盾构施工土压力确定
土仓压力计算
施工中,如果管片顶部的注浆不太密实,地下水可能会沿隧道衬砌外部的空隙形成
过水通道。当盾构长时间停机时,必将形成一定的压力水头。此时的地下水压:σw盾尾后 =q砂浆 ×γhW 式中,q砂浆-根据砂浆的渗透系数和注浆的饱满程度确定的经验数值,一般取q=0.5~ 1.0;γ-水的容重;hW-补强注浆处与刀盘顶部的高差。 在掘进过程中,一般按刀盘前方的地层水压力进行计算,在盾构停机过程中,按盾尾后
的土体不向下滑移所需的最小土压力,即土体的主动土压力:
σa =σz tan2(45°-φ/2)-2ctan(45°-φ/2) 式中,σz-深度z处的地层自重应力; c-土的粘着力; z-地层深度;
φ-地层内部摩擦角。
2018-01-06
浅埋隧道地层压力计算方法
被动土压力计算:
盾构的推力偏大时,土体处于向上滑动的极限平衡状态。此时,刀盘前方的土
=2.20×6×tan2(45°-30°/2)-2×0.35×tan(45°-30°/2) =0.42 kg/cm2=0.042Mpa σ静止=k0γz=0.35×2.2×6=0.424kg/cm2=0.0462Mpa 在中密实卵石土中,计算地层水压力时q 取0.1,
8634mm,采用装配式钢筋砼管片衬砌,衬砌环外径8300mm,内径7500mm,管片宽 度1500mm,管片厚度400mm;管片与地层间的空隙采用同步注浆回填。隧道上覆土 厚度最大约18.5m,最小约5.8m。区间隧道主要穿行于<8-3-2>中密实卵石层、<83-3>密实卵石层。地层地下水主要为第四系孔隙水与基岩裂隙水。 根据地勘报告,区间隧道围岩等级为V级,出场线始发段隧道埋深约5.8米,地下 水位为地下2米。计算施工土压力时,确定隧道埋深以6.0m考虑,围岩以<8-3-2>
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。
(完整word版)盾构土压力计算
城市地铁盾构施工土压力选择随着北京2008年申奥成功,我国的城市地铁施工必将走向了一个崭新的一页。
城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点,已经被越来越多的人们所认可。
在城市地铁盾构施工中,如何设置合理的土压,对于控制地表沉降有着至关重要的意义。
一、土压平衡复合式盾构机三种工况的简要介绍土压平衡复合式盾构有三种工况,即敞开式、半敞开式、土压平衡三种掘进模式。
地层围岩条件较好时,螺旋输送机伸入土仓,螺旋输送机的卸料口完全打开,土仓内不保持土压,维持刀盘、土仓、螺旋输送机之间的完全敞开,实现敞开式模式掘进。
当围岩稳定性变坏,工作面有坍塌时或有坍塌的可能,或地下涌水不能得到有效控制时,缩回螺旋输送机,关闭螺旋输送机的卸料口,压入压缩空气,土仓会被压力封闭,控制地下水的涌出,防止坍塌的进一步发生,即可实现半敞开式掘进模式;若水压力大或工作面不能达到稳定状态,则先停止螺旋输送机的出碴,切削下来的碴土充满土仓。
与此同时,用螺旋输送机排土机构,进行与盾构推进量相应的排土作业,掘进过程中,始终维持开挖土量与排土量的平衡来维持仓内碴土的土压力。
以土仓内的碴土压力抗衡工作面的土体压力和水压力,以保持工作面的土体的稳定,防止工作面的坍塌和地下水的涌出,从而使盾构机在不松动的围岩中掘进,确保不产生地层损失,实现土压平衡掘进模式。
二、掘进土压力的设定在选择掘进土压力时主要考虑地层土压,地下水压(孔隙水压),预先考虑的预备压力2.1 地层施工土压在我国铁路隧道设计规范中,根据大量的施工经验,在太沙基土压力理论的基础上,提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法,根据隧道的埋资深度不同,将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道。
再根据隧道的具体情况采用不同的计算方式进行施工土压计算。
2.1.1 深埋隧道与浅埋隧道的确定深、浅埋隧道的判定原则一般以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱” 为原则。
深埋隧道围岩松动压力值是根据施工坍方平均高度(等效荷载高度)确定的。
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 。
盾构主要参数的计算和确定
盾构主要参数的计算和确定盾构是一种地下隧道开挖机械,主要用于建设地下管道、地铁、隧道等。
盾构机的主要参数包括推进力、推进速度、刀盘直径、刀盘转速、排土能力等。
这些参数的计算和确定对于盾构机的运行和施工效果具有重要的影响。
首先,推进力是盾构机推动刀盘前进的力量。
推进力的确定需要考虑土壤的性质、刀盘直径、刀盘转速等因素。
一般来说,推进力的计算可以基于土壤力学参数和盾构机的特性进行估算。
土壤力学参数可以通过地质勘探和试验获得,而盾构机的特性包括刀盘直径、刀盘转速等,可以通过盾构机的设计参数和相关文献获得。
其次,推进速度是盾构机每单位时间的前进距离,影响了盾构机的工程进度和效率。
推进速度的计算可以通过推进力和阻力之间的平衡关系来实现。
阻力包括土压力、摩擦力、泥浆粘性力等因素。
推进速度的确定需要综合考虑土壤的力学性质、刀盘直径、刀盘转速等因素进行分析和计算。
刀盘直径是盾构机刀盘的直径,直接影响到盾构机的施工能力和效果。
刀盘直径的确定需要综合考虑地下隧道的设计要求、土壤的力学性质、盾构机的推进力等因素进行计算和确定。
一般来说,刀盘直径越大,盾构机的施工能力越强,但也会增加施工的阻力和难度。
刀盘转速是指刀盘转动的速度,直接影响到盾构机的掘进能力和切削效果。
刀盘转速的确定需要综合考虑土壤的硬度、刀盘直径、地下水位等因素。
一般来说,土壤硬度越大,刀盘转速越慢;刀盘直径越大,刀盘转速越大;地下水位越高,刀盘转速越慢。
排土能力是指盾构机排除掉土壤和岩石的能力,也是盾构机施工的重要参数之一、排土能力的计算可以通过刀盘的转速、刀盘的形状、泥浆的流速等因素进行分析和计算。
目前,常用的方法是通过实际施工数据和工程经验进行估算和确定。
综上所述,盾构主要参数的计算和确定需要综合考虑地质条件、土壤力学性质、盾构机的设计参数等因素。
在实际工程中,通常会进行一系列的试验和计算来确定最适合的参数,以提高盾构机的施工效率和质量。
隧道盾构法施工土压力的计算与选择
2 土仓压力计算方法
在设定土 仓 压 力 时 主 要 考 虑 地 层 土 压 、 地 下 水 压 (孔 隙 水 压 )及预先考虑的预备压力。
2.1 地层土压力
目前 , 盾构施工中土压力计算尚无固定的方法 , 不同国家和 地区盾构机型不同 , 一般计算和参数取值方法也不尽相同。
2.1.1 静止土压力
静止土压力为处于静止的弹性平衡状态下的原状天然土体
this pape r analyze s the e arth pre s s ure and e m phas ize s the calculation w ays of the s tatic pre s s ure , active pre s s ure , ple , the pape r e xplains how to choos e the e arth pre s s ure .
隧道盾构法施工土压力的计算与选择
S e le c t io n a n d Ca lc u la t io n o f t h e Ea rt h P re s s u re fo r S h ie ld Tu n n e lin g
宫秀滨1, 徐永杰1, 韩静玉2
GONG Xiu-bin 1, XU Yong-jie 1, HAN J ing-yu 2 1. 鲁东大学 土木工程学院 , 山东 烟台 264000 2. 中铁隧道股份有限公司 , 河南 新乡 453000 1.School of Civil Engine e ring, Ludong Unive rs ity, Yantai 264000, Shandong, China 2.Tunne l Engine e ring Group Co. Ltd. of Chine s e Railw ay, Xinxiang 453000, He nan, China
盾构施工土压力确定
(5-2)地层考虑,水平侧向力系数 q 取 1/3~1/2,初步确定采用深埋隧道土压力计算
土压。
地层的水平侧向力为:
σ = 水平侧向力 q×0.41×1.79Sω =(1/3~1/2)×0.41×1.792(1+0.1(6.3-5))kg/cm2
=0.049~0.074Mpa
由于全风化泥质粉砂岩以及残积土层的透水性差,在考虑地层水压力时 q 取 0.1,
σw 刀盘前=q ×γh=0.1×1×20=0.2 kg/cm2=0.02 Mpa
考虑 0.010~0.020Mpa 的压力值作为调整值来修正施工土压力,即σ调整=0.010~
0.020Mpa。 σ初步设定=σ水平侧向力+σ水压力+σ调整 =0.079~0.10 Mpa。 采用此土压力值,盾构穿越该区段的地表
59.7
0.30
55
0.43
220
稍密)
残积土(硬塑、
5-2
1.99 4.23
40.0
17.3
121
0.28
70
0.39
300
中密)
6 岩石全风化带 1.95 3.93
37.0
16.7
125
0.25
100
0.33
350
7 粉土(强风化) 1.92 3.16
70.5
30.4
220
4.2 盾构穿越建筑物密集群地段
q—根据围岩级别确定的水平侧压力系数,具体见表 1:
表1
围岩分类
Ⅰ~Ⅱ
水平侧压力系数 q
0
2.2 浅埋隧道的土压计算
水平侧压力系数表
Ⅲ
Ⅳ
1/6
1/6~1/3
Ⅴ 1/3~1/2
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。
盾构土压力计算范文
盾构土压力计算范文首先,盾构土压力的计算需考虑到多种因素,包括土体类型、土体密度、盾构施工的深度等。
在进行计算前,需要明确以下几个基本概念:1.盾构土压力:指盾构施工中土体对盾构壁面施加的压力。
2.盾构机推力:指盾构机在施工中向前推进所需的推力。
3.土重:指单位体积土体的重量,在计算中一般采用土体干容重来表示。
根据经验公式,可以计算出盾构土压力的近似值。
一般情况下,盾构土压力可以由以下公式计算得出:P=Kp*δ*H其中,P表示盾构土压力,Kp为压力系数,δ为土体干容重,H为盾构掘进深度。
在公式中,压力系数Kp的取值与土体类型有关。
一般来说,Kp的取值范围在0.6-1.0之间,具体数值需要根据实际情况进行确定。
土体干容重δ可以通过室内试验获得,或者通过经验值进行估算。
例如,当土体类型为黏土时,一般可以取δ=18.5kN/m3;当土体类型为砂土时,可以取δ=16.5kN/m3盾构掘进深度H即为盾构壁面与地面的垂直距离,为施工中一个重要的参数。
通过以上公式的计算,我们可以得到盾构土压力的近似值。
然而,在实际工程中,由于实际情况相对复杂,单纯依靠公式得出的结果可能存在一定的误差。
因此,在实际工程中,一般会进行更为精确的计算,考虑更多的因素。
这包括盾构机的推力、推进速度、土体的变形特性等等。
在计算中可能涉及到更复杂的力学理论,需要进行更为详细的工程力学分析。
总之,盾构土压力的计算对于盾构施工过程中的安全性和效率起着至关重要的作用。
通过明确计算公式、考虑各种因素并进行精确计算,可以更加准确地估计盾构土压力,为盾构工程的顺利进行提供重要参考。
盾构掘进土压力计算
土压力计算方法二公式说明一、 计算公式根据土压平衡盾构的工作原理,土仓压力需要与开挖面的正面水土压力平衡以维持开挖面土体的稳定,减少对土层的扰动。
基于力学原理,正面水土压力的理论值为:H q H K P P P w w w c γγ++=+=)('0 (式1)式中c P 为土压力,w P 为水压力。
)('q H K P w c +=γ (式2)式中w K 为静止土压力系数,一般通过试验确定,无试验资料时,可按参考值选取;砂土取0.35~0.45;粘性土取0.5~0.7,也可利用半经验公式'sin 1ϕ-=w K 计算,式中,'ϕ为土体的有效内摩擦角。
'γ为土的有效重度,单位3/m KNH 为计算点土层厚度。
q 为连续均布荷载。
H P w w γ= (式3)式中w γ为水的重度,H 为计算点土层厚度。
二、 星会区间湖底掘进计算模型考虑2.1. 计算模型盾构机掘进穿越金鸡湖底施工,从地质纵断面图看盾构机主要通过④2粉砂层及⑤粉质粘土层,开挖面的正面水土压力考虑分为三部分,一为金鸡湖水;二为①1淤泥层,三为其他土层(包括①2素填土、③1粘土、③2粉质粘土、④1粉土、④2粉砂、⑤粉质粘土)。
2.2. 竖向分层计算原则静止土压力分层计算模式为:第一层按照均质土方法计算,计算第二层土土压力时,将第一层土换算成与第二层的性质指标相同的当量土层厚度'1h ,即211'1γγh h =,然后按换算后第二层土的厚度计算第二层范围的土压力,依此类推。
在本计算实例中,第一层金鸡湖水视为连续均布荷载)(Pa *10*3^101h q =;式中1h 为水深。
第二层为①1淤泥层,该层厚度为2h ,根据地质勘察报告,该层湿密度为3/38.1cm g =ρ,则重度为342/1038.1m KN ⨯=γ。
第三层为其他土层,该层厚度为3h ,计算该层范围土压时土层厚度32'393.138.1h h h +⨯=,根据地质勘察报告,该层平均湿密度为3/93.1cm g =ρ,则重度为343/1093.1m KN ⨯=γ。
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DS+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xx盾壳xxL=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Fe=安全储备系数AX盾构推进总阻力Fd安全储备系数A---一般取1.5---2.0。
盾构推进总阻力Fd=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xx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qu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xx压力PW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Wf=功率储备系数AWX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AW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DS2)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qp=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。
土压力的确定
自 YDK17+200 至 YDK17+050,盾构进入建筑物密集群下施工。该区段地层以 全风化<6>和残积土层<5-2>为主,隧道埋深 20~22m。 盾构在该段施工时,为确保地表建筑物的安全,根据占隧道施工影响范围数量较多 的不利地层考虑土压力。隧道埋深以 20m 考虑,围岩以残积土层<5-2>地层考虑, 水平侧向力系数 q 取 1/3~1/2,初步确定采用深埋隧道土压力计算土压。
透系数、管片背后的砂浆凝结时间、渗透系数及渗透时间有关。由于地下水流经土
体时受到土体的阻力产生水头损失,因此作用在刀盘上的水压力一般小于该地层处
的理论水头压力。
掘进过程中,随着刀盘的不断向前推进,土仓内的压力处于原始土压力值附近,
考虑水在土中流动时的阻力,掘进时地层中的水压力可以根据地层的渗透系数酌情
目前,施工土压力的设定一般遵循以下原则: a.土仓内的土压力应可以维持刀盘前方的围岩稳定,不致因土压偏低造成土体坍 塌、地下水流失。 b.土仓内的土压应尽可能低,以降低掘进扭矩和推力,提高掘进速度,降低土体对 刀具的磨损,以最大限度地降低掘进成本。
2 地层压力计算原理
地层压力的计算原理有多种,目前我国铁路隧道设计规范是在太沙基土压力理论的 基础上,提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法。根据隧道的埋置深度不同, 将隧道分为深埋隧道和浅埋隧 道,然后根据隧道的具体情况,采 用不同的计算方式进行地层土压计算[1]。
计算水压力时,盾尾后部的水压力与刀盘前方的水压力按取大值考虑。(根据 笔者的经验,在掘进过程中,一般按刀盘前方的地层水压力进行计算,在盾构停机 过程中,按盾尾后部的水压力进行计算。) 3 土压平衡盾构施工土压力的设置方法
土压盾构土仓压力设定与控制ppt课件
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2.8 被动土压力
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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。
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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
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1.3 开挖面稳定和土仓压力设定相关理论 开挖面稳定是通过保持盾构刀盘支承的压力仓内泥 土压力来获得。盾构推进时,其前端刀盘旋转切削地 层土体进入土仓。当土体充满土仓时,其被动土压与 开挖面上的土、水压基本相同,开挖面实现平衡。 土仓压力设定,有采用开挖面地层的主动土压力、 静止土压力或松弛土压力的方法等。作为上限值,以 尽量控制地表面的沉降为目的而使用静止土压力;作 为下限值,可以允许产生少量的地表沉降,但可确保 开挖面的稳定为目的而使用主动土压力。
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2.2 土压力及类型 由于土体自重、土上荷载或结构物的侧向挤压作用,
挡土结构物所承受的来自墙后填土的侧向压力。 墙体位移条件是影响土压力的最主要的因素。 墙体位移的方向和相对位移量决定所产生的土压力的
性质和土压力的大小。
(a)静止土压力
(b)主动土压力
(c)被动土压力
(Earth pressure at rest) (Active earth pressure) (Passive earth pressure)
土压力计算
地层参数按《岩土勘察报告》选取,由于岩土体中基本无水,所以水压力的计算按水土合算考虑。
选取可能出现的最不利受力情况埋深断面进行计算。
根据洞门的纵剖面图,及埋深不大,在确定盾构机拱顶处的均布围岩竖向压力Pe 时,可直接取全部上覆土体自重作为上覆土地层压力。
盾构机所受压力:Pe =γh+ P0P01= Pe + G/DLP1=Pe ×λP2=(P+γ.D) λ h 为上覆土厚度,γ为土容重,γ=1.97 t/m3G 为盾构机重,G=360 tD 为盾构机外径,D=6.45 m ; L 为盾构机长度,L=8.0m ; P0为地面上置荷载,P0=2 t/m2; P01为盾构机底部的均布压力;P1为盾构机拱顶处的侧向水土压力;P2为盾构机底部的侧向水土压力;Pe=1.97×6.65+2=15.1t/m2P01=15.1+360/(6.45×8.0)=22.1t/m2 P1=15.1×0.47=7.1t/m2P2 =(15.1+1.97×6.45)×0.47=13.1t/m2盾构的推力主要由以下五部分组成:54321F F F F F F ++++=式中:F1为盾构外壳与土体之间的摩擦力 ;F2为刀盘上的水平推力引起的推力F3为切土所需要的推力;F4为盾尾与管片之间的摩阻力F5为后方台车的阻力3.0=μμ数,计算时取:土与钢之间的摩擦系式中:t F 5.6973.00.845.61.131.71.221.15411=⨯⨯⨯+++⨯=π)()(d P D F 224π=为水平土压力式中:d P ,)(2D h P d +=λγm D h 875.9245.665.62=+=+ 2/1.9875.997.147.0m t P d =⨯⨯=t F 2971.945.64/22=⨯=)(π )(C D F 234/π=式中:C 为土的粘结力,C=4.5t/m2t F 1475.445.6423=⨯⨯=)(πc c W F μ=4式中:WC 、μC 为两环管片的重量(计算时假定有两环管片的重量作用在盾尾内,当管片容重为2.5t/m3,管片宽度按1.2m 计时,每环管片的重量为19.3t ),两环管片的重量为38.6t 考虑。
土压平衡盾构土仓压力设定与控制
土仓压力稳定性 评估:评估土仓 压力稳定性
土仓压力控制效果 评估:根据土仓压 力稳定性评估结果, 评估土仓压力控制 效果
评估结果分析
土仓压力设定: 根据土质、地层 条件等因素设定
控制效果:通过 监测和控制土仓 压力,确保盾构 机正常工作
评估方法:采用 数值模拟、现场 监测等方法进行 评估
评估结果:土仓压 力控制效果良好, 提高了盾构机的工 作效率和安全性
施工工艺: 盾构机推 进速度、 出土量、 注浆量等
安全因素: 土仓压力 过高或过 低对盾构 机及施工 人员的影 响
经济因素: 土仓压力 设定对施 工成本、 工期的影 响
土仓压力控制技术
控制技术分类
压力控制技术: 通过控制土仓 压力,确保盾 构机正常工作
流量控制技术: 通过控制土仓 流量,确保盾 构机正常工作
土仓压力设定与控 制实践案例
案例选择原则
选择具有代表性的案例,能够反映土仓压力设定与控制的实际情况 选择具有挑战性的案例,能够展示土仓压力设定与控制的难点和问题 选择具有创新性的案例,能够展示土仓压力设定与控制的新方法和新技术 选择具有实际应用价值的案例,能够为土仓压力设定与控制的实践提供参考和借鉴
压力设定步骤:首先确定土仓压力初始值,然后根据实际推进情况调整压力设定值
压力设定注意事项:避免土仓压力过大导致盾构机推进困难,避免土仓压力过小导致盾构机 推进不稳定
压力设定影响因素
土质:土 的性质、 密度、含 水量等
盾构机性 能:盾构 机的类型、 尺寸、速 度等
施工环境: 地下水位、 地层稳定 性、地下 水压力等
土仓压力稳定性:土仓压力保持稳 定,避免过大波动
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盾构土压力计算
城市地铁盾构施工土压力选择随着北京2008年申奥成功,我国的城市地铁施工必将走向了一个崭新的一页。
城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点,已经被越来越多的人们所认可。
在城市地铁盾构施工中,如何设置合理的土压,对于控制地表沉降有着至关重要的意义。
一、土压平衡复合式盾构机三种工况的简要介绍土压平衡复合式盾构有三种工况,即敞开式、半敞开式、土压平衡三种掘进模式。
地层围岩条件较好时,螺旋输送机伸入土仓,螺旋输送机的卸料口完全打开,土仓内不保持土压,维持刀盘、土仓、螺旋输送机之间的完全敞开,实现敞开式模式掘进。
当围岩稳定性变坏,工作面有坍塌时或有坍塌的可能,或地下涌水不能得到有效控制时,缩回螺旋输送机,关闭螺旋输送机的卸料口,压入压缩空气,土仓会被压力封闭,控制地下水的涌出,防止坍塌的进一步发生,即可实现半敞开式掘进模式;若水压力大或工作面不能达到稳定状态,则先停止螺旋输送机的出碴,切削下来的碴土充满土仓。
与此同时,用螺旋输送机排土机构,进行与盾构推进量相应的排土作业,掘进过程中,始终维持开挖土量与排土量的平衡来维持仓内碴土的土压力。
以土仓内的碴土压力抗衡工作面的土体压力和水压力,以保持工作面的土体的稳定,防止工作面的坍塌和地下水的涌出,从而使盾构机在不松动的围岩中掘进,确保不产生地层损失,实现土压平衡掘进模式。
二、掘进土压力的设定在选择掘进土压力时主要考虑地层土压,地下水压(孔隙水压),预先考虑的预备压力。
2.1地层施工土压在我国铁路隧道设计规范中,根据大量的施工经验,在太沙基土压力理论的基础上,提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法,根据隧道的埋资深度不同,将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道。
再根据隧道的具体情况采用不同的计算方式进行施工土压计算。
2.1.1深埋隧道与浅埋隧道的确定深、浅埋隧道的判定原则一般以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱”为原则。
深埋隧道围岩松动压力值是根据施工坍方平均高度(等效荷载高度)确定的。
盾构隧道施工中的土压力与结构响应分析
盾构隧道施工中的土压力与结构响应分析盾构隧道是目前越来越广泛应用于城市地下交通和地下工程建设的一种先进的施工方法。
在盾构隧道的施工中,土压力和结构响应是必须要考虑的关键问题之一。
本文将对盾构隧道施工中的土压力与结构响应进行分析,以供工程师和施工人员参考。
一、土压力分析1. 土压力的形成和作用土压力是由于盾构机在推进过程中对土壤进行掘进而产生的。
掘进时,土壤会发生塑性变形并向盾构机的前端和两侧施加压力,形成土压力。
土压力的大小受到多种因素的影响,包括土壤的性质、盾构机的推进方式以及周围环境的约束等。
2. 土压力的计算方法盾构隧道施工中,土压力的计算主要采用传统的土力学理论和数值模拟方法。
传统的土力学理论包括库尔克曼公式、平衡条件等,可以用来计算平均土压力。
数值模拟方法则可以更精确地模拟盾构机的推进过程和土壤的变形情况,如有限元分析方法和离散元法等。
3. 土压力的影响因素土压力的大小受到多种因素的影响。
首先是土壤的性质,包括土壤的密实度、黏聚力、内摩擦角等。
其次是盾构机的推进方式和参数,包括推力、速度、导向力等。
此外,周围环境的约束也会对土压力产生影响,如地下水位的高低、岩石的强度等。
二、结构响应分析1. 结构响应的定义与分类结构响应是指盾构隧道在施工过程中受到土压力作用而产生的变形和位移。
结构响应可以分为水平位移、垂直位移和变形等几种形式。
水平位移是指隧道内壁在水平方向上的移动;垂直位移是指隧道内壁在垂直方向上的移动;变形是指隧道内壁在形状上的改变。
2. 结构响应的计算方法盾构隧道结构响应的计算方法主要有经验公式法、解析法和数值模拟法。
经验公式法是根据历史经验总结出来的计算公式,可以快速估算结构响应;解析法则是利用土力学和弹性力学理论进行解析计算,可以得到更精确的结果;数值模拟法包括有限元分析方法和边界元法等,通过建立复杂的有限元模型或边界元模型来模拟盾构隧道的结构响应。
3. 结构响应的控制与调整在盾构隧道的施工中,为了确保结构的安全和稳定,需要对结构响应进行控制和调整。
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土压平衡盾构施工土压力的确定摘要:在土压平衡盾构施工中,设置合理的施工土压对控制地表沉降有非常重要的意义。
本文通过对地层土压力、水压力的计算原理分析,确定出土压平衡盾构施工土压力的设置方法,最后结合现场施工对设置方法进行简单的验证。
关键词:土压平衡盾构施工土压力确定1、概述土压平衡盾构工法具有对地面、地下环境影响小、掘进速度快、地表沉降小等特点,已经越来越多地应用于城市地铁施工领域。
土压平衡盾构施工中,合理设置施工土压对控制地表沉降有非常重要的意义。
土压平衡盾构施工过程中,施工土压力的设定遵循以下原则:a.土仓内的土压力应可以维持刀盘前方的围岩稳定,不致因土压偏低造成土体坍塌、地下水流失。
b.土仓内的土压应尽可能低,以降低掘进扭矩和推力,提高掘进速度,降低土体对刀具的磨损,以最大限度地降低掘进成本。
因此,对盾构土仓内的土压力值的确定,就显得十分重要。
2、地层土压计算地层压力的计算原理有多种,目前我国铁路隧道设计规范是在太沙基土压力理论的基础上,提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法。
根据隧道的埋置深度不同,将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道;然后根据隧道的具体情况,采用不同的计算方式进行地层土压计算[1]。
2.1深埋隧道的土压计算对于深埋隧道,一般根据隧道围岩分类和隧道结构参数,按照《铁路隧道设计规范》的计算公式计算围岩竖直分布松动压力和水平松动压力。
地层的水平侧向力为:σ= q×0.41×1.79Sω水平侧向力式中,S—围岩级别,如Ⅲ级围岩,则S=3;ω—宽度影响系数,且ω=1+i(B-5);B—隧道净宽度,单位以m计;i—以B=5m为基准,当B<5m时,取i=0.2,当B>5m,取i=0.1;q—根据围岩级别确定的水平侧压力系数,具体见表1:2.2.1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。
盾构推进时,如果土仓内土压力设置偏低,工作面前方的土体向盾构刀盘方向产生微小的移动或滑动,土体出现向下滑动趋势,为了抵抗土体的向下滑动趋势,土体的抗剪力逐渐增大。
当土体的侧向应力减小到一定程度,土体的抗剪强度充分发挥时,土体的侧向土压力减小到最小值,土体处于极限平衡状态,即主动极限平衡状态,与此相应的土压力称为主动土压力Ea,如图1所示。
盾构推进时,如果土仓内土压力设置偏高,刀盘对土体的侧向应力逐渐增大,刀盘前部的土体出现向上滑动趋势,为了抵抗土体的向上滑动趋势,土体的抗剪力逐渐增大,土体处于另一极限平衡状态,即被动极限平衡状态,与此相应的土压力称为被动土压力Ep,如图2所示。
2.2.2主动土压力与被动土压力计算:根据盾构的特点及盾构施工原理,结合我国铁路隧道设计、施工的具体经验,采用朗金理论计算主动土压力与被动土压力。
盾构推力偏小时,土体处于向下滑动的极限平衡状态。
此时,土体内的竖直应力σz相当于大主应力σ1,水平应力σa相当于小主应力σ3。
水平应力σa为维持刀盘前方的土体不向下滑移所需的最小土压力,即土体的主动土压力:σa =σztan2(45°-φ/2)-2ctan(45°-φ/2)式中,σz -深度z处的地层自重应力;c-土的粘着力;z-地层深度;φ-地层内部摩擦角。
盾构的推力偏大时,土体处于向上滑动的极限平衡状态。
此时,刀盘前方的土压力σp 相当于大主应力σ1,而竖向应力σz相当于小主应力σa:σp=σ1=σztan2(45o+φ/2)+2ctan(45o+φ/2)式中,σz-深度z处的地层自重应力;c-土的粘着力;z-地层深度;φ-地层内部摩擦角。
2.3地下水压力计算地下水位高于隧道顶部时,由于地层孔隙、裂隙的存在,形成侧向地下水压。
地下水压力的大小与水力梯度、地层渗透系数、管片背后的砂浆凝结时间、渗透系数及渗透时间有关。
由于地下水流经土体时受到土体的阻力产生水头损失,因此作用在刀盘上的水压力一般小于该地层处的理论水头压力。
掘进过程中,随着刀盘的不断向前推进,土仓内的压力处于原始土压力值附近,考虑水在土中流动时的阻力,掘进时地层中的水压力可以根据地层的渗透系数酌情考虑。
盾构因故停机时,由于地层中压力水头差的存在,地下水必然会不断向土仓内流动,直至将地层中压力水头差消除为止。
此时土仓的水压力为:σw刀盘前=q ×γh式中,q-根据土层渗透系数确定的经验数值,砂土q=0.5~1.0,粘性土q=0.1~0.5,风化岩层q=0~0.5;γ-水的容重;h-地下水位距刀盘顶部的高度。
施工中,如果管片顶部的注浆不太密实,地下水可能会沿隧道衬砌外部的空隙形成过水通道。
当盾构长时间停机时,必将形成一定的压力水头。
此时的地下水压:σw盾尾后=q砂浆×γhW式中,q砂浆-根据砂浆的渗透系数和注浆的饱满程度确定的经验数值,一般取q=0.5~1.0;γ-水的容重;hW-补强注浆处与刀盘顶部的高差。
计算水压力时,盾尾后部的水压力与刀盘前方的水压力按取大值考虑。
(根据笔者的经验,在掘进过程中,一般按刀盘前方的地层水压力进行计算,在盾构停机过程中,按盾尾后部的水压力进行计算。
)3、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;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。
4、施工实例4.1工程概况广州地铁二号线越~三区间隧道盾构工程位于广州市越秀区和白云区,全长3926.034m,区间隧道开挖直径6300mm,采用装配式钢筋砼管片衬砌,衬砌环外径6000mm,内径5400mm,管片宽度1500mm,管片厚度300mm;管片与地层间的空隙采用同步注浆(水泥砂浆)回填。
隧道上覆土厚度最大约28m,最小约9m。
区间隧道穿越地层大部分是中风化岩〈8〉、强风化岩〈7〉和微风化岩〈9〉,其次为全风化岩〈6〉和残积土层〈5-2〉,各种地层参数见表2。
地层地下水主要为第四系空隙水与基岩裂隙水,地下水位为地表以下1~2m。
表2 主要地层物理力学参数表4.2盾构穿越建筑物密集群地段自YDK17+200至YDK17+050,盾构进入建筑物密集群下施工。
在此区段隧道穿过的地层主要为全风化(6)和残积土层(5-2)地层,隧道埋深20~22m。
盾构在此段地层施工时,为确保地表建筑物安全,根据地层状况,确定根据占隧道施工影响范围数量较多的不利地层考虑土压力。
隧道埋深以20m考虑,围岩以残积土层(5-2)地层考虑,水平侧向力系数q取1/3~1/2,初步确定采用深埋隧道土压力计算土压。
地层的水平侧向力为:= q×0.41×1.79Sωσ水平侧向力=(1/3~1/2)×0.41×1.792(1+0.1(6.3-5))kg/cm2=0.049~0.074Mpa由于全风化泥质粉砂岩以及残积土层的透水性差,在考虑地层水压力时q 取0.1,σw刀盘前=q ×γh=0.1×1×20=0.2 kg/cm2=0.02 Mpa考虑0.010~0.020Mpa的压力值作为调整值来修正施工土压力,即σ调整=0.010~0.020Mpa。
σ初步设定=σ水平侧向力+σ水压力+σ调整=0.079~0.10 Mpa。
采用此土压力值,盾构穿越该区段的地表沉降监测结果如图3所示:从监测结果可以看出,地表最大沉降-7.6mm,远远小于合同规定的-30mm,同时少数点位在掘进过程有隆起现象,个别点隆起1.3mm。
这说明在地质条件相对较好的地层之中,采用深埋隧道土压力计算土压土压力选择偏大,趋于保守。
4.3盾构穿越地下人行通道根据现场施工调查,盾构在YDK16+230位置穿越一座地下人行通道,此人行通道为广州火车站、广州汽车总站和广州市流花汽车站之间的连接通道。
此位置的地层主要为强风化(7)和残积土层(5-2)、(5-1)地层,隧道埋深8m,人行通道距隧道3.5m。
为保证盾构通过此段地层时的施工安全,计算施工土压力时,确定隧道埋深以8m 考虑,围岩以残积土层(5-2)考虑,采用浅埋隧道的土压力计算方法计算土压。
地层的水平侧向力为:σ水平侧向力=σztan2(45°-φ/2)-2ctan(45°-φ/2)=1.99×8×tan2(45°-17.3°/2)-2×0.40tan(45°-17.3°/2)=0.803 kg/cm2=0.0803 Mpa在残积土层中考虑地层水压力时q 取0.1,σw刀盘前=q ×γh=0.1×1×8=0.08 kg/cm2=0.008 Mpa考虑0.010~0.020Mpa的压力值作为调整值来修正施工土压力,即σ调整=0.010~0.020Mpa。
σ初步设定=σ水平侧向力+σ水压力+σ调整=0.101~0.111 Mpa。
采用此土压力值,盾构在该段地层施工时的地表沉降监测结果如图4所示:施工完成后最终实测地表说明,施工过程采用浅埋隧道的土压力计算方法进行土压计算是合理的。
4.4盾构机穿越广州火车站站场越~三区间右线隧道YCK16+745.5~YCK16+910.5长165m区段穿越广州火车站站场的十四股轨道;左线ZCK16+768~ZCK16+925.5长157.5m区段穿越广州火车站站场的十四股轨道。
隧道在此位置穿越的主要地层为中风化(8)地层和强风化(7)地层,隧道埋深15~20m。
在施工过程中,为了达到施工招标文件“盾构掘进通过火车站时,轨面沉降值不得超过10mm,两股钢轨水平高差不得超过4mm”及“在任何情况下,最大隆起量不得超过+10mm”的地表沉降规定,确定根据地层状况和隧道周边施工环境,隧道埋深以20m 考虑,围岩以强风化(7)地层考虑,采用深埋隧道的土压力计算土压。