土压平衡盾构土压平衡理论分析与计算

条件 是 渣 土进 行 了 良好 改 良，土 压 能够 有 效传 递 ，土舱 内土压 力 与开 挖 面后 方 （ 刀 盘前 方 ）同一深 度 的 土压 力 相 同 ，刀盘 面 板 的支 撑作 用 不 予考 虑 ，改 良后 的渣 土 内
高度 的 讨 论 ，提 出一 种 简化 的隧 道施 工 扰 动 范 围判 断方
２ ０ １ ７ 年 第Ｏ ６ 期
（ 总 第 ３ ９ ３ 期 ）
・ 黎 南 妻 ｇ 热 末
（ Ｃ ｕ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｎ ｔ Ｏ ｙ Ｎ ． ０ Ｏ ６ ． ２ ０ １ ７ ３ ９ ３）
．
土压平衡盾构 土压 平衡理论 分析与 计算
王 国义
（ 中电建成都建设 投 资有 限公 司，四川 成都 ６ １ ０ ２ １ ２）
保 证地 表 及 建 （ 构 ）筑物 安 全 ，土压 平 衡 盾构 水 土压 力 计算 已经 引起 专 家 与 学者 的广 泛关 注 ，并进 行 了大 量 的
研 究与分 析 。
１ 土 压平 衡盾 构原理 及分析
土 压平 衡 盾构 机 是利 用 安装 在 盾 构最 前 面 的全 断面 型 试 验 ， 获 得 土 压 平 衡 盾 构 掘 进 对 地 层 影 响 的 一 般 规 切 削 刀 盘 ，将 正 面 土体 切 削 下 来 ，进 入 刀 盘 后 面 的土 律 。王 洪 新等 提 出土压 平 衡 盾构 在 掘 进 时有 两 种平 衡 状 舱 ，并使 土舱 内的 土压 力 与开 挖 面 的水土 压 力相 平衡 ，
法 。邹春 华等 认 为 由于 刀盘 挤 压 作 用 ，土 舱压 力 不等 于
掘 进 面 土压 力 ，提 出基 于位 移 反 分 析法 的盾构 掘 进面 土 摩 擦 角为 ０ ，无凝 聚力 ，无 渗透 性 。螺旋输 送机 的排土 不 压 力 计算 方 法 。 张子 新 等通 过 对 国 内外 盾 构隧 道 开挖 面 会 影 响 开挖 面 的平 衡 。盾 构 开挖 侧面 土 压力 计 算采 用 朗 支 护压 力６ 种 计算 方法 的综 合 比较 和分 析 ，提 出 了适 用于 肯土 压 力计 算 公 式 。盾构 掘进 过 程 中 ，当土 舱 内土 压 力 黏 性 土地 层 的开挖 面 支 护压 力 计 算 简化 方 法 。 以上学 者 小 于开 挖面 的主动 水 土压 力 ，开 挖 面及 以外 的土体 将 向
何 川 等 进行 了土 压 平衡 盾 构 掘 进 过程 的室 内相 似 模
展过程，开挖面经历 了局部失稳和整体失稳这样一个渐 传感 器压 力值 ，实现土 压平 衡 。 进 破 坏 的模 式 。宋锦 虎 等 提 出地 表 沉 降 的发 展 过程 与 开 为 了达 到盾 构 的 土压 平衡 ，刀盘 切 削 下来 的 土体 要
摘 要 ：根据 土压平衡盾 构设 计的２ 种 刀盘型式、特点和盾构 的土压平衡 原理 ，详 细分析并提 出土舱 各部 位土压力要 与 开挖 面对 应部位所 需水土压 力相平衡 ，以达到盾构 开挖 面所 需的所有 点的平衡 。通过计 算可知 ，在 同种地质 条 件 下，周边 圆弧形刀盘土压平衡压 力值 要远 大于周边直 角形刀盘。对土压平衡盾构施工有一定的指导作用。 关键 词 ：土压 平衡 ；土压 力 ；水土压 力 ；主动 水土压 力 ；点 的平衡 文献标 识码 ：Ａ（ ２ ０ １ ７ ） ０ ６ － ０ ０ ８ ５ － ０ ３ Ｄ Ｏ Ｉ ：１ ０ ． １ ３ ５ ３ ５ ／ ｊ ． ｃ ｎ ｋ ｉ ． １ １ － ４ ４ ０ ６ ／ ｎ ． ２ ０ １ ７ ． ０ ６ ． ０ ４ ３
挖 面 上 方 土拱 的形成 过 程 具 有对 应 关 系 ，地 下水 的存在 通 过 降低 土拱 高 度 ，从 而 减 小 了地 表 的沉 降。 宫秀滨 等 对 土 压 力 进行 了分 析 ，提 出 土舱 压 力 要介 于 主 动水 土 压 力 与 静 止水 土 压 力之 间 的选 择 方 法 。黎 春 林通 过 对土 拱 进 行渣 土 改 良，通过 添 加剂 的加 入 ，土舱 内土体 要达 到 良好 的流 塑性 、较低 的 内摩 擦 角 、低 渗透 率 ，土 舱 内土 体 能够 进 行有 效 的土 压 传递 。本 文 研 究土压 平 衡 的设 定
态 ： 一 种 是 盾 构 与 前 方 土 体 接 触 压 力 和 水 土 压 力 的 平 衡 ；另 一 种 是 出土 的平 衡 。李 君等 利 用盾 构 模 型 ，从 土 体应 力 变 化 的角 度 ，揭 示 了随着 土 拱 的形 成 、 发挥 和 发 以减 少 盾 构 掘 进 对 地 层 土 体 的扰 动 ，从 而 控 制 地 表 沉 降 。盾 构 边 掘进 切 削土 体 边 由螺 旋输 送机 排 土 ，通过 掘 进 速度 与 排 土量 的控 制 ，盾构 时控 制 土舱 隔 板上 的土 压
生 ， 导致 地 表及 附近 建 （ 构 ）筑物 产 生 安 全风 险 。为 了 盾 构 土压 平 衡 控制 ，周边 直 角形 刀盘 要 优于 周边 圆弧形 刀盘 。解 决 了前人 将 开挖 面 作为 一个 整 体进 行 计算 ，计 算 出来 的主动 水土压 力值偏 小 ，导致盾 构超挖 的 问题 。
近年 来 ，盾 构法 凭 借 其 安 全 、可 靠 、 快速 、经济 、 的 主动 水 土压 力 ， 同时对 盾 构土 舱 内土 压 力进 行分 析 ，
环 保 等优 势 广 泛 用于 各 大城 市 地 铁 。土 压 平衡 盾 构 以其 提 出土 舱 压 力 与对 应 的盾 构 开 挖 面 每 个 点 都 要 达 到 平 技 术 、经 济 上 的优 越 性 ，在 城 市地 铁 盾 构 法施 工 中 占有 衡 ，才能实现真正意义上的土压平衡 ，才能控制盾构超 绝 对 的优 势 地 位 。但 盾 构 掘 进 过 程 中超 挖 现 象 时 有 发 挖 ， 降低 施 工 安全 风 险 。通 过理 论计 算 分析 可 知 ，对于