土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法

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土仓压力计算

施工中，如果管片顶部的注浆不太密实，地下水可能会沿隧道衬砌外部的空隙形成
过水通道。当盾构长时间停机时，必将形成一定的压力水头。此时的地下水压：σw盾尾后 =q砂浆 ×γhW 式中，q砂浆－根据砂浆的渗透系数和注浆的饱满程度确定的经验数值，一般取q＝0.5～ 1.0；γ－水的容重；hW－补强注浆处与刀盘顶部的高差。在掘进过程中，一般按刀盘前方的地层水压力进行计算，在盾构停机过程中，按盾尾后
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：
σa =σz tan2（45°-φ/2）-2ctan（45°-φ/2）式中，σz－深度z处的地层自重应力； c－土的粘着力； z－地层深度；
φ－地层内部摩擦角。
2018-01-06
浅埋隧道地层压力计算方法
被动土压力计算：
盾构的推力偏大时，土体处于向上滑动的极限平衡状态。此时，刀盘前方的土
=2.20×6×tan2（45°-30°/2）-2×0.35×tan（45°-30°/2） =0.42 kg/cm2=0.042Mpa σ静止=ｋ０γｚ=0.35×2.2×6=0.424kg/cm2=0.0462Mpa 在中密实卵石土中，计算地层水压力时q 取0.1，
8634mm，采用装配式钢筋砼管片衬砌，衬砌环外径8300mm，内径7500mm，管片宽度1500mm，管片厚度400mm；管片与地层间的空隙采用同步注浆回填。隧道上覆土厚度最大约18.5m，最小约5.8m。区间隧道主要穿行于<8-3-2>中密实卵石层、<83-3>密实卵石层。地层地下水主要为第四系孔隙水与基岩裂隙水。根据地勘报告，区间隧道围岩等级为V级，出场线始发段隧道埋深约5.8米，地下水位为地下2米。计算施工土压力时，确定隧道埋深以6.0m考虑，围岩以<8-3-2>

土压平衡盾构机的土压控制

土压平衡盾构机的土压控制作者：武德民来源：《城市建设理论研究》2012年第33期中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：前言：随着地下空间的发展，盾构技术已广泛的应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。

在我国的各项施工中盾构机的种类越来越多，其中土压平衡盾构机以其整体结构简洁、适应地质范围广、占地空间小、施工成本低等诸多优势，成为建设单位和施工单位的首选。

土压平衡盾构机在施工中的难点和重点就是土压平衡的控制。

1盾构机土压平衡的原理1.1土压平衡盾构机的组成：刀盘，渣土仓，盾体，螺旋机，推进系统，加泥加泡沫系统，管片拼装系统等（如图1）图11.2土压平衡盾构机的土压控制，刀盘切削下的渣土经过刀盘的开口进入渣土仓，通过充满土仓的渣土形成的土仓压力来平衡开挖面的水土压力，土仓内的渣土通过螺旋输送机排出，螺旋输送机的排土速度与盾构机的掘进速度形成一个动态平衡，维持开挖面的水土压力平衡，保证掌子面的水土稳定，保证地表不会沉降、坍塌。

2土压平衡盾构机土压平衡的实现2.1土压盾构机PID的自动土压调节控制，通过装在土仓壁上的土压计实时监测土仓压力，土压计监测到的土压力传送到PLC，PLC计算出检测值与目标值的差值E，通过PID控制，自动调节螺旋输送机的转速，使E值趋向于0，当E值大于0时，PLC发出指令，增加螺旋输送机的转速，提高出土量直至土仓内的土压力重新达到平衡状态，反之E值小于0，螺旋输送机降低转速，减少出土量，以保持土仓内压力平衡，保证盾构机正常掘进。

2.2上述为为土压平衡的自动模式，在实际操作中，操作手一般为手动控制，其过程是PID控制一样的，操作者观察土压计的实测值，与目标值进行比较，人为的调整螺旋输送机的转速，控制土压力在一定的范围内。

3土仓压力的形成3.1土体在自重的作用下，土体中的所有垂直面和水平面都是主作用面，根据土力学理论，天然土体内垂直静压力Eo=土的密度ρ Х埋置深度h，3.2土仓压力可以分为静止土仓压力Eo、被动土仓压力Ep、主动土仓压力Ea，3.2.1静止土仓压力：当盾构机停止掘进静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对土仓的压力称为静止土仓压力Eo 。

土压平衡盾构土仓压力设定与控制(PPT 53页)

则：p仓1=p仓1’=2c仓tg(45°+φ仓/2)， p仓2=p仓2’=γ仓Dtg2(45°+φ仓/2)+2c仓tg(45°+φ仓/2)
土仓内土体是开挖面土体经刀盘切削后，受不同程度压缩和混合后的重塑土，土仓内土体物理力学性质与开挖面土体相比发生了一定的变化。
盾构土仓相对密闭，无法从土仓内采集出可试验的土体，土仓内土体γ仓、c仓、φ仓和K0仓等物理力学指标无法通过试验等手段得出，因此土仓内土压力无法采用上述方法进行计算，不能作为土仓压力设定的依据。尽管如此，对出土情况分析并参考经验数据估计土仓内土体的物理力学指标，采用现有的土压力理论对土仓内土压力进行估算，其结果可应用于土仓压力控制。
2.8 被动土压力
3 土压力计算方法与分析
3.1 建立计算模型隧道上方地面水平、地层均匀，土体自重应力q。假定盾构土仓内充满碴土，土压力按线性分布。
q
p土1
p仓1
p 仓 1’ F
p土2
p仓2
F p仓2 ’
3.2 土压力类型分析盾构土仓隔板支挡着土仓内的土体，土仓内土体
土仓压力是利用开挖下来的碴土充满土仓来建立的，通过使开挖的碴土量与排出的碴土量相平衡的方法来保持。必须使开挖土体充满土仓，并使排土量与开挖土量相平衡。
由于围岩的土量或碴土容重会有一定的变化，另外，由于添加剂的种类、添加量或排土方式等因素的影响，碴土的容重也会发生变化，所以要恰当地掌握排土量是比较困难的。仅单独根据排土量的管理来控制开挖面坍塌或地基沉降是困难的，最好是根据土仓压力管理和开挖土量管理同时进行。
p土2=(q+γD)tg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)。（3）被动土压力时，p土=(q+γh)tg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2) 则：p土1=qtg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2) ，

盾构过程中土压力的计算与控制

盾构过程中土压力的计算与控制土压平衡盾构机工作面土压力及计算在城市市区内进行地铁、上下水管道、电力、通信、输气、共同沟以及地下道路的隧道工程中，具有施工机械化程度高、对周围环境影响小、施工快速等优势的盾构施工技术近年来得到广泛应用。

盾构施工中，开挖面的稳定是通过压力舱的支护压力得以实现的，开挖面支护压力过大会造成地表隆起，而压力过小，容易导致地表沉陷甚至坍塌。

土压平衡盾构机工作面土压力及计算土压平衡式盾构机主要由盾体、刀盘、螺旋输送机、推进装置等构成。

施工过程中，推进液压缸驱动盾构机向前推进，刀盘切削下的泥土充满密封仓和螺旋输送机壳体内的全部空间，形成一定的土压来平衡开挖面土层的水土压力，以此来保持开挖面土层的稳定和防止地表变形，开挖下来的泥土通过螺旋输送机排出盾体。

一、土压力的控制和分类1.控制：土压平衡盾构利用开挖的泥土支撑挖掘面，通过调节盾构推进速度和螺旋机转速和出土量来控制土仓的土压。

使土仓中的土压力与地下水土压力相平衡，以防止开挖崩塌和将地表沉降限制在允许范围内。

2.分类：静止土压力、被动土压力、主动土压力。

（重点）2.1主动土压力：挡土结构物向离开土体的方向移动，致使侧压力逐渐减小至极限平衡状态时的土压力，它是侧压力的最小值。

2.2被动土压力：挡土结构物向土体推移，致使侧压力逐渐增大至被动极限平衡状态时的土压力，它是侧压力的最大值。

土压平衡盾构机工作面土压力及计算2.3 静止土压力：土体在天然状态时或挡土结构物不产生任何移动或转动时，土体作用于结构物的水平压应力二、土压力平衡主动土压力＜土仓压力＜被动土压力•盾尾注浆的分类：三、土压力的计算（重点）根据土力学原理，可以将盾构机的刀盘近似为挡土墙，然后根据挡土墙理论分析掘进工作面的压力分布特性。

如图l 所示，根据土力学理论，天然土体内垂直静止土压力为σz ＝γz （1）（1）式中σz 为垂直静止土压力，γ为土的容重，z 为埋置深度。

而垂直于侧面的法向应力为静止侧压力σx ＝k 0 γz （2）（2）式中σx 为水平静止土压力，k 。

土压平衡盾构在粘土地层中的掘进控制

土压平衡盾构在粘土地层中的掘进控制土压平衡盾构（Earth Pressure Balanced Shield or EPB）是一种在粘土地层中进行地下隧道掘进的盾构机械。

它的特点是通过控制土压力的平衡，在掘进过程中保持洞口的稳定，防止地层的塌方。

土压平衡盾构的掘进控制主要涉及以下几个方面：1. 地质勘察与设计：在进行地下隧道的掘进之前，需要进行详细的地质勘察和设计分析，了解粘土地层的性质和特点。

根据地质条件，确定合适的盾构机和掘进参数，确保掘进的安全和顺利进行。

2. 掘进液压系统：土压平衡盾构通过控制液压系统来平衡土压力，维持洞口的稳定。

在掘进过程中，通过注入适量的液压浆剂或沙浆来调整土压力的大小，避免地层的移动和塌方。

3. 土体行为与掘进压力：粘土地层的性质使得它在受力下具有一定的变形性和流变性。

在掘进过程中，土压平衡盾构会受到来自地层的反力，这些力可能产生掘进压力，影响洞口的稳定。

需要对土体行为进行深入研究，了解不同掘进压力下的变形特性，制定适当的掘进策略。

4. 控制系统与监测装置：土压平衡盾构掘进过程中需要实时监测土层的变化和洞口的稳定状况。

通过安装监测装置，定期记录盾构机和地层参数，及时发现异常情况并采取相应措施。

控制系统会实时调整注浆浓度和流量，保持土压力的平衡。

5. 操作技术与安全控制：使用土压平衡盾构进行粘土地层的掘进需要有熟练的操作技术和安全控制。

操作人员需要了解盾构机的工作原理和性能特点，熟悉各个控制参数的调整方式，并随时关注掘进过程中的安全风险。

土压平衡盾构在粘土地层中的掘进控制需要综合考虑地质条件、液压系统、土体行为、监测装置和操作技术等因素。

只有合理地控制这些因素，才能确保掘进的效果和安全。

在进行工程设计之前，需要进行充分的研究和前期准备，以保证掘进的顺利进行。

盾构施工常见问题及治理

隧道盾构掘进施工盾构掘进是盾构法隧道施工的主要工序，要保证隧道的实际轴线和设计轴线相吻合,并确保圆环拼装质量,使隧道不漏水，地面不产生大的变形。

总结了盾构掘进施工九大常见问题及预防措施,方便大家在实际施工中比对防治。

一、土压平衡式盾构正面阻力过大现象盾构推进过程中，由于正面阻力过大造成盾构推进困难和地面隆起变形．原因分析（1)盾构刀盘的进土开口率偏小，进土不畅通；(2)盾构正面地层土质发生变化；（3）盾构正面遭遇较大块的障碍物;(4)推进千斤顶内泄漏，达不到其本身的最高额定油压;（5）正面平衡压力设定过大；(6）刀盘磨损严重预防措施（１)合理设计土孔的尺寸,保证出土畅通;（2)隧道轴线设计前应对盾构穿越沿线作详细的地质勘察,摸清沿线影响盾构推进障碍物的具体位置、深度、以使轴线设计考虑到这一状况;(3）详细了解盾构推进断面内的土质状况,以便及时调整土压设定值、推进速度等施工参数；(4）经常检修刀盘和推进千斤顶，确保其运行良好;（５)合理设定平衡压力,加强施工动态管理,及时调整控制平衡压力值。

治理办法(1)采取辅助技术,尽量采取在工作面内进行推进障碍物清理,在条件许可的情况下,也可采取大开挖施工法清理正面障碍物;(2)增添千斤顶,增加盾构总推力。

二、土压平衡盾构正面压力过量波动现象在盾构推进及管片拼装的过程中,开挖面的平衡上压力发生异常的波动,与理论力值或设定应力值发生较大的偏差。

原因分析(1）推进速度与螺旋机的旋转速度不匹配;(2）当盾构在砂土土层中施工时,螺旋机摩擦力大或形成土塞而被堵住，出土不畅,使开挖面平衡压力急剧上升;（3)盾构后退,使开挖面平衡压力下降;(4)土压平衡控制系统出现故障造成实际上压力与设定土压力的偏差。

预防措施(1）正确设定盾构推进的施工参数,使推进设速度与螺旋机的出土能力相匹配;(２)当土体强度高，螺旋机排土不畅时,在螺旋机或土仓中适量地家注水或泡沫等润滑剂,提高出土的效率。

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。

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 Vn0A-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。

土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法探讨

土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法探讨论文
近年来，随着城市建设的迅速发展，土压平衡盾构土仓的使用非常广泛。

为了保证施工的安全和高效，如何科学、安全地设定和控制土仓压力成为当前研究的重点。

本文试图探讨如何正确地设定和控制土仓压力，确保施工安全和高效。

首先，要明确土仓压力的设定原则，即在限定的空间内限制压力，以确保土仓施工安全。

具体而言，应根据土仓结构及支护结构特性，选择合理的压力设定范围，以保证土仓安全；同时，应考虑施工过程对土仓结构的影响，确保施工安全。

其次，在设定土仓压力后，应进行相应的控制。

实际上，由于土仓结构的复杂性以及施工过程中的不确定性，使得土仓压力的控制变得尤为困难，这就要求土压压力控制必须采取有效的措施。

首先，应进行全面的分析，以确保压力是否在安全范围之内；其次，应综合考虑压力传感器数据，采取必要的措施进行动态控制；最后，施工工程师应定期对压力进行监测和管理，以确保压力的安全控制。

通过上述内容，可以看出，土压平衡盾构土仓的压力设定与控制是一个复杂的过程，需要综合考虑土仓结构特性、施工过程、压力传感器等多种因素，确保压力的安全控制。

因此，土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法的探讨有助于提高施工安全和效率。

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Yang Yongqiang
（ Track Traffic Engineering Co．，Ltd． of China Railway No． 1 Grract： Using the existing soil mechanics theory， the type of earth pressure between in front of excavation face and in soil warehouse is analyzed when the EPBM is working or out of service． By theoretical calculation and analysis，the method is put forward that how to set earth pressure in soil warehouse according to the geological conditions in front of excavation face and sedimentation requirements． It is also pointed out that when the soil inside of warehouse is consistent with that in front of excavation face，earth pressure in soil warehouse is difficult to equal to earth pressure in front of excavation face． Through theoretical analysis，the method of control earth pressure in soil warehouse is put forward in conjunction with the technical measures that how to control earth pressure by improving soil，injecting bubble or forming air pressure by high-pressure gas and strictly controlling the amount of unearthed． Key words： tunnels； shields； earth pressure balance shield； earth pressure in soil warehouse； setting； control
施工技术
2012 年 4 月下
22
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
第 41 卷第 363 期
土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法探讨
杨永强
（中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司，陕西西安 710054）
［摘要］利用现有的土力学理论，对土压平衡盾构推进与停机两种状态下开挖面前方土压力与土仓内土压力类型
到盾构施工效率和工程环境安全。开挖面地层稳定性较好时，土仓压力过大时会引起刀盘扭矩和推力增大、推进速度下降，存在盾构掘进效率降低、设备能耗和损耗加大等问题；开挖面地层稳定性较差时，土仓压力不足则会发生开挖面的涌水或坍塌，造成地层水土流失过多，导致地层沉降难以控制等问题。
设定合适的土仓压力确保开挖面的稳定，关系
［收稿日期］ 2012-01 -10 ［作者简介］杨永强，中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司总工程师，高级工程师，陕西省西安市雁塔北路 1 号 710054 ，电话：（ 029） 87864912，E-mail： yyq121417@ 163 ． com
进行了分析。通过理论计算和分析，提出了根据开挖面前方地层的地质条件和沉降要求等进行土仓压力设定的方
法，指出了当土仓内土体与开挖面前方土体基本一致时，土仓压力很难与开挖面前方土压力基本相同。通过理论
分析，提出了土仓压力控制的方法，以及采取土仓内土体改良、注入泡沫或高压气体形成气压、严格控制出土量等
土压平衡盾构的施工机理为：盾壳支承围岩并保护刀盘旋转，在推进油缸作用下，刀盘旋转切削开挖面土体，刀盘上被切割、破碎的碴土，经过刀盘上的开口进入密闭的土仓，利用端部伸入土仓下部的螺旋输送机排土；通过控制螺旋输送机转速或盾构推进速度，达到土仓内土压力与开挖面地层土压力动态平衡。其核心是开挖面稳定机理，即土仓内土压力抵抗开挖面地层水、土压力使开挖面稳定。 1 开挖面稳定机理
控制土仓压力的技术措施。
［关键词］隧道；盾构；土压平衡盾构；土仓压力；设定；控制
［中图分类号］ U455
［文献标识码］ A
［文章编号］ 1002-8498（ 2012） 08-0022-05
Study on the Method of Setting and Control Earth Pressure in the Earth Pressure Balance Shield
参考相关文献和规范［1-4］，开挖面稳定机理和土仓压力设定的相关理论归纳如下。
1）开挖面稳定控制技术是盾构施工的关键技术之一，开挖面的稳定是通过保持盾构刀盘支承的压力仓内的泥土压力来获得的。盾构推进时，其前端刀盘旋转切削地层土体进入土仓。当土体充满