层的隧道开挖与衬砌 ⏹Φ4.33m加泥式土压平衡盾构 ⏹ 1.4.2土压平衡盾构（EPB）工作原理 ⏹土压平衡盾构的工作原理 ⏹通过调整排土量或开挖量来直接控制泥土舱内的压力，并使其与开挖面地层水、土 压力相平衡，同时直接地利用泥土舱的泥土对开挖面地层进行支护，从而使开挖面土层保持稳定。 ⏹EPB工作原理图 ⏹EPB ⏹ 1.4.3 土压平衡盾构特点 ⏹土压平衡盾构的特点： ⏹主要通过控制盾构开挖速度和螺旋输送机转速，达到控制土压的目的 ⏹整体结构 ⏹ 1.5 盾构机的构造 ⏹土压平衡盾构机构成： ⏹ 1.盾壳、盾构推进千斤顶、盾尾密封、铰接装置、人员舱 ⏹ 2.刀盘和刀盘驱动支承机构 ⏹ 3.螺旋输送机 ⏹ 4.管片拼装机 ⏹ 5.后配套设备。 ⏹ 盾壳是一个用厚钢板焊接而成的圆筒，是盾构受力支撑的主体结构。

土压平衡盾构机主要技术参数的选择

土压平衡盾构机主要技术参数的选择 盾构法施工将掘进设备通过竖井送到地下一定深度后可做长距离水平掘进，具有机械化施工、隧道形状准确、质量高、衬砌经济、对地面建筑物影响可能最小、对环境无不良影响、保持水位、噪声小，对工作人员较安全等特点，近lO余年在国内城市的地下铁路建设中广泛采用，它的优点得到了广泛的认可。 土压平衡(EPB)盾构机具有封闭的土仓，其基本工作过程是通过旋转的刀盘切削前方的土体，油缸推进刀盘实现掘进，同时使土体从刀盘开口处进入并充满土仓，在油缸的推力下仓内土体保持一定的压力用来平衡前方的土压力和水压力通过添加外加剂并搅拌土体使其具有适宜的流动性和不透水性，然后在基本保持土压平衡的条件下从螺旋输送机排出土体。成洞后由盾构壳体支撑围岩，在盾构的尾部进行结构衬砌组装施工，同时对结构与围岩问的缝隙注浆填充，最后实现设计的线路及其结构尺寸要求。 土压平衡盾构适合的岩土条件在粘土到砂、中砾石的范围之间，当压力最大为2bar时，水渗透系数不应超过10-5m ／s[3]。水渗透系数过太时加处理剂会在工作面前面流掉，故不可能建立起支撑土压。大的卵石会卡住螺旋输送机，地层

条件变化时施工风险大，所以EPB盾构设备一般需要根据施工区段的地质情况及施工组织进行专项设计制作。根据北京地区的地质特点及地铁穿越的地层主要为粘土、砂、砾石等现状，我们确定选用土压平衡式盾构，以下就盾构设备选购涉及到的主要技术参数的确定谈几点体会。 1 EPB盾构基本构成 EPB盾构机由主体和后配套系统组成盾构机的主体结构由切削刀盘、切口环和支撑环(前体和中体)、盾尾构成，切削刀盘与切口环之间的空间为土仓。后配套系统包括测量、同步注浆、泡沫泥浆注入、液压、盾构机控制系统以及压缩空气、强弱电控制输配、洞内通风等系统。 表1列举了在选购EPB盾构设备时需考虑的各系统主要技术参数。 2 切削刀盘 2.1 刀盘基本类型的选择 土压平衡式盾构采用的刀盘形式主要有胸板式和辐 条式两种。胸板式是保持刀盘的面板，在刀头切削位置留洞进土．对前方土体有一定的支撑作用，防止大块土塌方。但开口率小的胸板式刀盘在粘土层容易产生土粘在板上的问题．进土效率较低，所以在粘土层常选用辐条式刀盘或开口率大的胸板式刀盘。辐条式刀盘将刀具沿径向布置在4～6根辐条上，开口率较大，切削下来的土料很容易进人土仓，在

土压平衡式盾构学习

盾构土木知识培训 1、土压 盾构掘进过程中土仓压力的控制数据是根据盾构机的埋深，按照土力学（土压力＋水压）计算出，掘进过程中要求土压控制基本平稳，严禁出现忽高忽低的现象发生，盾构操作手根据土仓压力的变化情况调整螺旋机的出土速度，要求土压变化量控制在技术交底数值的上下范围0.1bar内，操作手在掘进过程中，尽量使掘进速度与螺旋机的出土速度保持一个平衡状态，当掘进即将完成需要停机进行管片拼装时，操作手需要根据管片拼装需要的时间长短，在停机前操作手应将土仓压力建立的压力适当提高，因盾构机操作面板反映出的土仓压力，往往包含有气压的成分，盾构机在停机期间，气体的扩散会造成土压的降低，如果停机前不对土压适当提高，当再次恢复掘进时，很可能土仓压力下降较大，出现土仓压力与掌子面水土压力不平衡现象，在软土地层或松散沙层地质条件下可能会出现土体的下沉，造成地表沉降。 对土压平衡式盾构而言，一个重要的因素就是要使密封仓内的土压力和开挖面的水土压力保持动态平衡。如果密封仓内的土压力大于开挖面的水土压力。地表将发生隆起；反之，如果密封仓内的土压力小于开挖面的水土压力。地表将发生沉陷。 土舱内的土压通过传感器来进行测量，并通过控制推进油缸的推力、推进速度、螺旋输送机转速来控制的。 土仓压力大于水压力和土压力之和，则地面隆起。

土仓压力小于水压力和土压力之和，则地面下沉。 土压力的计算主要考虑地层土压、地下水压、预先考虑的预备压力。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，根据隧道埋深的不同，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。 土仓理论压力计算： 土仓压力P＝(γ土h＋σ外) ξ＋γ水h 式中：γ土：土溶重 γ水：水比重 h：埋深 σ外：外荷载 ξ：土的静止侧压力系数,砂层0.34-0.45.粘土0.5-0.7 由于施工存在许多不可预见的因素，致使施工土压力小于原状土体中的静止土压力。按照施工经验，在计算土压力时，通常在理论计算的基础之上再考虑100～200 N／m2的压力作为预备压力。 本工程土压始发时为0.7-1.4bar. 2、出土量控制 掘进出土量是掘进过程中需要重点控制的项目之一，很多事故的造成往往是因为出土量没有很好的得到控制，最终造成出土量超方，出土超方现象在软土地层更容易发生，根据施工经验，出土量一旦超方，必定会造成地面的沉降，因此，施工过程中因严格控制出土方量的控制。 盾构掘进的出土量要求掘进的距离与出土量在过程中保持平衡，有时也可能会出现掘进一整环的出土量没有超方，但如果在掘进过程中出现仅掘进1米，出土量已接近整环的出土量，在后段的掘进过程中操作手为保证出土不超方很可能会刻意的少出土或者不出土掘进，

土压平衡盾构土仓压力

土压平衡盾构土仓压力 随着城市建设的不断发展，地下建筑的建设也变得日益重要。在地下建筑中，盾构隧道在城市道路、地铁、隧道等领域中广泛应用。在盾构隧道施工过程中，一项重要的技术就是土压平衡盾构技术。在这种技术中，土仓是土压平衡盾构中的关键设备之一，其作用是保证施工中隧道周围的土壤不塌方，防止地面陷落和损害建筑物。 土压平衡盾构主要是通过将机械盾构机推进至需要建设的地下空间，然后沿着斜向或水平方向钻进土壤中。在钻进土壤的同时，机械盾构机利用盾构机前端的盾构壳将土层推挤到机械盾构机后方的土仓中。随着机械盾构机不断前进，土仓中的土壤不断增加，从而形成了一种动态平衡的土压力，它避免了地下空间中的水和泥浆流入到隧道中，同时也保证了施工安全。 在土压平衡盾构技术中，土仓压力是一个重要的参考指标。如果土仓的压力太小，就可能会导致隧道周围的土层发生坍塌，从而影响施工进程。反之，如果土仓的压力太大，就容易导致管片的破损和变形等情况。因此，在施工前需要对应的建筑工程材料和设备进行检查和测试，以确保施工过程中土仓压力的稳定性。 在土仓压力测试中，一种常用的方法是使用压力传感器。压力传感器可安装在机械盾构机的土仓内，通过数值读出土仓内的实时压力情况，并将数据传送给控制中心。控制中心可根据这些数据调节土仓中的土壤流动速度，以保持土仓压力的平衡。 除了使用压力传感器之外，还可以使用闸阀和刮板等装置来控制土仓的土壤流动速度和方向。通过调整闸阀和刮板的位置，可以控制土仓中土壤的流动和停留时间，从而达到平衡土仓内的压力的目的。 土压平衡盾构技术的应用已经相当成熟，但施工过程仍然存在不可预知的因素，这些因素可能会对土仓压力造成影响，进而影响施工的安全与效率。因此，在土仓压力测试过程中，需要密切关注测试数据的变化及其原因，并及时调整施工方案，确保隧道施工进程的稳定。

土压平衡式盾构机的工作原理

土压平衡盾构机的工作原理 一、盾构机的工作原理： 1、盾构机的掘进 液压马达驱动刀盘旋转，同时启动盾构机推进油缸，将盾构机向前推进，随着推进油缸的向前推进，刀盘持续旋转，被切削下来的碴土充满泥土仓，此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上，后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中，再通过盾构井口垂直运至地面。 2、掘进中控制排土量与排土速度 当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时，开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大，当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时，开挖面就能保持稳定，开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起，这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时，开挖工作就能顺利进行。 3、管片拼装 盾构机掘进一环的距离后，通过管片拼装机通缝或错缝拼装单层衬砌管片，使隧道—次成型。 二、盾构机的组成及各组成部分在施工中的作用 盾构机的刀盘直径为6.28m,总长80余m,其中盾体长8.5m,后配套设备长72m，总重量约480t，总配置功率1577kW，最大掘进扭矩5300kN・m，最大推进力为36400kN，最快掘进速度可达8cm/山皿。

盾构机主要由9大部分组成，他们分别是刀盘、盾体、刀盘驱动、双室气闸、管片拼装机、排土机构、后配套装置、电气系统和辅助设备。 1.盾体 盾体主要包括前盾、中盾和尾盾三部分，这三部分都是管状筒体，其外径是分别为6250mm、6240mm和6230mm。前盾和与之焊在一起的承压隔板用来支撑刀盘驱动，同时使泥土仓与后面的工作空间相隔离，推进油缸的压力可通过承压隔板作用到开挖面上，以起到支撑和稳定开挖面的作用。承压隔板上在不同高度处安装有五个土压传感器，可以用来探测泥土仓中不同高度的土仓压力值。前盾的后部是中盾，中盾和前盾通过法兰以螺栓连接。中盾内侧的周边位置装有推进油缸，推进油缸杆上安有塑料撑靴，撑靴顶推在后部已安装好的管片上，通过控制油缸杆向后伸出可以提供给盾构机向前的掘进力。推进油缸按照安装布置被分成A、B、C、D四组，掘进过程中，在操作室中可单独控制每一组油缸的压力，这样盾构机就可以实现左转、右转、抬头、低头或直行，从而可以使掘进中盾构机的轴线尽量拟合隧道设计轴线。中盾的后部是尾盾，尾盾通过14个被动跟随的铰接油缸和中盾相连。这种铰接连接方式使盾构机易于转向。 2.刀盘 刀盘是一个带有多个进料槽的切削盘体，位于盾构机的最前部，用于切削土体。刀盘的开口率一般为30%左右，刀盘直径6280mm，它是盾构机上直径最大的部位。一个带四根支撑条幅的法兰板用来连接刀

盾构施工土压力确定

土压平衡盾构施工土压力的确定 摘要：在土压平衡盾构施工中，设置合理的施工土压对控制地表沉降有非常重要的意义。本文通过对地层土压力、水压力的计算原理分析，确定出土压平衡盾构施工土压力的设置方法，最后结合现场施工对设置方法进行简单的验证。 关键词：土压平衡盾构施工土压力确定 1、概述 土压平衡盾构工法具有对地面、地下环境影响小、掘进速度快、地表沉降小等特点，已经越来越多地应用于城市地铁施工领域。土压平衡盾构施工中，合理设置施工土压对控制地表沉降有非常重要的意义。 土压平衡盾构施工过程中，施工土压力的设定遵循以下原则： a.土仓内的土压力应可以维持刀盘前方的围岩稳定，不致因土压偏低造成土体坍塌、地下水流失。 b.土仓内的土压应尽可能低，以降低掘进扭矩和推力，提高掘进速度，降低土体对刀具的磨损，以最大限度地降低掘进成本。 因此，对盾构土仓内的土压力值的确定，就显得十分重要。 2、地层土压计算 地层压力的计算原理有多种，目前我国铁路隧道设计规范是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。根据隧道的埋置深度不同，将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道；然后根据隧道的具体情况，采用不同的计算方式进行地层土压计算[1]。 2.1深埋隧道的土压计算 对于深埋隧道，一般根据隧道围岩分类和隧道结构参数，按照《铁路隧道设计规范》的计算公式计算围岩竖直分布松动压力和水平松动压力。 地层的水平侧向力为： σ = q×0.41×1.79Sω 水平侧向力 式中， S—围岩级别，如Ⅲ级围岩，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，当B<5m时，取i=0.2，当B>5m，取i=0.1； q—根据围岩级别确定的水平侧压力系数，具体见表1： 2.2.1主动土压力与被动土压力 盾构隧道施工过程中，刀盘扰动改变 了原状天然土体的静止弹性平衡状态，从 而使刀盘附近的土体产生主动土压力或被 动土压力。 盾构推进时，如果土仓内土压力设置 偏低，工作面前方的土体向盾构刀盘方向产生微小的移动或滑动，土体出现向下滑动趋势，为了抵抗土体的向下滑动趋势，土体的抗剪力逐渐增大。当土体的侧向应力减小到一定程度，土体的抗剪强度充分发挥时，土体的侧向土压力减小到最小值，土体处于极限平衡状态，即主动极限平衡状态，与此相应的土压力称为主动土压力Ea，如图1所示。 盾构推进时，如果土仓内土压力设置偏高，刀盘对土体的侧向应力逐渐增大，刀盘前部的土体出现向上滑动趋势，为了抵抗土体的向上滑动趋势，土体的抗剪力逐渐增大，土体处于另一极限平衡状态，即被动极限平 衡状态，与此相应的土压力称为被动土压力 Ep，如图2所示。 2.2.2主动土压力与被动土压力计算： 根据盾构的特点及盾构施工原理，结合我 国铁路隧道设计、施工的具体经验，采用朗 金理论计算主动土压力与被动土压力。 盾构推力偏小时，土体处于向下滑动的极限平衡状态。此时，土体内的竖直应力σ z 相当于大主应力σ 1，水平应力σ a 相当于小主应力σ 3 。水平应力σ a 为维持刀盘前方的土 体不向下滑移所需的最小土压力，即土体的主动土压力： σ a =σ z tan2（45°-φ/2）-2ctan（45°-φ/2） 式中， σ z －深度z处的地层自重应力；

论述土压平衡盾构机带压开仓

论述土压平衡盾构机带压开仓 1带压开仓作业 1.1带压进仓地点的选择 根据地质补勘及详勘资料，拟定在进入基岩凸起段前后进行刀具检查和更换，具体位置根据掘进的各项参数与实际出渣情况确定。开仓时选择在透水性、富水性、渗透系数相对较小的地层进行带压进仓作业。同时应避开建构筑物、管线和水井等影响范围。 1.2盾构密封 1.2.1盾尾密封 1.2.1.1盾尾刷密封 本工程盾尾内径为6430mm,管片外径为6200mm,盾尾密圭寸由3道密封钢刷，最大耐压达到20ar。停机前对盾构刷密封情况进行检查,确保密封严密。在加压过程中注意观察盾尾刷密封情况,是否存在漏气。 1.2.1.2加強同步注浆 在掘进到停机点前10环时对同步注浆系统进行检查，重点检查6根注浆管路是否正常运行。如果出现了管路不通等情况，浆泵无力，冲程数与实际泵送放量差距较大等情况，进行管路疏通和注浆泵的全面清洗，使整个注浆系统各个处于优良的工作状态。在掘进到停机点前5 环时对整个膨润土系统进行检查，包括刀盘前方和盾体周围两个方向的膨润土管路和膨润土泵的运转情况。整个系统的各部分检查就绪后进行试注浆。试注浆过程中主要是观察各管路的压力是否正常，如果压力过大或者过小都必须对系统进行调试，同步注浆压力一般大于水土压力lbar。 同步注浆浆液的配比根据现场情况确定，初凝时间控制在6h左右。盾构机的开挖直径为6.48m，管片外径为6.2m，管片的宽度为1.2m，每环的理论注浆量为3.34m3,注浆量取环形间隙理论体积的 1.3〜1.8倍，即每环同步注浆量4.342m3〜6.012m3,为了保证换刀的气

密性，每环的注浆量取6.1m3,同步注浆压力控制大于水土压力lbar左右。从停机点前3环开始，同步注浆应连续不中断，并且要尽量保证 掘进的连续性以保证注浆的连续与饱满。 1.2.2铰接密封 盾构机铰接有12组油缸组成，铰接系统工作压力高达6.Sbar，铰接密封型式采用2道双唇橡胶密封并具备紧急充气功能。盾构机铰接 采用集中自动润滑的方式进行。建压前对铰接密封进行检查，在加压过程中注意观察盾尾刷密封情况，是否存在漏气。 1.2.3管片二次注浆 在掘进至开仓位置后对拖出盾尾的2〜5环管片进行二次注浆封堵，防止盾尾的来水通过盾壳与开挖面的间隙流至刀盘，注浆采用水泥、水玻璃双液浆进行封堵。盾尾二次注浆根据土仓压力控制注浆压力，以防浆液注入刀盘，刀盘应慢转。 1.2.4盾体径向注浆 利用径向注浆孔注入衡盾泥或克泥效，对盾体进行包裹从而封堵 盾体周围土体来水。盾体径向注浆封堵时根据土仓压力控制注浆压力以防浆液注入刀盘，刀盘应慢转。 1.3保压作业技术 1.3.1压力设置 1.3.1.1根据地下水位和地质条件，确定进仓时仓室内需要保持的 气压。地层不稳定时，根据水土合算重新计算压力。 1.3.1.2掘进工作模式下，开挖仓压力P根据掌子面水土压力确定，其上限值Pmax为静止土压力，其下限值Pmin为主动土压力。根据朗肯土压力计算公式进行计算。根据本工程地质条件，盾构区间土压力采用水土分算。 计算切口上限值和下限值，实际取值介于理论计算值的上、下限 之间，取两者平均值。 1.3.1.3盾构的以下系统必须处于待命状态：气闸系统，低压空气 系统。

盾构施工中相关计算

盾构施工中相关计算 土仓压力的计算 出土量的计算 每环注浆量的计算 注浆速度的计算 对土压平衡式盾构而言，一个重要的因素就是要使密封仓内的土压力和开挖面的水土压力保持动态平衡。假如密封仓内的土压力大于开挖面的水土压力，地表将发生隆起;反之，假如密封仓内的土压力小于开挖面的水土压力，地表将发生沉陷，通过最近的学习和资料的收集，对现有的地仓压力计算作一下结合。已便结合以后施工提供数据，将理论与实践结合，得到适合西安地区的土仓压力计算模型。 1.土仓压力设定的原则 在盾构施工过程中，掘进时土压力设定的通用原则:在选择掘进土压力时重要考虑地层土压力、地下水压力(孔隙水压力)，并考虑预备压力;土仓内的土压力可以维持刀盘前方的围岩稳定，不致于因土压偏低导致土体坍塌、地下水流失;为了减少掘进扭矩、推力，提高掘进速度，减少土体对刀具的磨损，土仓内的土压力应尽也许得低，以使掘进成本最低。 总体而言，土仓压力控制如下图所示：

土压平衡盾构正面推动力可表达为： ()i z w N P P P =-+ 式中： i P — 密封舱土压力，kPa; z P — 开挖面侧向静止土压力，kPa; w P — 开挖面水压力，kPao 为使开挖面保持稳定，理论上应尽量满足0N =。 2.土仓压力计算 通常在设定土仓压力时重要考虑地层土压力、地下水压以及预先考虑的预备压力。 地层土压力的计算： 地层土压力的计算是最为复杂，采用不同的计算模型就会有不同的结果，根据高等土力学中的知识，可以选择以下三种计算方法： 静止土压力 在静止的弹性平衡状态下天然土体的土压力，在深度z 处，其竖

直面的应力，即静止土压力为： 0z k z σγ= 式中： γ— 土的有效重度，3/kN m ； z — 埋深，m ； 0k — 土的静止侧压力系数 静止侧压力系数0k 的数值可通过室内的或原位的静止侧压力实验测 定，在施工岩土勘察报告中均会给出。 0k 也可按经验拟定:砂0.34-0.45;硬粘土、压密砂性土0.5-0.7;极软粘土、松散砂性土0.5--0.7。 以本工程为例，无水砂砾石地层中0k =0.4，埋深约为10.5 m ， 砂砾石的重度为213/kN m 。代入得z σ＝88.22/kN m 库伦土压力 采用库伦土压力理论计算积极土压力与被动土压力。在施工过程中，由于施工的扰动，改变了原状天然土体的静止弹性平衡状态，从而使刀盘前方土体产生积极或被动土压力。 当盾构推力偏小，土体处在向下滑动的状态时，土压力将由静止土压力逐渐减小，当土体达成积极极限平衡状态并出现滑动面时，土压力减至最小，即转变成为积极土压力。此时土体内的竖直应力z σ相称

盾构掘进土压力计算

土压力计算方法二公式说明 一、 计算公式 根据土压平衡盾构的工作原理，土仓压力需要与开挖面的正面水土压力平衡以维持开挖面土体的稳定，减少对土层的扰动。 基于力学原理，正面水土压力的理论值为： H q H K P P P w w w c γγ++=+=)('0 （式1） 式中c P 为土压力，w P 为水压力。 )('q H K P w c +=γ （式2） 式中w K 为静止土压力系数，一般通过试验确定，无试验资料时，可按参考值选取；砂土取0.35～0.45；粘性土取0.5～0.7，也可利用半经验公式'sin 1ϕ-=w K 计算，式中，'ϕ为土体的有效内摩擦角。'γ为土的有效重度，单位3/m KN H 为计算点土层厚度。q 为连续均布荷载。 H P w w γ= （式3） 式中w γ为水的重度，H 为计算点土层厚度。 二、 星会区间湖底掘进计算模型考虑 2.1. 计算模型 盾构机掘进穿越金鸡湖底施工，从地质纵断面图看盾构机主要通过④2粉砂层及⑤粉质粘土层，开挖面的正面水土压力考虑分为三部分，一为金鸡湖水；二为①1淤泥层，三为其他土层（包括①2素填土、③1粘土、③2粉质粘土、④1粉土、④2粉砂、⑤粉质粘土）。 2.2. 竖向分层计算原则 静止土压力分层计算模式为：第一层按照均质土方法计算，计算第二层土土压力时，将第一层土换算成与第二层的性质指标相同的当量土层厚度'1h ，即

2 11'1γγh h =，然后按换算后第二层土的厚度计算第二层范围的土压力，依此类推。 在本计算实例中，第一层金鸡湖水视为连续均布荷载） （Pa *10*3^101h q =；式中1h 为水深。 第二层为①1淤泥层，该层厚度为2h ，根据地质勘察报告，该层湿密度为3/38.1cm g =ρ，则重度为342/1038.1m KN ⨯=γ。 第三层为其他土层，该层厚度为3h ，计算该层范围土压时土层厚度32'393 .138.1h h h +⨯=，根据地质勘察报告，该层平均湿密度为3/93.1cm g =ρ，则重度为343/1093.1m KN ⨯=γ。 2.3. 水、土压力计算厚度考虑原则 根据2.2得： )()7.0~5.0('33q h P c +⨯=γ （式4） 水压力计算公式H P w w γ=中H 为金鸡湖底至盾构机刀盘中心厚度。 盾构机实际掘进施工管理土压力还需要考虑地层条件的变化，施工参数等的影响，其表示为0'0P P α=，式中α为考虑土体扰动后的性质变化、盾构机推进速度、超载状况等因素时正面水土压力的动态调整系数。一般根据实测地面沉降及位置控制标准判定正面压力的合适性，随时作相应调整。

盾构机土压力计算

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-Sω 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B<5m 时，取i=0.2，B>5m,取i=0.1。 2.1.2深埋隧道的土压计算

土压盾构相关参数计算

盾构关键参数的计算 1.1说明 盾构工作过程的力学参数计算是一个非常复杂的问题，由于地质因素、土层改良方法、掘进参数等一系列因素的影响，在盾构参数计算方法上存在很多不确定因素。至今应用的盾构参数计算方法在很大程度上只是处于研究、探索阶段，甚至很大程度上是一些经验性的计算方法。以下的计算在参考盾构生产厂家提供的有关计算资料及其它相关文献资料的基础上，根据南京地铁三号线地质勘察报告，结合我单位南京地铁二号线盾构施工经验，按照盾构厂商提供的设计方案来进行关键参数的校核计算。 1.2推力计算 1.2.1盾构外荷载的确定 由于盾构工程沿线的隧道埋深差别很大，在埋深最深处的隧道顶部的覆土厚度约为33m，而在较浅处的隧道顶部距地面约为9.3m。根据常用算法，盾构的外部荷载将按照最大埋深处的松动土压和两倍盾构直径的全土柱高产生的土压计算，并取两者中的最大值作为盾构计算的外部荷载。 在新庄站—市政府站区间最大埋深位置在K19+342处，此处隧道处于全断面岩层中，上部覆土为②-lb2-3、②-lc2-3.②-2b4、③-lhl-2.③・2b2、③-3el、③-3al-2地层，埋深约33m ,所以对盾构计算取此断面埋深为最大埋深值。软土计算中地质参数均按照此断面的③-3al-2号地层选取如下： 岩土容重. / = 1S.9KN//r?3 岩土的内摩擦角：(p=17.6°

土的粘结力：c=47KN/ni2 覆盖层厚度：仏=33加 地面荷载： 4 = 20KN/府 水平侧压力系数： 2 = 0.45 盾构外径：D = 6.4/M 盾构主机长度：厶= 7.38〃？ 盾构主机重量：W=350t 经验土压力系数：K° = l 松动土压（泰沙基公式）计算： ><（1一£-心曲側5））+ P Q 5K°x/g0 其中 Bl=Rxctg[(45°+

<2xD=18.9x2x6.4=242(KN/ni2) •・• Pq > P s 二取号作为计算的数据。再加上地面荷载得盾构上部的土压为: Pv=242+20=262KN/m2

土压平衡盾构机技术规格及要求讲解

土压平衡盾构机技术规格及要求 1.土压平衡盾构机（以下简称盾构机）技术要求的说明 1.1盾构机技术要求以南昌轨道交通工程、周边环境及地质条件要求，兼顾满足南昌轨道交通其他线路区间、周边环境及地质条件要求及各项施工条件。 1.2本技术要求为南昌轨道交通3号线盾构区间掘进的盾构机最低技术规格和施工要求。 1.3本技术要求对盾构机部件结构不作具体的规定，但其必须满足本标准对盾构机所需的功能、性能、配置等要求。 1.4本技术要求仅限于主要部件、总成、系统的功能、性能、配置等，未描述部分应自动满足南昌轨道交通3号线工程、周边环境及地质条件。 2.新机技术规格要求 2.1整机 ➢盾构机技术规格必须满足南昌轨道交通3号线工程、周边环境及地质条件要求，兼顾满足南昌轨道交通其他线路区间、周边环境及地质条件要求及各项施工条件。 ➢盾构机的各项安全性能指标必须满足国家及南昌地区相关安全使用和施工规范要求。➢盾构机应满足南昌地铁三号线管片规格：外径Φ6000mm，内径Φ5400mm，宽度1200/1500mm，纵向螺栓分度36°。 ➢盾构机最大推进速度应≤80mm/min。 ➢盾构机最小掘进转弯半径应≤250m；适用隧道纵向坡度应≥±45‰。 ➢盾构机最大工作压力应≥0.5Mpa。 ➢盾构机主要部件及总成使用寿命应≥10km或10000小时。 ➢盾构机主要部件应采用世界知名厂商品牌及产品。 ➢盾构机主要结构件材料应采用国内知名厂商品牌及产品。 2.2刀盘 ➢ 2.2.1基本结构 ➢刀盘支腿数量≥4个，≤6个。 ➢宜采用复合式刀盘，刀盘开口率应≥30%。 ➢复合式刀盘滚刀的安装刀座宜采用单楔块方式。软岩刀具的安装可采用螺栓紧固或销轴安装方式。