盾构隧道开挖面水土压力计算书
土压盾构项目用水量计算
土压盾构项目用水量计算摘要：一、引言二、土压盾构项目概述三、水量计算方法四、水量计算实例五、结论正文：一、引言随着我国城市建设的快速发展，土压盾构技术在城市地下空间开发中发挥着越来越重要的作用。
在土压盾构施工过程中，合理控制水量对于保证工程质量、降低成本具有重要意义。
本文将对土压盾构项目用水量计算方法进行探讨。
二、土压盾构项目概述土压盾构是一种在地下进行隧道开挖的施工方法，主要通过土压力来平衡开挖面土压力与盾构壳体承受力之间的差值。
在土压盾构施工过程中，需要对水量进行严格控制，以保证盾构掘进的稳定性和施工安全。
三、水量计算方法在土压盾构项目中，水量计算主要包括两个方面：一是盾构掘进过程中的水量，二是盾构掘进后土体改良所需的水量。
计算方法如下：1.盾构掘进过程中的水量盾构掘进过程中的水量主要取决于盾构机掘进的土体含水量、盾构机掘进速度和土压盾构的土压力。
具体计算公式如下：水量= 土体含水量× 盾构机掘进速度× 土压力2.盾构掘进后土体改良所需的水量盾构掘进后，为了保证隧道的稳定性和施工安全，需要对隧道周围的土体进行改良。
改良所需的水量主要取决于隧道周围的土体含水量、改良方式和改良范围。
具体计算公式如下：水量= 隧道周围土体含水量× 改良范围× 改良方式四、水量计算实例假设某土压盾构项目，盾构机掘进速度为3m/min，土压力为1.5MPa，隧道周围土体含水量为20%，改良范围为100m，改良方式为喷射改良，则可按照以下步骤进行水量计算：1.计算盾构掘进过程中的水量水量= 20% × 3m/min × 1.5MPa = 0.09m/min2.计算盾构掘进后土体改良所需的水量水量= 20% × 100m × 0.1m/m = 20m五、结论水量计算在土压盾构项目中具有重要意义。
通过合理的水量控制，可以保证盾构掘进的稳定性和施工安全，降低工程成本。
盾构掘进主要参数计算方式精编版
目录1、纵坡 (2)2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 (2)2.1深埋隧道土压计算 (3)2.2浅埋隧道的土压计算 (4)2.2.1主动土压力与被动土压力 (4)2.2.2主动土压力与被动土压力计算： (4)2.3地下水压力计算 (5)2.4案例题 (6)2.4.1施工实例1 (6)2.4.2施工实例2 (8)3、盾构推力计算 (10)4、盾构的扭矩计算 (10)1、纵坡隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以水平距离如图所示：隧道纵坡=（200-100）/500=2‰注：规范要求长达隧道最小纵坡>=0.3%,最大纵坡=<3.0%2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者总结出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：a、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道（一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋)；b、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力；c、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力；d、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力；e、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑0.010～0.020Mpa 的压力值作为调整值来修正施工土压力；f、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为：σ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整式中，σ初步设定－初步确定的盾构土仓土压力；σ水平侧向力－水平侧向力；σ水压力－地层水压力；σ调整－－修正施工土压力。
g、根据经验值和半经验公式进一步对初步设定的土压进行验证比较，无误时应用施工之中；h、根据地表的沉降监测结果，对施工土压力进行及时调整，得出比较合理的施工土压力值。
2.1深埋隧道土压计算深埋隧道σ水平侧向力= q×0.41×1.79Sωq—水平侧向力系数见表1i=0.2，当B>5m，取i=0.1；S —围岩级别，如Ⅲ级围岩，则S=32.2浅埋隧道的土压计算 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。
隧道盾构法施工土压力的计算与选择
２ 土仓压力计算方法
在设定土 仓 压 力 时 主 要 考 虑 地 层 土 压 、 地 下 水 压 （孔 隙 水 压 ）及预先考虑的预备压力。
２．１ 地层土压力
目前 ， 盾构施工中土压力计算尚无固定的方法 ， 不同国家和 地区盾构机型不同 ， 一般计算和参数取值方法也不尽相同。
２．１．１ 静止土压力
静止土压力为处于静止的弹性平衡状态下的原状天然土体
ｔｈｉｓ ｐａｐｅ ｒ ａｎａｌｙｚｅ ｓ ｔｈｅ ｅ ａｒｔｈ ｐｒｅ ｓ ｓ ｕｒｅ ａｎｄ ｅ ｍ ｐｈａｓ ｉｚｅ ｓ ｔｈｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｗ ａｙｓ ｏｆ ｔｈｅ ｓ ｔａｔｉｃ ｐｒｅ ｓ ｓ ｕｒｅ ， ａｃｔｉｖｅ ｐｒｅ ｓ ｓ ｕｒｅ ， ｐｌｅ ， ｔｈｅ ｐａｐｅ ｒ ｅ ｘｐｌａｉｎｓ ｈｏｗ ｔｏ ｃｈｏｏｓ ｅ ｔｈｅ ｅ ａｒｔｈ ｐｒｅ ｓ ｓ ｕｒｅ ．
隧道盾构法施工土压力的计算与选择
Ｓ ｅ ｌｅ ｃ ｔ ｉｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃａ ｌｃ ｕ ｌａ ｔ ｉｏ ｎ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｅａ ｒｔ ｈ Ｐ ｒｅ ｓ ｓ ｕ ｒｅ ｆｏ ｒ Ｓ ｈ ｉｅ ｌｄ Ｔｕ ｎ ｎ ｅ ｌｉｎ ｇ
宫秀滨１， 徐永杰１， 韩静玉２
ＧＯＮＧ Ｘｉｕ－ｂｉｎ １， ＸＵ Ｙｏｎｇ－ｊｉｅ １， ＨＡＮ Ｊ ｉｎｇ－ｙｕ ２ １． 鲁东大学 土木工程学院 ， 山东 烟台 ２６４０００ ２． 中铁隧道股份有限公司 ， 河南 新乡 ４５３０００ １．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅ ｅ ｒｉｎｇ， Ｌｕｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅ ｒｓ ｉｔｙ， Ｙａｎｔａｉ ２６４０００， Ｓｈａｎｄｏｎｇ， Ｃｈｉｎａ ２．Ｔｕｎｎｅ ｌ Ｅｎｇｉｎｅ ｅ ｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ． Ｌｔｄ． ｏｆ Ｃｈｉｎｅ ｓ ｅ Ｒａｉｌｗ ａｙ， Ｘｉｎｘｉａｎｇ ４５３０００， Ｈｅ ｎａｎ， Ｃｈｉｎａ
盾构推进计算
5.1盾构推进力⑴、盾构推力盾构机推进必须确保盾构足够的推力来维持和平衡土压平衡压力T1、开挖阻力T2、盾壳与围岩摩擦阻力T3、后配配套牵引力等等。
通常，上述值比盾构推力要低，盾构推进油缸的配置受管片形式的影响，盾构机一般必须保证盾构圆周压力均等（有时盾构底部压力稍高），避免盾构油缸尾部衬垫作用在管片接缝处，为保证这些，一般盾构机都安装了超出正常配置的额外推进油缸，然后降低盾构系统工作压力，该压力在正常推进时采用，只有在艰难地层时才采用额外推力。
①计算原理盾构千斤顶应有足够的推力克服盾构推进时所遇到的阻力，这些阻力主要有：a、盾构四周与地层间的摩擦阻力或粘结力F1；b、盾构刀具切入土层产生在切削刀盘上的推进阻力F2；c、开挖面正面作用在切削刀盘上的推进阻力F3d、盾尾处盾尾板与衬砌间的摩擦阻力F4；e、盾构后面台车的牵引力F5；以上各种推进阻力的总和用下式表示，在使用时，须考虑各种盾构机械的具体情况，并留出一定的富裕量，即为盾构千斤顶的总推力。
地层所需推力F b=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力其中：F水土压力—刀盘表面水土压力F摩擦力1—盾构克服上部土体摩擦力所需推力F摩擦力2—盾构克服与围岩间摩擦力所需推力F切入力—开挖所需推力（刀具）切入力F牵引力—后配套牵引推力R—盾构半径（m）D—隧道深度（m）L—盾构长度（m）F r—盾构与土层间摩擦系数（0.25）W o—土体比重（20kN/m3）W t—盾构重量（t）W b—后配套重量（t）F rb—后配套与管片间摩擦系数A t—单把刀具表面积C o—土体粘滞系数S r—土体内摩擦角1）、作用在盾构上的平均土压力地层所需推力F b=∑F=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力=941t+706t+100t+161.3=1908.3tF水土压=(R2×∏)×最大土压平衡压力=（3.172×∏）×3kN/m3=9233 kN=941tF水土压=D×W o×L×(2×∏×R÷4)×F r=20×20 kN/m3×7.5×(2×∏×3.7m÷4)×0.25=6933 kN=706tF摩擦力2=W t×F r=220t×0.25=80tF牵引力=W b×F rb=100×0.2=20tF切入力=刀具数量×A t×(D×W o×tan2(450+S r/2)+2×C o×tan(450+S r/2))=73×0.0094㎡×(30×20 kN/m3×tan2(62.50)+2×30 kN/m3×tan(62.50))=1596.81 kN=161.3tF b=∑F=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力=941t+706t+80t+20t+161.3t=1908.3t实际配备装机推力系统最大压力350bar时：3892t设计准则：最大突破压力大于2.0×所需推力最大操作推力大于1.5×所需推力⑵、刀盘扭矩切削刀盘装备扭矩要考虑围岩条件、盾构要型式、盾构机构造和盾构机直径等因素来确定，总扭矩N b=N1+N2+N3+N4式中：N1—开挖阻力矩；N2—切削刀盘正面，外围面及后面围岩间的摩擦阻力矩；N3—机械及驱动阻力矩；N4—开挖土砂搅拌混合阻力矩；根据实例可知刀盘装备转矩与盾构机直径大小有很大关系，一般可按下式计算：N b=D3×2.0式中：D——盾构直径（m）土压平衡连续开挖所需最大扭矩：N b=D3×2.0=6.34 3×2.0=509.9tm(约5500kN-m)实际配备装机扭矩：N=593.1tm一般在盾构推进中，盾构机的设计推进都比实际推进要大得多，盾构的实际推进与地表土质、地面载荷、周围环境而密切的关系，当地面周围的环境比较空旷，对地面的沉降要求不高（不在+10～-30）时，在盾构机械性能（最大推进力和最大扭矩范围内）允许的前提下，可适当的提高盾构的推进力，加大施工进度。
土压平衡盾构机土压力计算汇总课件
目录
• 土压平衡盾构机概述 • 土压力计算基本理论 • 土压平衡盾构机土压力计算 • 土压平衡盾构机土压力控制 • 土压平衡盾构机土压力计算实例
01
土压平衡盾构机概述
定义与特点
定义
土压平衡盾构机是一种隧道掘进设备 ，通过盾构机的切削和推进作用，实 现隧道挖掘和衬砌。
根据地质勘察资料和施工经验，预先 设定切口水压和排土压力的参考值， 并在推进过程中根据实际情况进行调 整。
实时反馈控制
通过传感器监测盾构机切口水压和排 土压力，以及地表沉降和隆起等参数 ，实时反馈到控制系统，对切口水压 和排土压力进行调整。
土压力控制技术
压力传感器技术
在盾构机刀盘、切口水压和排土 压力处安装压力传感器，实时监 测土压变化，为控制系统提供反
被动土压力影响因素
与土的容重、土的厚度、土的摩擦角和内摩擦角等因素有关。
静止土压力计算
静止土压力计算公式
P_s = γ * h * tan(φ)
静止土压力作用位置
在盾构机下方的土体中产生静止土压力，用于平衡下方土体的重量 。
静止土压力影响因素
与土的容重、土的厚度、土的内摩擦角等因素有关。
04
土压平衡盾构机土压力控制
土压力控制原理
土压力平衡
土压平衡盾构机通过控制切口水压和螺旋输送器的排土压力，使开挖面土压与盾 构周围土压保持平衡，以减少地表沉降和隆起。
土压力分布
土压力在盾构机推进过程中是动态变化的，根据地质条件、推进速度和切削刀具 状态等因素，合理调整切口水压和排土压力，确保土压力的稳定。
土压力控制策略
预设值控制
特点
土压平衡盾构机具有对地层适应性较 强、施工效率高、对周围环境影响较 小等优点，广泛应用于地铁、铁路、 公路等隧道工程建设。
盾构掘进及主要参数计算
作用于管片顶部的荷载，采用松弛土压力，以考 虑地基的拱效应。
考虑地面超载作用，相关公式如下：
v
B1 ( c / B1 ) (1 ek0 tanH / B1 ) k0 tan
p e k0 tan H / B1 0
/4/2
B1 R0 cos(
2
)
H1
H
p0
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广州盾建
—28—
土压力(kPa)
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监测断面的地质条件
本次隧道围岩压力监测拟结合工秳地质条件和地 面建筑物情况开展研究。
1、 监测断面的地质条件
监测断面从上到下主要 为：人工填土局<1>， 粉土<4> 、可塑状粉 质粘土〈5-1〉，硬塑粉 质粘土〈5-2〉；隧道洞 身为全风化带〈6〉，洞 底为强风化带〈7〉。
研究结果表明：
目前设计中常用的惯用设计法土压力计算模型是 合理的，泰沙基（Terzaghi）松弛土压力不实测 土压力基本接近，实测稳定土压力不计算土压力 分布觃律是吻合的。
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管片内力不发形的现场监测试验研究
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(2) 掘迚推力 F
盾构的掘迚总推力是由各种推迚阻力的总和来确 定。推迚阻力主要由以下几项构成：
计算值 计算值与稳定后 (kPa) 实测值相对误差(%)
520 拱顶316° 98.3
528 拱腰249° 98.1
525 拱底228° 143.5
521 拱底180° 123.1
522 拱腰103° 70.8
511
拱腰92°
93.4
23.6
(完整word版)软土地区地铁盾构隧道课程设计计算书(word文档良心出品)
软土地区地铁盾构隧道课程设计说明书（共00页）姓名杨均学号 070849导师丁文琪土木工程学院地下建筑与工程系2010年7月1． 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图ϕ=7.2ϕ=8.92q=20kN/m图1-1 结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：mm 43800 50*849+1350h ==灰。
按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。
1.2 隧道外围荷载标准值计算 （1） 自重2/75.835.025m kN g h =⨯==δγ（2）竖向土压若按一般公式：21/95.44688.485.37.80.11.90.185.018q m KN h ni i i =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑=γ 由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m ，属深埋隧道。
应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a 太沙基公式：)tan ()tan (0010]1[tan )/(p ϕϕϕγB hB he q e B c B --⋅+--= 其中：m R B c 83.6)4/7.75.22tan(/1.3)4/5.22tan(/0000=+=+=ϕ（加权平均值0007.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕ） 则：2)9.8tan 83.68.48()9.8tan 83.68.48(11/02.18920]1[9.8tan )83.6/2.128(83.6p m KN e e =⋅+--=-- b 普氏公式：2012/73.2699.8tan 92.7832tan 32p mKN B =⨯⨯==ϕγ 取竖向土压为太沙基公式计算值，即：21/02.189p m KN e =。
（3） 拱背土压mkN R c /72.286.7925.2)41(2)41(2G 22=⨯⨯-⨯=⋅-=πγπ。
其中：3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ。
泥水压力计算修改017
泥水仓压力设计值计算广深港客运专线ZH-4标深港隧道深（深圳段）设计为双洞单线隧道。
左线始发里程DK114+017, 在里程DK114+017～+098盾构掘进全断面为花岗岩弱风化层，岩体受附近地质构造影响，裂隙较发育，碎裂岩化，完整性及稳定性差，透水性好，施工中易发生岩体坍塌，透水等现象，应加强施工防护，围岩级别为Ⅳ级；DK114+098～+201盾构掘进全断面为花岗岩弱风化层，节理裂隙较发育，岩体呈块状，岩体较完整，渗透系数K=0.2～0.8m/d,弱透水，极弱富水，围岩级别Ⅲ级。
隧道上覆土地层透水性大部分为中、弱透水层，非通透性地层，孔隙水压力与静水压相差较大，孔隙水压力等于地下水折减系数 乘以静水压力,该系数依据当地水文地质情况及工程施工经验确定。
依据盾构隧道泥水压力设计推荐公式：泥水压力=地下水压+土压+预压（bar），地下水压即掘削面地层中的孔隙水压力，围岩土压力采用我国《铁路隧道设计规范》推荐的统计法计算，预压是考虑地下水压和土压的设定误差及送排泥浆设备中的泥水压变动等因素，依据经验确定的压力，通常取0.2～0.3bar。
泥水设计压力值： σ设q α=竖＋w w h βγ＋σ预其中各分项计算式依下：盾构开挖面土压 q σα=土竖 系数α依据开挖隧道围岩分级取值。
见下表围岩水平均布作用压力a q h γ=竖，结构上作用竖向土压力。
γ-围岩重度，取加权平均值，花岗岩为25.73KN M0.411.79S a h =⨯，单线隧道计算围岩高度。
s =围岩级别隧道中心水压：w w h σβγ=水β-地下水影响折减系数，依据工程地质实况实测，地层孔隙水压力与等高水柱静水压比值。
结合工程实际做调整。
w γ3KN M =10w h -水位差预压 =0.200.30bar σ预～例如：盾构掘进里程DK114+017，盾构刀盘中心埋深为42.07m,水位差39.56m,盾构穿越及围岩为花岗岩弱风化地带，透水性差，Ⅳ级围岩。
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成都地铁10号线土建三标华兴站～区间风井盾构区间
隧道开挖面水土压力计算书
一、工程概况
成都地铁10号线土建三标华兴站～区间风井盾构区间，左线里程ZDK4+363.446～ZDK5+554.255，全长1188.249m，ZDK4+997.440=ZDK5+000.000，短链 2.56m，左线设两个平曲线，半径分别为700m、690m；右线里程YDK4+293.046～YDK5+538.242，全长1245.196m，右线设两个平曲线，半径分别为700m、650m。
本区间设两个联络通道，1号联络通道兼泵房里程为ZDK4+701.805（YDK4+694.929），2号联络通道里程为ZDK5+189.928（YDK5+180.029）。
根据《岩土工程勘察报告》可知，本盾构区间主要地层自上而下依次为杂填土、粉质粘土、卵石土（夹粉细砂）、泥岩，盾构隧道穿越地层主要为卵石土（夹粉细砂），在YDK4+598.1～YDK4+743.8（长度145.7m）段，隧道中下部为强风化泥岩，强风化泥岩侵入隧道断面最大值约4m。
隧道底部埋深平均值为18m，其中粉质粘土（含杂填土）厚度为4m，卵石土厚度为16m。
粉质粘土容重为1.92t/m3,侧压力系数为0.46；卵石土容重为2.2t/m3,侧压力系数为0.36。
静止水位在地面以下5m处。
本区间采用盾构法施工，盾构机刀盘开挖面直径为6.28m。
二、水土压力计算
因为同等条件下静止土压力大于主动土压力，所以按静止土压力计算更为安全。
首先把4m厚的粉质粘土（含杂填土）按匀布荷载考虑，均匀作用在卵石土层上，把4m厚的粉质粘土（含杂填土）换算成当量的卵石土厚度，然后与
其下部的卵石土厚度16m相加来计算卵石土的土压力。
4m厚的粉质粘土（含杂填土）换算成当量的卵石土厚度为：
h换石===3.49m
式中h换石—粉质粘土（含杂填土）换算成当量的卵石土厚度（m）
h土—粉质粘土（含杂填土）厚度（m），h土=4m
γ土—粉质粘土容重，γ土=1.92t/m3
γ石—卵石土容重，γ石=2.2t/m3
1、始发段（到达段）土压计算（考虑降水井水位降至隧道底部）
б石=k石（h换石+h石）γ石=0.36×［3.49m+（18m-4-6.28m）］×2.2t/m3
=8.87832t/m2==0.88bar
式中б石—土压力（bar）
k石—卵石土侧压力系数，k石=0.36
h石—卵石土顶面至隧道开挖面上部的卵石土厚度（m），h石=14m-盾构机刀盘开挖面直径6.28m
2、正常段隧道开挖面上部水土压力
（1）土压力
б石=k石（h换石+h石）γ石=0.36×［3.49m+（14m-6.28m）］×2.2t/m3
=8.87832t/m2=0.88bar
式中б石—土压力（bar）
k石—卵石土侧压力系数，k石=0.36
h石—卵石土顶面至隧道开挖面上部的卵石土厚度（m），h石=14m-盾构机刀盘开挖面直径6.28m
(2)水压力（静止水位2-6m,有效含水层25m,静止平均水位按4m计算）
б水=h水γ水=（18m-4m-6.28m）×1t/m3=8.72t/m2=87.2KN/m2=77.2 KPa=0.0772MPa=0.77bar
式中б水—水压力（bar）
h水—静止水位至隧道开挖面上部的含水层厚度（m）
γ水—水的容重，γ水=1t/m3
所以隧道开挖面上部水土压力б水土=б石+б水=0.88bar+0.77bar=1.65bar
3、正常段隧道开挖面中部水土压力
（1）土压力
б石=k石（h换石+h石）γ石=0.36×［3.49m+（14m-3.14m）］×2.2t/m3
=1.14bar
式中б石—土压力（bar）
k石—卵石土侧压力系数，k石=0.36
h石—卵石土顶面至隧道开挖面中部的卵石土厚度（m）
(2)水压力
б水=h水γ水=（18m-4m-3.14m）×1t/m3=11.86t/m2=118.6KN/m2=1.09bar 式中б水—水压力（bar）
h水—静止水位至隧道开挖面中部的含水层厚度（m）
γ水—水的容重，γ水=1t/m3
所以隧道开挖面中部水土压力б水土=б石+б水=1.14bar+1.09bar=2.23bar
3、隧道开挖面下部水土压力
（1）土压力
б石=k石（h换石+h石）γ石=0.36×（3.49m+14m）×2.2t/m3
=1.39bar
式中б石—土压力（bar）
k石—卵石土侧压力系数，k石=0.36
h石—卵石土顶面至隧道开挖面下部的卵石土厚度（m）
(2)水压力
б水=h水γ水=（18m-4m）×1t/m3=1.4bar
式中б水—水压力（bar）
h水—静止水位至隧道开挖面下部的含水层厚度（m）
γ水—水的容重，γ水=1t/m3
所以隧道开挖面下部水土压力б水土=б石+б水=1.39bar+1.40bar=2.79bar
二〇一五年五月十七日。