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方法

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
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 。
土压平衡式盾构开挖面稳定机理与压力舱土压的控制

$" 压力舱内土压力的设定与控制
当土压平衡式盾构在掘进时,大刀盘切削下的 土体进入压力舱,土体在压力舱内形成一定的土压 力,该压力值由安装在刀盘支承上的土压传感器测 得并输送给 %&’ 控制器, 该控制器将测得的土压力 与设定的土压力值相比较后输出电信号调控液压控 制系统中的比例流量阀,以此改变螺旋输送机转速 或推进液压缸的伸出速度,从而维持压力舱内的土 压力与设定土压力吻合, 保持开挖面的稳定。 所以土 压力的合理设定是盾构施工中维持地层原始应力状 态的关键。 当盾构刀盘位置前方土体达到松弛极限平衡状 态时,前方土体对刀盘及压力舱内的土体的压力称 为主动土压力; 反之, 当盾构刀盘的位置前方土体达 到挤紧极限平衡状态时,前方土体对刀盘及压力舱 内的土体的压力称为被动土压力。而当前方土体处
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据此, 结合实际, 我们一般设定压力舱土压力值 在 $%,"3/!&12 左右,并根据地面隆起或塌落情况予 以修正,这样便可以有效地控制地表变形在允许范 围内。
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建筑施工, (- ) ./// , ..
表! 压力传感器测得的压力舱内的土压力值 测量点 序号
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盾构压力舱中的压力设定与控制对于有效地控 制地表变形、减小隧道施工对隧道周边环境和建筑 物的影响十分重要, 在盾构施工中应重点考虑。 南京 地铁某段采用了德国海瑞克土压平衡式盾构施工, 通过设定合理的土压力值, 保证了工程顺利、 安全地 进行。
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土仓压力控制方法

压力舱内土体状态控制方法一、工程概况本标段区间隧道全部采用土压平衡式盾构掘进,土压平衡是利用盾构机切削的泥土充满密封仓并保持适当的土压力来平衡开挖面的土体,从而达到对盾构正前方开挖面进行支护的目的。
平衡压力的设定是土压平衡盾构施工的关键,维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节,其中包括推力、推进速度和出土量三者的相互关系,对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用。
因此,盾构推进过程中,要根据不同地质泥土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果及时调整设定土仓压力,推进速度要保持相对平稳,控制好每次的纠偏量,减少对土体的扰动,为管片拼装创造良好条件。
同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整,将施工轴线的地层变形控制在允许的范围内。
二、土压平衡工作原理土压平衡盾构的开挖土舱由刀盘、切口盘、隔板及添加剂注入系统组成。
将刀盘切削下来的碴土填满土舱室,在切削刀盘后面装有使土舱室内土砂强制混合的搅拌臂。
借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压,产生泥土压,这一压力通过碴土及刀盘作用于整个作业面,使作业面稳定,同时用螺旋输送机排土,螺旋输送机排土量与盾构推进量相适应,掘进过程中始终维持开挖土量与排土量平衡,维持土舱内土压力稳定在预定范围内。
土舱内的土压力通过土压传感器进行测量,为保证预定的土压力可通过控制推进力、推进速度、螺旋输送机转速来控制,控制原理见土舱土压力控制示意图。
当土舱内的土压力大于地层土压力和水压力时,地表将会隆起;当土舱内的土压力小于地层土压力和水压力时,地表将会下沉;因此土舱内的土压力应与地层土压力和水压力平衡。
三、土舱内初始土压力值计算(理论值)3.1计算模型在饱和粘性土及粘性土层,盾构的荷载按全土柱进行计算。
盾构周围负荷分布状态见下图。
图2 隧道负荷分布状态(周围)3.2 计算依据①《土压系列盾构施工法》。
②《上海市轨道交通杨浦线(M8线)一期工程土建Ⅲ标工程地质勘测报告》。
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。
土压平衡盾构土舱压力控制技术

---------------精品文档---------------土压平衡盾构土舱压力控制技术近年来,随着大量盾构隧道工程的兴建,土压平衡式盾构机使用也越来越广泛。
本文结合工程实际,就土压平衡式盾构土舱压力控制技术有针对性地进行探讨。
土压平衡、土舱压力、土体状态在土压平衡式盾构的施工法中,为了确保开挖面的稳定,需要适当地维持压力舱压力,普通,如果压力舱压力不足,会引起前方地基沉降,发生开挖面的涌水或者坍塌的危(wei)险就会增大。
如果压力过大,又会引起刀盘扭矩或者推力的增大而发生推进速度的下降或者喷涌等问题。
因此,设置合理的施工土舱压力,提高盾构隧道在施工过程中的稳定性,对于控制地表沉降、提高掘进速度、降低掘进成本有着非常重要的意义。
土压平衡盾构的开挖土舱由刀盘、切口盘、隔板及添加剂注入系统组成。
将刀盘切削下来的碴土填满土舱室,在切削刀盘后面装有使土舱室仅供参考学习第 1 页内土砂强制混合的搅拌臂。
借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压,产生泥土压,这一压力通过碴土及刀盘作用于整个作业面,使作业面稳定,同时用螺旋输送机排土,螺旋输送机排土量与盾构推进量相适应,掘进过程中始终维持开挖土量与排土量平衡,维持土舱内土压力稳定在预定范围内。
土舱内的土压力通过土压传感器进行测量,为保证预定的土压力可通过控制推进力、推进速度、螺旋输送机转速来控制,控制原理见土舱土压力控制示意图 1:当土舱内的土压力大于地层土压力和水压力时,地表将会隆起;当土舱内的土压力小于地层土压力和水压力时,地表将会下沉;因此土舱内的土压力应与地层土压力和水压力平衡。
以上海地铁 M8 线延吉中路站~黄兴路站区间下行线施工中反映出的土舱压力和地表沉隆之间关系进行说明:盾构推进施工前,提前在盾构通过的轴线上方设置地面变形监测点,每隔 5m 一个,盾构施工前测定初始值。
推进 39 环时,覆土厚度 11.8m,计算土舱压仅供参考学习第 2 页力 0.22Mpa,实际设定为 0.26Mpa,推进时,反映的土舱压力和地表沉隆之间关系如下图所示:由以上图分析可知,土舱压力设定值与计算值有较大差别,盾构前方地面隆起较大,说明土舱压力设定值偏大,而实际的土压力小于设定值。
土压平衡盾构土仓压力设定与控制(PPT 53页)

(2)土仓内土压力p仓分析: p仓的大小与土仓内土体的γ仓、c仓和φ仓等物理力学
指标有关,土仓内土体是经过刀盘切削后的碴土,物理 力学指标又与碴土密实度、土体细颗粒含量大小等相关 ,同时受盾构施工状态影响较大。 ❖ 盾构推进时,土仓内土压力为被动土压力,c仓较大时 上部土压力p仓1较大,φ仓较大时下部土压力p仓2较大; ❖ 盾构停机时,土仓内土压力为静止土压力,上部土压 力p仓1为零,下部土压力p仓2较小。
❖ 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,土仓内土体产
生的侧向力作用在土仓隔板上,可将土仓隔板看作挡 土结构;盾构刀盘有一定的开口率,土仓内的土体与 刀盘前方的土体连通,土仓内土体支挡着刀盘前方土 体,开挖面前方土体产生的侧向力作用在土仓内土体 上,同时土仓内土体产生的侧压力也反作用在开挖面 前方土体上,可将土仓内土体看作挡土结构。这样一 来,近似符合土力学相关理论的假定条件,可按土力 学相关理论进行分析
❖ 2.3 土压力与墙身位移的关系 (右图)
❖ 2.4 墙体位移对土压力的影响 ➢ 土压力的类型取决于:墙体是
否发生位移以及位移的方向; 墙后土体所处的应力状态。 _
H
➢ 挡土墙所受土压力的大小并不 是一个常数,而是随位移量的 变化而变化。
土压力 E Ep
H
1~5%
E0 Ea
1~或相关文献的经验 数据,获取各地层的γ、c和φ等物理力学指标以及K0(也可 用K0=1-sinφ),计算主动土压力系数Ka=tg2(45°-φ/2)和被动 土压力系数Kp=tg2(45°+φ/2) ;采用上述公式计算开挖面前方 土压力p土1、p土2 。
土压平衡盾构施工工艺

土压平衡盾构施工工艺土压平衡盾构的基本原理是用一件有形的钢质组件沿隧道设计轴线开挖土体而向前推进。
土压平衡盾构属封闭式盾构。
盾构另一个作用是能够承受来自地层的压力,防止地下水或流砂的入侵。
01工作原理1.盾构机的掘进液压马达驱动刀盘旋转,同时启动盾构机推进油缸,将盾构机向前推进,随着推进油缸的向前推进,刀盘持续旋转,被切削下来的渣土充满泥土仓,此时开动螺旋输送机将切削下来的渣土排送到皮带输送机上,后由皮带输送机运输至渣土车的土箱中,再通过盾构井口垂直运至地面。
2.掘进中控制排土量与排土速度当泥土仓和螺旋输送机中的碴土积累到一定数量时,开挖面被切下的渣土经刀槽进入泥土仓的阻力增大,当泥土仓的土压与开挖面的土压力和地下水的水压力相平衡时,开挖面就能保持稳定,开挖面对应的地面部分也不致坍塌或隆起,这时只要保持从螺旋输送机和泥土仓中输送出去的渣土量与切削下来的流人泥土仓中的渣土量相平衡时,开挖工作就能顺利进行。
3.管片拼装盾构机掘进一环的距离后,通过管片拼装机通缝或错缝拼装单层衬砌管片,使隧道—次成型。
02操作工艺盾构掘进时泥土质量控制1.泥土压力控制。
盾构中的泥土压力可通过以下3种方式调节:(1)调节螺旋输送机的转数;(2)调节盾构千斤顶的推进速度;(3)两者组合控制。
2.泥土塑流性控制。
泥土的塑流性可通过以下4种方法测试。
(1)土仓内的土压。
可通过设在盾构隔板上的土压计测定,是判断泥土塑流性的一种简洁方法。
(2)盾构负荷。
由掘削扭矩、螺旋输送机的扭矩等负荷的变化推定泥土的塑流性。
(3)螺旋输送机的排土效率。
泥土塑流性好的情况下,从螺旋输送机的转数算出的排土量与计算掘削土量的相关性较高。
(4)排土形状测量。
根据目测排土状况或者泥土取样的坍落度试验可以判定泥土的塑流性。
3.防止刀盘泥饼的形成:(1)土舱内水、土、气压力设定值不宜过高,应设法减小刀盘与正面岩土的挤压应力;(2)采取发泡剂等措施切断裂隙水的通道,防止地层中裂隙水涌入;(3)合理布设刀盘刀具,遇到塑性大、裂隙水丰富的风化岩土时,应及时拆除滚刀;(4)向刀盘正面压注一定量的发泡剂或润滑水,减小刀盘与正面土体的碾磨力,同时还可增加破碎的流塑性;(5)在土舱内加以适当的气压,提高螺旋输送机的排土能力。
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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。
2. 土压平衡盾构施工中需要严格监测土仓压力和地下水压力的变化,及时调整设定值和控制方法。
3. 土压平衡盾构施工过程中需要稳定供土系统、排土系统和水封系统的运行,以保证土仓压力的设定和控制。
4. 盾构机设备和控制系统需要具备高精度、快速响应和可靠稳定的性能,才能满足土仓压力的设定和控制需求。
总之,土压平衡盾构土仓压力设定与控制是保证盾构施工安全
和隧道质量的重要环节。
合理设定土压力和灵活调节控制方法,可以有效控制土体的变形和沉降,确保施工的顺利进行。
同时,需要注意地质条件、设备稳定性和控制系统的可靠性,以保证土仓压力的准确设定和控制。
五、土压平衡盾构土仓压力设定与控制的关键技术
1. 土仓压力设定的关键技术
土仓压力设定是土压平衡盾构施工的关键环节。
合理的土仓压力设定可以保证隧道开挖的安全和稳定性。
在土仓压力设定时,需要考虑以下几个关键技术:
(1)地质勘察与土体性质评估:正确评估地质情况和土体性质,包括土的类型、含水情况、孔隙比、稠度等。
根据不同的土性质,设定不同的土仓压力设定值。
(2)土体变形与沉降控制:根据土体变形和沉降的限制值,
设定合理的土仓压力,以保证在隧道开挖过程中不超过规定的变形和沉降范围。
(3)地下水压力控制:根据地下水压力的测量结果,设定合
理的土仓压力,确保土压平衡,并避免地下水的渗入或挤出。
2. 土仓压力控制的关键技术
土压平衡盾构土仓压力控制是实现土压平衡盾构施工的关键环节。
通过控制土仓压力,可以保持土压平衡,有效控制土体的变形和沉降。
在土仓压力控制方面,需要考虑以下几个关键技术:
(1)传感器的选取与布置:选择高精度、切面规整的土压力传感器,并合理布置在土仓内,以准确测量土仓压力的变化。
(2)实时监测与数据处理:利用现场传感器实时监测土仓压力和地下水压力的变化,通过实时数据处理和分析,判断土压平衡情况,并及时调整土仓压力设定值。
(3)控制系统的设计与优化:设计稳定可靠的土仓压力控制系统,包括传感器、执行器和控制器等,以快速响应和准确控制土仓压力的变化。
(4)排土系统的调节与控制:合理调节排土管的开闭程度,以控制土仓压力的变化。
通过监测排土管的流量和压力,实时调整排土系统的工作状态,保持土仓压力的平衡。
六、土压平衡盾构土仓压力设定与控制的挑战和解决方案
土压平衡盾构土仓压力设定与控制面临着一些挑战,如地质条件的复杂性、土体性质的变异性、设备的稳定性和控制系统的可靠性等。
为了克服这些挑战,需要采用多种解决方案:
1. 地质条件复杂性的解决方案
通过充分进行地质勘察和试验,了解地质条件的性质和分布,选择合适的土仓压力设定方法和控制策略。
在施工过程中,及时调整土仓压力设定值,以适应地质条件的变化。
2. 土体性质变异性的解决方案
对土体性质的变异性进行准确评估,通过现场试验和数值模拟等手段,获取土体性质的详细信息。
根据不同的土性质,设定不同的土仓压力设定值,并及时调整土仓压力,以控制土体的变形和沉降。
3. 设备稳定性的解决方案
选择稳定可靠的盾构机和控制设备,保证施工过程中的设备稳定性。
加强设备的维护和保养,及时排查和处理设备故障,以确保土仓压力的设定和控制。
4. 控制系统可靠性的解决方案
采用高精度传感器和快速响应的控制系统,实现对土仓压力的准确设定和控制。
加强对控制系统的调试和检测,确保系统的可靠性和稳定性。
定期对控制系统进行维护和升级,以适应施工的需求。
七、土压平衡盾构土仓压力设定与控制的应用与展望
土压平衡盾构土仓压力设定与控制技术在地下隧道施工中得到了广泛应用,并取得了显著的成效。
随着城市地下空间建设的不断扩大和隧道工程的日益复杂化,土压平衡盾构土仓压力设定与控制技术仍然面临着新的挑战和机遇。
1. 应用领域的扩展
土压平衡盾构土仓压力设定与控制技术广泛应用于地铁隧道、高速公路隧道、水利隧道等工程领域。
随着城市地下空间的不断发展,土压平衡盾构土仓压力设定与控制技术将进一步扩展
到地下车库、地下商业中心等领域。
2. 技术改进与创新
在土压平衡盾构土仓压力设定与控制技术方面,还存在一些技术瓶颈和问题,如对地质条件的准确评估、设备稳定性的提高、控制系统的可靠性等。
未来,需要进一步研究和开发新的设备和技术,以提高土压平衡盾构土仓压力设定与控制的效果和可靠性。
3. 环境保护与安全施工
在土压平衡盾构土仓压力设定与控制技术应用过程中,需要注重环境保护和安全施工。
合理减小土仓压力和土体变形,以减少对周围环境的影响。
加强对施工过程的监测和控制,提高施工的安全性和可控性。
总之,土压平衡盾构土仓压力设定与控制技术在地下隧道施工中发挥着重要的作用。
合理设定土仓压力和灵活调节控制方法,能够保证土体的稳定和隧道的安全施工。
随着科技的进步和经验的积累,土压平衡盾构土仓压力设定与控制技术将进一步提高和完善,为地下空间建设提供更加可靠的技术支持。