土压平衡盾构施工土仓压力研究
复合地层土压平衡盾构掘进参数模拟分析研究
文献标志码 ： Ａ
文 章编 号 ： ６２— ４ Ｘ（ ０２ ０ １７ ７ １ ２ １ ）３—０８ ０ ２ ７— ９
Ｓ ｍ ｕ ａ ｉ ｎ Ａｎ ｌ ｓｓ ｏ ｒ ｎ ｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｏ ｉ ｌ ｔｏ ａ ｙ ｉ ｎ Ｂｏ ｉ ｇ Ｐａ ａ ｔ ｒ ｆＥＰＢ ｈｉｌ ｎ Ｃｏ ｐ ｅ ｔ ａ ａ Ｓ ｅｄ ｉ ｍ ｌｘ Ｓ ｒ ｔ
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓ ｒ ｃ ：Ｔｈ ｉ ｅ ｓｍｕｌｔｏ ｎ ｒ ｄ ｃｉｎ ｏ ｈ ｅｄ ｂ ｒｎ ａ ａ ｔｒ ｎ ｃ ｍｐ ｅ ｔａ ａ ａ ｅ ｓｉ ｎ ｗｅ ｋ ｐ ｓｔｏ ｓ ａｉｎ ａ ｄ ｐ ｅ ｉｔｏ ｆｓ ｉｌ ｏ ｉ ｇ ｐ ｒ ｍｅｅ ｓ ｉ ｏ ｌｘ ｓｒ ｔ ｒ ｔｌ ｉ ａ ｏ ｉｉｎ ．Ｔｈ ｌ ｅ ｂｏ ｉ ｒｏｍａ ｅ ｏ ｒｎｇｐｅ ｆｒ ｎｃ ｆＥＰＢ ｓ ｉｌ ｓ ｉ ｈ ｏ ｌｘ ｓｒ ｔ ｎ Ｄａ ｈ — ｎ ｉｒ ｎ ｉ ｇ ｔ ｎ ｅ ｎ Ｎｏ ｉｅ ｏ ａ ｇ ｈ ｕ Ｍｅ－ ｈ ｅｄ ｎ ｔ ｅｃ ｍｐ ｅ ｔａａ ｉ ｓ ｉＨａ ｘ ｕ ｎ ｎ ｕ ｎ ｌｏ ．３ ｌ ｆＧｕ ｎ ｚ ｏ ｔ ｎ ｒ ｓ ｓｍｕ ａｅ ｎ ｎ ｌｚ ｄ ｂ ａ ｓ ｏ ｒ ａ ｈ ｏ ｓ ｏ ｌｐ ｅ ｓ ｒ ｄ ｌａ ｄ ＣＳ ｍｏ ｅ ．Ｔｈ ｉ ｌｔｏ ｅ ｕ ｔ Ｏ ｏ ｉ ｉ ｌ ｔ ｄ ａ ｄ ａ ａｙ ｅ ｙ ｍｅ ｎ ｆＴｅ ｚ ｇ ｉｌ ｏ ｅ ｓ ｉ ｒ ｓ ｕ ｅ ｍｏ ｅ ｎ Ｍ ｄ １ ｅ ｓｍｕ ａｉｎ ｒ ｓ ｌｓＣ －
究， 分析 了刀 盘 、 具 与 地 质 的适应 性 ； 献 ［ ］ 孤 刀 文 ４对 石 复合地 层盾 构施 工 技术 进 行 了探 索 ， 结 出盾 构 通 总 过 孤石存 在 的问题 和难 点 ， 提 出 了针 对性 的解 决 方 并
盾构掘进施工技术国内外研究现状
盾构掘进施工技术国内外研究现状1.1盾构掘进施工技术国外研究现状纵观盾构隧道掘进180多年的发展历史，盾构隧道施工法和盾构掘进机的改进都是在围绕着：①地层稳定和地面沉降控制；②机械化、自动化掘进和掘进速度；③衬砌和隧道质量，这三个要素进行盾构掘进机的改进和施工方法的革命。
传统的盾构法是把这三个要素分别独立考虑的，把地层稳定处理作为盾构的辅助方法，主要有降低地下水位法、改良地基法、冻结法及气压法等。
在盾构掘进机本身结构上没有考虑对地层稳定的影响或减少和防止地面沉降，盾构一般为敞胸式结构。
然而，任何地层稳定处理方法即使能抑制对地层的影响，也很难满足在城市内施工时的各种要求，特别是关系到地面建筑安全的地面沉降问题，所以，很自然地发展到下一代盾构——闭胸式盾构。
现代盾构的一个最为显著的特点就是统筹考虑盾构法的这三个要素，用盾构掘进机设备本身解决工作面稳定的问题。
用压缩空气平衡土压力的方法，由于容易发生漏气、喷发、工作面崩塌等事故，和造成地面沉降等对环境的不良影响，尤其在遇到粘聚力小、透气性的地层这种方法无法胜任。
自然，人们想到用液体代替空气来支撑工作面，最初在德国和英国进行了有关的试验，1967年日本完成了这一系统，即产生了现代概念上的泥水平衡盾构。
泥水平衡盾构是靠送入工作面与密闭胸板间所形成空腔的加压泥水平衡土压、保持工作面稳定，并用泥水输送刀盘切削下来的弃土，这个方法的问世使工作面稳定状况大大改善，盾构法的适用范围被大大拓宽，盾构掘进机得到了前所未有的发展。
然而，由于泥水平衡盾构需要大规模的泥水分离处理系统，占地面积大，对环境影响大，施工成本高，对城市内施工的隧道这个系统并不理想。
继而在1974年日本首先研制成功土压平衡盾构，这一系统是将刀盘切削下来的弃土送入前端密闭仓内，搅拌或注入添加剂搅拌成塑流化的弃土并与螺旋型输送机等机构相结合，边使工作面保持适当稳定的压力，边通过螺旋输靠性较高，得到了广泛的应用。
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。
盾构机掘进参数设定
2、软弱地层掘进
盾构机在软弱地层掘进时，由于掌子面自稳性较差，需要在土仓 内堆积足够的渣土，使土仓压力与掌子面压力平衡，避免在掘进时由 于掌子面压力过大造成坍塌致使地表沉降，因此软弱地层掘进必须在 土压平衡模式下进行。
此种地层中掘进时应向刀盘多加泡沫和水，多搅拌，改善渣土的 流塑性，防止在刀盘形成泥饼，裹住刀具使之不能转动而造成偏磨， 再有就是掘进中随时注意刀盘扭矩和掘进速度的变化，当掘进速度明 显降低，而刀盘扭矩却增加时，很有可能是刀盘上形成了泥饼，应立 即采取措施处理，刀盘加泡沫加水旋转搅拌洗去泥饼，在地质条件允 许，可开仓用水冲洗刀盘，快速去除泥饼。 软弱地层掘进时，应控制好土仓压力和每环的出渣量，防止地表 下沉，掘进速度不可过快，以保证同步注浆量。掘进时下部油缸推力 要比上部的大30-50bar，防止由于自重引起的盾构低头。
调整好盾构机姿态（盾尾间隙），防止水带砂土从盾尾或铰
接密封处进入隧道。
5、硬岩破碎地层掘进
此地层岩石强度较大，但整体结构性差，岩层节理裂
隙发育，透水能力强，宜采用半敞开模式进行掘进。 掘进时刀盘扭矩变化大，有较大的振动和响声，对刀 具的损伤较大，可能出现刀圈的崩损和脱落。 掘进中要适当降低刀盘转速和掘进速度，防止刀具因
3、软硬不均地层掘进
软硬不均地层是指盾构机掘进断面的地质不均匀，掌子面的上中下 左右岩石强度变化大，既有软弱地层的不稳定性，又有硬岩地层的强 度，考虑到地表可能发生沉降的因素，此地质下盾构机掘进须采用土 压平衡模式。
掘进中刀盘的扭矩变化大，盾构机有较大的滚动、震动现象及间断 的响声，掘进方向较难控制，渣土中会有较大的石块出现。 在此地层中应采用低刀盘转速、低推进速度掘进，因为掌子面地质 不均匀，掘进时刀盘刀盘各部位会受力不均，容易使部分刀具受力过 大而不能转动，最终导致偏磨，还有当掘进速度过快时，刀具的贯入 度也增大，容易使刀盘扭矩突然上升超过设定值而卡死，甚至造成刀 圈崩裂脱落。 由于硬岩部分强度高，不易切削，为保护刀具需降低掘进速度，长 时间的掘进对软弱地层部分的稳定性很不利，因此需保持土仓较高的 土压。
试谈土压平衡盾构机的工作原理(doc 14页)
试谈土压平衡盾构机的工作原理(d o c 14页)土压平衡盾构属封闭式盾构，土压平衡盾构在掘进过程中，随着刀盘不断切削岩土，在沿圆周布置的液压千斤顶推力下，盾构机不断向前推进。
当盾构机向前推进一个管片的长度时，便可以用管片拼装机将若干管片依从下而上的顺序拼装成环。
渣土经由有轨电瓶机车运至洞外。
下面来了解下土压平衡和泥水平衡盾构的区别。
一、土压平衡盾构机工作原理土压平衡盾构机是利用安装在盾构最前面的全断面切削刀盘，将正面土体切削下来进入刀盘后面的贮留密封舱内，并使舱内具有适当压力与开挖面水土压力平衡，以减少盾构推进对地层土体的扰动，从而控制地表沉降，在出土时由安装在密封舱下部的螺旋运输机向排土口连续的将土渣排出。
螺旋运输机是靠转速控制来掌握出土量，出土量要密切配合刀盘切削速度，以保持密封舱内始终充满泥土而又不致过于饱满。
这种盾构避免了局部气压盾构主要缺点，也省略了泥水加压盾构投资较大的控制系统、泥水输送系统和泥水处理等设备。
二、土压平衡和泥水平衡盾构的区别1、结构不同土压平衡盾构：前端刀盘旋转掘削地层土体，切削下来的土体进入土舱。
当土体充满土舱时，其被动土压与掘削面上的土压、水压基本平衡，使得掘削面与盾构面处于平衡状态。
泥水平衡盾构：在盾构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。
开挖面的密封隔仓内注入泥水，通过泥水加压和外部压力平衡，以保证开挖面土体的稳定。
2、作用不同土压平衡盾构：初步或最终隧道衬砌建成前，主要起防护开挖出的土体、保证作业人员和机械设备安全的作用，能够承受来自地层的压力，防止地下水或流砂的入侵。
泥水平衡盾构：推进时开挖下来的土进入盾构前部的泥水室，经搅拌装置进行搅拌，搅拌后的高浓度泥水用泥水泵送到地面，泥水在地面经过分离，然后进入地下盾构的泥水室，不断地排渣净化使用。
3、盾构方式不同土压平衡盾构：盾构靠螺旋输送机将碴土排送至土箱，运至地表。
由装在螺旋输送机排土口处的滑动闸门或旋转漏斗控制出土量，确保掘削面稳定。
土压平衡盾构下穿高速公路施工控制及参数分析
高 速公 路 略基
广 泛应 用于 地铁 隧道 的建设 ，这就 要 Ｉ Ｔ Ｉ ，管 片厚 ０ ． ３ ５ ｍ，宽 １ ． ２ ｉ Ｔ １ 。该 高 求盾 构隧道 在下穿 建 （ 构 ）筑 物 时应 速 公 路 经济 意 义 十 分 重 大 ，在 施 工 严 格控 制盾 构施 工参数 ，减小 对邻 近 过 程 中 ，不 能 对 高 速 公 路 的 正 常 运 建 （ 构 ）筑 物 的影响 ，确保盾 构顺 利 行 有 任 何 影 响 ，也 不 允 许 对 高 速 公 通过 。文章 针对杭 州某 地铁 线路下 穿 路 将 来 的运 行 安 全 留下 任 何 隐患 。
低 最 终 以 隧 道 中心 上 方 地 面 既 不 隆
同步 注 浆 量 的大 小 在 理 论 上 等 应 力 时 ，对 减 少 地 层 损 失 和 地 表 沉
起 ， 又 不 塌 陷 为 宜 。 土 仓 压 力 的设 于 每 ｌ 环 管 片形 成 盾尾 空 隙的 体积 ， 定值 按 式 （ １ ）进 行计 算 。
高速 公路工 程 ，对 盾构 下穿 期 间施 工 盾 构 隧道 与 高 速 公路 位 置关 系 如 图 ｌ
（ 单 位 ：Ｉ ｎ ）
、
参数控 制进 行分析 ，提 出盾 构下穿 该 所示 。 高速 公路 的合理 施工参 数 ，并为类 似
工程施 工提供 技术参考 。
图１ 盾构 隧道与高速公 路位 置关 系
上
低
土 压 平 衡 盾 榆 下 蹇 高 速 路
施 工控制 参数 析
张 火 军
摘 要 ：盾 构 下 穿 高速 公 路 过 程 中将 不 可避 免对 高速 公 路 变形 产 生 影 要 下 穿 土 层 为 ③ 粉 砂 、 ③ 砂 质 粉
土压平衡盾构在大粒径砂卵石地层中的应用
土压平衡盾构在大粒径砂卵石地层中的应用河北省廊坊市065000摘要：土压平衡盾构在大粒径卵石地层中掘进时，土仓内容易结泥饼，特别在富水地层中掘进时，容易诱发喷涌现象而导致地表沉降、塌方，进而使盾构主驱动损坏，造成工程停工等重大经济损失和重大安全事故。
因此，研究和探讨大粒径卵石地层土压平衡盾构施工应用，对于确保土压平衡盾构在大粒径卵石地层中的施工安全、实现高效掘进，具有极其重要的意义。
基于此，本篇文章对土压平衡盾构在大粒径砂卵石地层中的应用进行研究，以供参考。
关键词：土压平衡盾构；大粒径砂卵石地层；应用分析引言随着地下交通工程的快速发展，盾构法施工技术广泛应用于城市轨道交通、地下综合管廊、引水等工程，盾构法施工对地层适应性广泛、施工安全系数高，但因地质情况的千变万化、施工环境复杂，在施工中必然存在盾构适应性和施工方法、措施的调整。
本文主要研究某大粒径砂卵石地层土压平衡盾构施工关键技术，重点解决土压盾构在大粒径砂卵石地层掘进过程中滞排、保压、刀具磨损等难题。
1土压平衡盾构施工方法简介土压平衡盾构是集机械、电路、液压于一身的隧道开挖施工机械，由刀盘、前盾、中盾、尾盾及后配套设施组成。
通过刀盘转动切削土体，切削下来的土体通过刀盘面板上的空隙进入土仓，刀盘转动的同时，面板上会注入膨润土或泡沫剂进行渣土改良，使土体获得良好的流动性，再由螺旋输送机排出，每掘进一环的距离即进行管片衬砌的安装，盾构推进的过程中，盾尾同时进行水泥砂浆注入，及时填充管片背后的空隙。
土压平衡盾构施工要点：端头加固、盾构始发、盾构掘进、管片安装、同步注浆、盾构接收等。
盾构施工的优势:盾构施工技术现已成为我国隧道施工的重要方法。
它的工作方法在安全、质量、环保、经济和技术方面具有重大优势，尤其是在穿越不良地质及建筑物或构筑物时，盾构施工更具有优越性，在技术、经济和安全方面盾构工法与其他施工方法相比具有主要优点如下:（1）盾构施工是一个完全封闭的作业环境，盾壳可起到支撑作用，直至隧道衬砌完工，有利于施工人员的安全保障。
土压平衡盾构和泥水平衡盾构的特点及适应性分析
研
作面土体摩擦力大，刀具磨损量大，不利于长距离
（２） 泥水平衡盾构在掌子面根据要求添加泥水 究
掘进。
（浆），对掌子面的地层进行了改良，泥水平衡盾构设
（３） 在地层中富含水时，根据施工经验，土压平 置卵石破碎机，对孤石进行破碎处理，所以泥水平衡
衡盾构对高水压（０．３ ＭＰａ 以上）的地层适应性差。由 盾构对高水压和砂、黏性、含孤石等地层都能适应。
较差
境良好
施工场地
渣土呈泥状，无需进行任何处理即可运送，所以占 在施工地面需配置必要的泥水处理设备，占地面积
地面积较小
较大
经济性
只需要出渣矿车和配套的门吊，整套设备购置费用 需要泥水处理系统，整套设备购置费用高
低
通过对两种盾构的施工风险对比分析，本文认 为对目前地下施工通用的两种盾构的选择使用，主 要应根据工程的地质条件，并结合效率、施工场地、 施工的经济性来综合考虑。对于使用土压平衡盾构 还是使用泥水平衡盾构，其前提是保证施工工程的
关键词：土压平衡盾构 泥水盾构 地质条件 掘进机理 适应性
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目前，国内外盾构施工工程主要是土压平衡盾 构机和泥水平衡盾构机两种机型，针对特定的地质 条件，合理地选用盾构将使施工风险降低。本文从土 压平衡盾构和泥水平衡盾构的掘进机理及对不同地 质的适应性进行分析，对多种与盾构施工相关的因 素进行比较，以期对目前通用的两种盾构选型有一 定的帮助。
工程机械
Ｔｅ ｓ ｔ ａ ｎｄ Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒｃｈ
地层中掘进时，由于砂料在螺旋输送机上输送连续 构施工过程连续性好，效率高，且刀具在泥水环境中 试 验
性差，土压平衡盾构就不易形成土塞效应，掌子面 工作，由于泥水的冷却与润滑作用，刀具磨损小，有
土压平衡盾构隧道施工工艺简介
4、隧道断面布置形式
1、井下准备：工作井施工
1、井下准备：基座安装
盾构基座为钢结构预制成榀，盾构基座位置按设计轴 线准确放样，安装时按照测量放样的基线，吊入井下就位 焊接。两根轨道中心线与基座上的盾构必须对准洞门中心 且与隧道设计轴线一致，并对基座加设支撑加固。
1、井下准备：出洞装置安装
4、隧道断面布置形式
灯架
通风管 照明、控制电缆
动力电缆
栏杆
走道 进排水管
电机车轨道
三、盾构进出洞技术
1、封门形式
钢结构、混凝土结构、砖墙
2、洞门土体加固
注浆、降水、冻结
1、封门形式
以混凝土结构为例
2、洞门土体加固
以冻结为例
四、盾构推进
1、参数设定 2、盾尾注浆 3、管片拼装
2、井上准备：测量
平面测量
（2）地面与井下连测 定向测量采用几何定向法。在井口 X 设站，传递至隧道 内的固定边（固定边宜在150M－200M左右）整个施工期间不 得少于三次定向，三次定向成果最大之差应≤8″～ 10″， 横向误差≤3mm～5mm。
（3） 井下导线 以定向测量结果为井下导线的起始边，尽量使导线布设 为等边直伸导线，井下边长一般以200m左右为宜，井下导线 测角6－8测回，分别测左右角各一半，圆周角闭合差≤3″ ，重复测导线水平角总和不得大于±3”×n1/2 （n为测站数 ），边长测定需正倒镜各测4次，且应往返测边。
由于工作井洞圈直径与 盾构外径存有一定的间隙， 为了防止盾构出洞时及施工 期间土体从该间隙中流失， 在洞圈周围安装橡胶帘布带、 环板、铰链板、弧型插板等 组成的密封装置，并设置注 浆孔，作为洞口防水堵漏的 预防措施。
橡胶帘布 加强板 环布 10 均布 螺钉 垫圈 穿墙管 5 均布 销套 翻板 盾构 管片
富水地层辅助气压平衡模式盾构施工方法研究
ValueEngineering0引言伴随我国基础设施建设的发展，盾构法施工具有施工安全性高、工期短、施工成本低等特点，已经成为城市轨道交通工程区间隧道施工的主要施工方法。泥水平衡盾构施工方法工程经济性差、项目用地较多、环保成本高，在进行水下隧道施工时会优先采用；土压平衡盾构一般适用于陆地隧道施工。
要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要要作者简介院王怀东（1977-），男，辽宁凌海人，现任中铁九局集团有限公司研发中心副主任，主要从事地下轨道交通工程生产施工。
富水地层辅助气压平衡模式盾构施工方法研究ResearchonConstructionMethodofShieldTunnelinginWater-richStratumwithAuxiliaryAirPressureBalanceMode
王怀东WANGHuai-dong（中铁九局集团有限公司，沈阳110051）（ChinaRailwayNinthBureauGroupCo.，Ltd.，Shenyang110051，China）
摘要院伴随我国基础设施建设的发展袁盾构法施工以其安全尧快速尧经济的特点袁已经成为轨道交通工程区间隧道的主要施工方法遥对于埋深大尧富水尧裂隙发育的稳定地层袁按照常规的全土压模式掘进时经常会发生喷涌袁由此带来的清理工作量大尧拼装不及时问题也会加剧喷涌的发生袁形成恶性循环遥文章总结了成都地铁9号线采用辅助气压平衡模式的盾构施工经验袁提出了辅助气压模式盾构施工的关键控制技术袁给出了可供参考的盾构施工参数袁为相同或类似施工条件的项目提供了可参考的案例遥Abstract:WiththedevelopmentofChina'sinfrastructureconstruction,shieldtunnelinghasbecomethemainconstructionmethodof
railtransitprojecttunnelwithitscharacteristicsofsafety,speedandeconomy.Forstablestratumwithlargeburieddepth,richwateranddevelopedfissures,gushingoftenoccurswhentunnelinginaccordancewiththeconventionalwholesoilpressuremode.Theresultingproblemsofheavycleaningworkloadandlateassemblywillalsoaggravatetheoccurrenceofgushing,formingaviciouscircle.ThispapersummarizestheshieldconstructionexperienceofchengdumetroLine9usingtheauxiliaryairpressurebalancemode,analyzestheadvantagesandconstructiontechnologyoftheauxiliaryairpressurebalancemodeshieldconstructioninwater-richstratum,whichhasimportantreferencesignificanceforsimilarstratumshieldconstruction.
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土压平衡盾构施工土仓压力研究
[摘要]济南地铁四号线八一立交桥至泉城公园站区间隧道施工，采用土压
平衡盾构机施工工艺。
因其位于济南市中区繁华地段，且水文地质情况复杂，地
下水位较高及涉及保泉问题，盾构施工推进过程中，合理控制盾构机土仓压力就
显得尤为重要，若土仓压力过高会导致地下水位抬升，甚至造成地表隆起；若土
仓压力过低则会导致地表塌陷。
本文以朗肯土压力理论及太沙基松弛土压力理论
和我国《铁路隧道设计规范》TB10003-2016提供的经验公式，结合地层实际情况，充分考虑土体稳定性、粘聚力、渗透性、内摩擦角等土仓压力影响因素，界定土
仓压力的安全上限及下限，为实际盾构施工土仓压力的选取提供参考。
[关键词]盾构施工；土仓压力；粘聚力；摩擦系数
[中图分类号] [文献标识码][文章编号]
0引言1
本文主要针对土压平衡盾构施工土仓压力的选择，结合现有的理论及经验方法，重点研究理论公式中各参数的意义及由来，辅助盾构技术人员掌握开挖地层
土压力情况。
1.
土仓土压力及其设定方法
1.1土压平衡盾构推进原理
土压平衡盾构，简称EPB盾构，前部设置隔板，并由刀盘、切口环、隔板和
螺旋输送机隔离出土仓结构等组成。
其工作原理为：刀盘旋转切削开挖面，破碎的泥土纷纷通过刀盘开口进入土仓，待泥土落到土仓底部后，通过螺旋输送机运到皮带输送机上，然后输送到停
在轨道上的渣车上；由于土仓和螺旋输送机内充满了切削下来的泥土，并依靠推
进液压缸的推力给土仓内的开挖土渣加压，使土压作用于开挖面以使其稳定；此外，盾壳对挖掘出的还未衬砌的隧道起着临时支护作用，承受周围土层的土压及
地下水的水压，并将地下水挡在其外[2]。
土压平衡盾构通过密闭土仓内切削土体的压力与开挖面水土压力的平衡来减
小土体的扰动。
合理的设置土仓土压力对于地表沉降的控制具有重要意义。
1.2土仓土压力设定方法
盾构施工开挖面需考虑的土压力主要有朗肯主动土压力、朗肯被动土压力、
朗肯静止土压力及太沙基松弛土压力等，需视开挖环境的要求不同而严格设置。
实际计算时，规定一个上限值，一个下限值，形成一土仓压力管理范围，当土体
的自稳性较好时取较小的压力，当严格控制地层变形或地表沉降时取较大的压力，即：
土仓压力计算方法
2.1朗肯土压力基本理论
取一微观土体单元，用大主应力和小主应力概括土体单元的受力情况，如图1所示。
图1土体微观单元受力示意图
假设土体的破坏为剪切破坏，为滑动剪破面，为剪破面与水平方向夹角，抗剪强度主要由颗粒间的粘聚力和摩擦力（内摩擦角）组成。
则由莫尔-库伦强度理论的极限平衡条件可得：
而朗肯土压力理论，则是在莫尔-库伦强度理论的基础上，将看作竖直方向上的自重应力，将看作水平方向上的自重应力分量，即朗肯土压力。
如图3所示，其中为自重应力，为静止侧压力系数，其值为，代表有效内摩擦角。
图2朗肯土压力示意图
若考虑土体粘聚力作用，即滑动土体为粘性土，则可得：
其中，
代表朗肯主动土压力，代表其主动侧压力系数；代表朗肯被动土压力，代表其被动侧压力系数。
代表朗肯静止土压力，代表其静止侧压力系数。
2.2 水压力计算方法
理论水压力的计算方法分两种情况，第一种，地层为砂性土，需按水土分算的方法分别计算侧向土压力和水压力并求和，计算自重应力时需考虑水的浮力作用；第二，地层为粘性土，因粘性土渗透性较小，需按水土合算的方法直接用饱和重度计算侧向土压力，将水土看为一个整体，不考虑水的浮力作用。
而在实际掘进过程中，地层情况复杂，且由于刀盘并非完全开口，而是中间有70%~80%的支挡结构，随着刀盘的不断往前推进，土仓内的压力介于原始的土压力值附近。
加上水在土中的微细孔中流动时的阻力。
故在掘进时地层中的水压力可以根据地层的渗透系数进行酌情考虑[3]。
水压力计算公式：
其中，q为根据土的渗透系数确定的一个经验数值，砂土中q取0.8~1.0，粘性土中q取0.3~0.5。
2.3我国经验法土压力计算方法
在我国《铁路隧道设计规范》中，在太沙基松弛土压力理论的基础上，结合大量的施工经验，提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法[4]。
此方法首先根据隧道顶部覆土是否有形成“拱顶效应”的条件为判定原则，将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道。
深浅埋隧道的临界深度通常为2~2.5倍施工坍方高度（等效荷载高度）确定，即：
其中，Hp为深浅埋隧道分界深度，Hq为施工坍方平均高度，s为围岩等级，ω为宽度影响系数，B为隧道净宽，单位以米计，i为B每增减1米时的围岩压力增减率，B<5时i=0.2，B>5时i=0.1。
竖向松弛土压力为
其中，为围岩容重。
水平松弛土压力需根据围岩等级判断，如表4所示：
表4水平松弛土压力取值示意表
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总结
1）首先，因地下土层实际情况错综复杂，且地层勘探手段存在局限性，而我们的理论依据是建立在相对理想情况下研究和计算的，故存在一定误差，若要进一步准确判断盾构机掌子面前方土压力，需根据实际情况灵活选用各类参数，达到较准确控制沉降的目的。
2）深埋隧道中，若坍方范围内的围岩稳定性较好，则按《铁路隧道设计规范》计算土压力时数值偏大，围岩范围按1~2倍盾构机外径计算较为合适。
3）深埋隧道中，若坍方范围内的围岩稳定性较差或围岩变形、软弱系数较大，容易失水时，反而按规范法计算土压力较为合适，按主动土压力计算数值偏小，易导致岩体向下移动或坍塌。
4）浅埋隧道中，因隧道深度无法形成“拱顶效应”，为防止因推力过大导致地面隆起，应采用朗肯主被动土压力计算方法界定盾构土压力。
但若开挖面围岩稳定性较差，为防止岩体向下移动或坍塌，甚至发生地表沉降，应用朗肯静止土压力和被动土压力界定盾构土压力。
5）若增大盾构机推进压力，会增大盾构机掘进扭矩，掘进功率也随之增大，进而增大掘进成本，故盾构掘进时的实际压力，在不考虑工期和地表沉降的情况下，应尽量贴合盾构土压力下限。
参考文献：
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结构， 2011,41(10)：37-41.
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