盾构出土量计算公式
淤泥质软土地层中盾构法施工常见问题及应对措施探讨
淤泥质软土地层中盾构法施工常见问题及应对措施探讨摘要在沿海城市中地铁隧道常见于淤泥质软土地层中，本文以杭州至绍兴城际铁路工程衙前站～杨汛桥站盾构区间施工为工程背景，总结归纳了盾构法施工在淤泥质软土地层常见问题及采取的应对措施效果分析，对在该类似地层下盾构法施工提供一定借鉴和参考。
关键词淤泥质软土盾构法管片上浮0引言本文工程背景所处的浙江杭州、绍兴等地属于典型的软土地区，广泛分布厚层软土，主要由淤泥质土组成，而淤泥质软土地层因其独特的“天然含水量高，压缩性高，灵敏度高、触变性强、流变性大、强度低，透水性低”等特点容易造成盾构施工作业中出现地表沉降过大或塌陷、管片上浮破损渗漏水等问题，严重影响隧道施工安全质量。
1工程背景杭州至绍兴城际铁路工程衙前站～杨汛桥站区间隧道盾构段起点里程为DK3+626.666，终点里程为DK5+671.336。
右线全长2037.854米，左线全长2035.124m，区间隧道最小埋深9.551m，最大埋深26.649m，最大坡度为24.4156‰下坡。
衬砌管片外径φ6600mm，厚度350mm，环宽1200mm，采用通用楔型环错缝拼装。
隧道掘进采用2台盾构机，一台由中铁装备制造的φ6760mm土压平衡盾构机；另一台盾构机由辽宁三三工业有限公司制造的φ6790mm土压平衡盾构机。
2淤泥质软土中盾构法施工出现问题及解决措施2.1 盾构机掘进中管片上浮严重衙前站～杨汛桥站盾构区间右线试掘进段施工期间，通过对成型管片姿态实时监测发现1～50环推进完成后管片上浮严重，其中第47环管片最大上浮量已达到125mm，管片垂直偏差88mm已经接近管片控制值（100mm），并伴有管片错台、破损、渗漏等问题出现，对工程施工安全质量造成严重的影响。
1）主要原因分析（1）区间主要地层由③1淤泥质黏土、③2淤泥质粉质黏土组成。
该地层软土具有“天然含水量高，压缩性高，灵敏度高、触变性强、流变性大、强度低，透水性低”等特性。
泥水盾构出渣量及出浆比重计算
长沙市南湖路湘江隧道泥水盾构泥水处理对于泥水平衡盾构掘进来说，最重要的一点就是保持进出浆动态平衡，以及掘进速度与进出浆比重匹配。
一泥水动态平衡进（出）浆流量为Q,进浆比重ρ1，出浆比重ρ2，掘进速度ν，盾构直径为D，围岩比重ρ3,不同岩层原状土比重分别ρa3,ρb3,ρc3.....，下面为正常掘进动态平衡式：(1)Q-进（出）浆流量，单位m3/hρ1-进浆比重,单位,KG/m3ρ2-出浆比重单位,KG/m3ν-掘进速度,m/h 盾构机的掘进速度一般情况都是mm/min,而不是m/hρ3-围岩比重,KG/m3D-盾构外壳直径,m此计算式表示单位时间匀速掘进一定进尺，实际出渣量、理论出渣量与进出浆比重的匹配关系。
二盾构掘进状态1 按掘进状态是否连续可分为正常掘进状态和非正常掘进状态。
1）正常掘进状态正常掘进状态为在掘进施工中建立科学合理的泥水压力，并保证进浆泥浆具有良好的携渣性能，各项指标均符合要求，掘进当中不出现压力非正常波动情况，按照方案设定速度保持相对均匀速度连续掘进，掘进中盾构机相关设备运转正常，不出现停机情况。
2）非正常掘进状态非正常掘进状态是因为某些因素如泥浆站泥浆池满浆、设备故障导致掘进不连续,此种不连续掘进状态增加了非正常的工序如泥水管循环?掘进速度的变化不利于出渣判断。
三掘进出渣量计算及相关参数泥水盾构掘进中出渣的多少关系到地表沉降、隧道成型及隧道稳定。
所以在掘进中如何科学合理的控制出渣尤为重要，下面根据掘进参数对出渣量的相关问题的进行分析。
1 出浆比重计算根据以上计算式(1)可得出浆比重：ρ2=(2)=（3）进（出）浆流量为800m3,ρ1=1.30KG/m3，中风化圆砾岩ρ3=2.43KG/m3,盾构外壳直径为11.65m，掘进速度取ν=10 mm/min,即ν=0.6 m/min，得：ρ2==1.49KG/m3 此处的掘进的速度的单位应当为mm/min 或者为m/h,应当保持单位的统一性；还有盾构机在正常掘进的时候的流量绝对不会是800 m3根据以上计算与实际掘进中实测进出浆泥浆比重相符合。
盾构主要参数的计算和确定
盾构主要参数的计算和确定1、盾构外径：盾构外径D=管片外径D S+2(盾尾间隙δ+盾尾壳体厚度t)盾尾间隙δ--为保证管片安装和修复蛇行,以及其他因素的最小富余量，一般取25—40mm;结合五标地质取多少?2、刀盘开挖直径：软土地层，一般大于前盾0—10mm,砂卵石地层或硬岩地层，一般大于前顿外径30mm,五标刀盘开挖直径如何确定的?3、盾壳长度盾壳长度L=盾构灵敏度ξx盾构外径D小型盾构D≤3.5M，ξ=1.2—1.5；中型3.5M＜D≤9M，ξ=0.8—1.2；大型盾构D＞9M；ξ=0.7—0.8；4、盾构重量泥水盾构重量=（45---65）D2，由于本线路存在线下溶土洞的可能，再掘进中能否通过此核算，盾构主机是否沉陷？5、盾构推力盾构总推力F e=安全储备系数AX盾构推进总阻力F d安全储备系数A---一般取1.5---2.0。
盾构推进总阻力F d=盾壳与周边地层间阻力F1+刀盘面板推进阻力F2+管片与盾尾间摩擦力F3+切口环贯入地层阻力F4+转向阻力F5+牵引后配套拖车阻力F6盾壳与周边地层间阻力F1计算中，静止土压力系数或土的粘聚力取盾体范围内的何点的？刀盘面板推进阻力F2，对于泥水盾构或土压盾构土仓压力如何确定的？管片与盾尾间摩擦力F3中，盾尾刷与管片的摩擦系数取偏大好吗？盾尾刷内的油脂压力如何定？计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？6、刀盘扭矩刀盘设计扭矩T=刀盘切削扭矩T1+刀盘自重形成的轴承旋转反力矩T2+刀盘轴向推力形成的旋转反力矩T3+主轴承密封装置摩擦力矩T4+刀盘前面摩擦扭矩T5+刀盘圆周摩擦反力矩T6+刀盘背面摩擦力矩T7+刀盘开口槽的剪切力矩T8刀盘切削扭矩T1中的切削土的抗压强度q u如何确定？刀盘轴向推力形成的旋转反力矩T3计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？，刀盘圆周摩擦反力矩T6计算中，土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？刀盘背面摩擦力矩T7中土仓压力P W如何确定？7、主驱动功率主驱动工率储备系数一般为1.2---1.5，主驱动系统的效率η如何确定？8、推进系统功率推进系统功率W f=功率储备系数A W X最大推力FX最大推进速度VX推进系统功率ηW功率储备系数A W一般取1.2---1.5, 最大推力F、最大推进速度V如何定？推进系统功率ηW=推进泵的机械效率X推进泵的容积率X连轴器的效率9、同步注浆能力每环管片理论注浆量Q=0.25X(刀盘开挖直径D2—管片外径D S2)X管片长度L推进一环的最短时间t=管片长度L/最大推进速度v理论注浆能力q=每环管片理论注浆量Q/推进一环的最短时间t额定注浆能力q p=地层的注浆系数λX理论注浆能力q/注浆泵效率η地层的注浆系数λ因地层而变一般取1.5---1.8。
盾构出土量计算公式(一)
盾构出土量计算公式(一)盾构出土量计算公式盾构出土量概述盾构出土量是指在地下隧道工程中，使用盾构机挖掘隧道时移除的土壤和岩石的总量。
计算盾构出土量是评估施工进度和工程量的重要指标。
计算公式盾构出土量的计算取决于隧道的尺寸和盾构机的挖掘效率。
以下是几种常见的盾构出土量计算公式：1. 面积法盾构出土量可以使用以下公式计算：出土量 = 断面积 × 掘进进度其中，断面积是指每个掘进断面的面积，掘进进度是指完成掘进的百分比。
例如，如果断面积为100平方米，掘进进度为80%，则出土量为100平方米× 80% = 80平方米。
2. 体积法盾构出土量可以使用以下公式计算：出土量 = 隧道长度 × 横截面积 × 掘进进度其中，隧道长度是指盾构机挖掘的总长度，横截面积是指每个掘进断面的面积，掘进进度是指完成掘进的百分比。
例如，如果隧道长度为500米，横截面积为100平方米，掘进进度为80%，则出土量为500米× 100平方米× 80% = 40,000立方米。
3. 圈数法盾构出土量可以使用以下公式计算：出土量 = 圈数 × 圈长 × 横截面积其中，圈数是指盾构机挖掘的总圈数，每个圈的长度为圈长，横截面积是指每个掘进断面的面积。
例如，如果圈数为100，圈长为10米，横截面积为100平方米，则出土量为100 × 10米× 100平方米= 100,000立方米。
示例说明假设某隧道工程的断面积为120平方米，掘进进度为70%，隧道长度为800米，横截面积为150平方米，盾构机挖掘了100个圈，每个圈的长度为12米。
根据不同的计算公式，可以得到以下盾构出土量的计算结果：1.面积法：出土量 = 120平方米× 70% = 84平方米2.体积法：出土量 = 800米× 150平方米× 70% = 84,000立方米3.圈数法：出土量= 100 × 12米× 150平方米 = 180,000立方米根据上述示例，可以看出不同的计算方法得出的盾构出土量结果是不同的。
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
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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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广州盾建
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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
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。
盾构超挖量的计算公式
盾构超挖量计算公式及其影响因素分析盾构法施工在城市地铁、隧道等地下工程中得到了广泛应用。
在盾构掘进过程中，由于盾构机刀盘切削范围与盾构壳体扫掠范围之间的差异，会产生一定的超挖量。
超挖量的大小不仅影响工程成本，还与隧道稳定性和安全性密切相关。
因此，准确计算盾构超挖量对于指导盾构施工、优化设计方案具有重要意义。
一、盾构超挖量计算公式盾构超挖量主要由盾构机刀盘切削范围与盾构壳体扫掠范围之间的差异产生。
一种常见的盾构超挖量计算公式为：超挖量= 盾构机刀盘切削范围的半径（r1）-盾构机壳体的扫掠范围的半径（r2）在实际应用中，为了更精确地计算盾构超挖量，还可以采用以下公式：超挖量= 盾构沿曲线推进时的开挖量（V_Q）-盾构沿直线推进时的开挖量（V_z）对于盾构曲线掘进引起的土体损失，可以采用几何学有关理论进行分析。
将每环管片分为n 小段进行推进，其中一环的推进长度为l，则每小段的土层损失为：V_i = L_s ×tan(l_i / R) ×D_s ×l_i式中：V_i为每小段超挖土体的体积；L_s为盾构长度；D_s为盾构机直径；l_i为第i小段的长度；R为隧道平曲线或纵曲线半径。
二、影响盾构超挖量的因素1. 土壤结构和力学性能：土壤的力学性质和结构会影响盾构机的掘进速度和切削效果，从而影响超挖量。
例如，软黏土会降低盾构机的掘进速度，增加切削阻力，导致超挖量增加；而岩石则会提高盾构机的掘进速度，减小切削阻力，降低超挖量。
2. 盾构机设计参数：盾构机的设计参数如功率、切削头形状和数量等也会影响掘进速度和切削效果。
功率越大、切削头越锋利，掘进速度越快，超挖量相对减小。
3. 施工条件：盾构机的掘进速度受到现场施工条件的限制，如顶土高度、地下水位等。
这些条件会影响土壤的稳定性和流动性，从而影响盾构机的掘进效果和超挖量。
4. 盾构机操作水平：盾构机操作人员的技能水平和经验对超挖量也有一定影响。
盾构法
第五章盾构法施工第一节概述盾构法是暗挖隧道的专用机械在地面以下建造隧道的一种施工方法。
盾构是与隧道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构、挡土机构、出土运输机构、安装衬砌机构等部件的隧道开挖专用机械。
采用此法建造隧道，其埋设深度可以很深而不受地面建筑物和交通的限制。
近年来由于盾构法在施工技术上的不断改进，机械化程度越来越强，对地层的适应性也越来越好。
城市市区建筑公用设施密集，交通繁忙，明挖隧道施工对城市生活干扰严重，特别在市中心，若隧道埋深较大，地质又复杂时，用明挖法建造隧道则很难实现。
而盾构法施工城市地下铁道、上下水道、电力通讯、市政公用设施等各种隧道具有明显优点。
此外，在建造水下公路和铁路隧道或水工隧道中，盾构法也往往以其经济合理而得到采用。
盾构法是一项综合性的施工技术。
盾构法施工的概貌如图5－1所示。
构成盾构法的主要内容是：先在隧道某段的一端建造竖井或基坑，以供盾构安装就位。
盾构从竖井或基坑的墙壁预留孔处出发，在地层中沿着设计轴线，向另一竖井或基坑的设计预留孔洞推进。
盾构推进中所受到的地层阻力，通过盾构千斤顶传至盾构尾部已拼装的预制衬砌，再传到竖井或基坑的后靠壁上。
盾构是一个能支承地层压力，又能在地层中推进的圆形、矩形、马蹄形及其他特殊形状的钢筒结构，其直径稍大于隧道衬砌的直径，在钢筒的前面设置各种类型的支撑和开挖土体的装置，在钢筒中段周圈内安装顶进所需的千斤顶，钢筒尾部是具有一定空间的壳体，在盾尾内可以安置数环拼成的隧道衬砌环。
盾构每推进一环距离，就在盾尾支护下拼装一环衬砌，并及时向盾尾后面的衬砌环外周的空隙中压注浆体，以防止隧道及地面下沉，在盾构推进过程中不断从开挖面排出适量的土方。
盾构是进行土方开挖正面支护和隧道衬砌结构安装的施工机具，它还需要其它施工技术密切配合才能顺利施工。
主要有：地下水的降低；稳定地层、防止隧道及地面沉陷的土壤加固措施；隧道衬砌结构的制造；地层的开挖；隧道内的运输；衬砌与地层间的充填；衬砌的防水与堵漏；开挖土方的运输及处理方法；配合施工的测量、监测技术；合理的施工布置等。
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盾构出土量计算公式
盾构出土量计算公式
1. 引言
在盾构施工过程中，了解和计算盾构出土量是非常重要的一项工作。
盾构出土量的准确计算可以帮助工程师合理安排施工进度、材料采购以及项目预算等方面。
本文将为您介绍盾构出土量计算的相关公式和示例。
2. 盾构出土量计算公式
下面列举了三种常用的盾构出土量计算公式，并给出了具体的计算示例。
矩形隧道盾构出土量计算公式
矩形隧道盾构出土量的计算公式如下：
出土量 = (A + B) × C × D
其中，A为隧道底面宽度，B为隧道顶部宽度，C为隧道高度，D 为盾构推进距离。
示例：假设矩形隧道底面宽度为10米，顶部宽度为12米，高度为6米，盾构每次推进10米，那么出土量计算如下：
出土量 = (10 + 12) × 6 × 10 = 1320立方米
圆形隧道盾构出土量计算公式
圆形隧道盾构出土量的计算公式如下：
出土量= π × (A + B) × C × D
其中，π为圆周率（取），A为隧道内径，B为隧道壁厚，C为盾构推进距离，D为圆周角度（以弧度为单位）。
示例：假设圆形隧道内径为8米，壁厚为1米，盾构每次推进10米，圆周角度为1弧度，那么出土量计算如下：
出土量 = × (8 + 1) × 10 × 1 = 立方米
椭圆形隧道盾构出土量计算公式
椭圆形隧道盾构出土量的计算公式如下：
出土量= π × (A + B) × C × D
其中，π为圆周率（取），A为椭圆短轴长，B为椭圆长轴长，C 为盾构推进距离，D为圆周角度（以弧度为单位）。
示例：假设椭圆形隧道短轴长为8米，长轴长为12米，盾构每次推进10米，圆周角度为1弧度，那么出土量计算如下：出土量 = × (8 + 12) × 10 × 1 = 立方米
通过本文的介绍，我们了解了盾构出土量的计算公式，并通过具
体示例进行了说明。
盾构出土量的准确计算可以帮助工程师合理安排
施工进度和预算，并且对于隧道工程的管理和控制具有重要意义。
希望本文对您理解盾构出土量的计算有所帮助，如果有任何疑问，请随时向我们提问。
4. 其他因素的影响
在实际的盾构出土量计算中，除了上述提到的几个常用公式，还
需要考虑其他因素对出土量的影响。
下面列举了一些常见的影响因素：地质条件
不同地质条件下的盾构出土量可能会有较大差异。
例如，软土地
层的盾构出土量要大于硬岩地层。
涌水问题
如果盾构工作面遇到大量涌水，需要进行灌浆加固或采取其他措施，这样会对盾构出土量产生一定影响。
盾构机性能
盾构机的性能也会对出土量产生影响。
不同类型、型号和状态的
盾构机具有不同的推进速度和土壤开挖能力。
盾构施工中可能需要进行预设变位，即在完成一段隧道后进行调整。
这样会改变推进距离和推进方向，从而影响出土量的计算。
5. 总结
盾构出土量的计算是盾构工程中的重要任务之一，能够帮助工程师制定合理的施工计划和预算。
本文介绍了三种常用的盾构出土量计算公式，并举例说明。
此外，还提及了其他因素对出土量的影响，如地质条件、涌水问题、盾构机性能和预设变位等。
希望本文对您理解盾构出土量的计算有所帮助。
如果还有其他问题或疑惑，请随时咨询我们。