5土压平衡盾构机土压力计算汇总
土压平衡式盾构周围的土压力分析
分方程 ， 并应用 了混合单元离散模型 ， 可以准确地模 拟材料的屈服、 塑性流动、 软化直至大 变形 ； 尤其在
材料的弹塑性分析、 大变形分析 ， 该程序能较好地模 拟地层材料在达到强度极限或屈服极限时发生的破
坏或塑性流动的力学行为 ， 在岩土工程特别是地下
ｇ ｅ ｈ ｔｔ ｅｃｌｕａｉｎ ｍｅｈ ｄ ｉ ｏ ｒｃ ｆ ｒｃｍｐ ｒｎ ｈ ｕ ｓｔａ ｈ ａｃ ｌｔ ｔｏ ｃ ｒｅ ｔａｔ ｏ ａｉｇ ｔｅ ｏ ｓ ｅ
所以， 有限元 、 有限差分等数值计算方法已在工程技
术领域 占有重要地位 ， 在岩土工程领域 已出现多个 优秀的计算软件 。在现场 的实际监测过程 中， 只能
示测点所在平面。计算中采用非线性莫尔库伦模型。
监测盾构周围土体中有限几个点 的水平 土压力 ， 测
点以外的土压力是未知的， 况且在土体 中的任意 一 点都有六个应 力分量 ， 即 ， ， ， ， ， ； ｒ 但
建模过程和计算方法是正确合理 的。
１ 应力场的数值计算
本文 的计算以上海市轨道交通 ６ 号线滨州路站
一
关键词
城 市轨道交通 ， 盾构 隧道 ， 土压力 ， 拟计算 模
Ｔ ３ ；Ｕ ５ ．３ Ｕ４ ２ ４５４
成山路站盾构隧道为实例 。为 了检验计算的可靠
中圈分类号
性， 还进行了实际监测 。在计算 中采用 Ｆ Ａ ３ Ｌ Ｃ Ｄ软 件对区间的盾构 隧道施工过程进行模 拟计算 ， 模拟
分程序， 采用显式有 限差分 格式来 求解 场的控制微
ｏ ｈ ｒｎ ．ｓ ｅ ａ ｎ ｅｓｄ ｆｓ ｉｌ ｃ ｉｅ ｂ ｓ ｆｔｅ ｆｏ ｔ ｉ ｎｄ ｕ ｄ ｒｉｅ ｏ ｈｅｄ ｍａ ｈｎ ｙ ｕ ｉ ｄ ｇ ｎ
土压平衡盾构土仓压力设定与控制(PPT 53页)
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 。
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。
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的土压力和开挖面的水土压力保持动态平衡。
如果密封仓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主要考虑地层土压力、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，不致于因土压偏低造成土体坍塌、地下水流失;为了降低掘进扭矩、推力，提高掘进速度，减少土体对刀具的磨损，土仓的土压力应尽可能得低，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进力可表示为：()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主要考虑地层土压力、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 的数值可通过室的或原位的静止侧压力试验测定，在施工岩土勘察报告中均会给出。
0k 也可按经验确定: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。
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。
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，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主要考虑地层土压力、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，不致于因土压偏低造成土体坍塌、地下水流失;为了降低掘进扭矩、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可能得低，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进力可表示为：()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主要考虑地层土压力、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试验测定，在施工岩土勘察报告中均会给出。
0k 也可按经验确定: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。
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。
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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。 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。
平均土压力=（上部土压力+下部 土压力/2）*1.3 计算土压力时依据断面图依上到 下分层逐个计算 注：盾构施工土压力是个动态管 理，要根据现场实际测量增大 或减少土压力。
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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。
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
三、土压力的计算
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 ＝ k0 γz （2） （2）式中σx为水平静止土压力，k。为土的静止侧 压力系数，对于砂土可取经验值0．34～0．45， 黏性土0．50～0．70，或者按照半经验公式计算 k0 =1一sinψ （3） (3)式中ψ为土的有效内摩擦角。 (4)容重=密度*g,单位是KN/立方米