土压平衡盾构土舱压力控制技术
土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法
1) 开挖面稳定控制技术是盾构施工的关键技 术之一,开挖面的稳 定 是 通 过 保 持 盾 构 刀 盘 支 承 的 压力仓内的泥土 压 力 来 获 得 的。 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
控制土仓压力的技术措施。
[关键词] 隧道; 盾构; 土压平衡盾构; 土仓压力; 设定; 控制
[中图分类号] U455
[文献标识码] A
[文章编号] 1002-8498( 2012) 08-0022-05
Study on the Method of Setting and Control Earth Pressure in the Earth Pressure Balance Shield
Yang Yongqiang
( Track Traffic Engineering Co. ,Ltd. of China Railway No. 1 Group,Xi’an,Shaanxi 710054,China)
Abstract: 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
最新土压平衡盾构土舱压力控制技术
土压平衡盾构土舱压力控制技术
土压平衡盾构土舱压力控制技术
提要: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。
关键词:土压平衡、土舱压力、土体状态
1 前言
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,一般,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坍塌的危险就会增大。如果压力过大,又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度的下降或喷涌等问题。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。
2 土压平衡盾构的工作原理
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1:
P w+P E=P EPB
图1 土舱土压力与地层水土压力平衡
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。
土压平衡式盾构开挖面稳定机理与压力舱土压的控制
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场实际阐述了盾构开挖面稳定机理及其压力舱土压力设定与控制的方法等。 关键词: 盾构 土压控制 地表变形
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#" 土压平衡式盾构开挖面稳定机理
开挖面稳定控制技术是盾构施工的关键技术之 一。开挖面的稳定是通过保持盾构刀盘支承的压力 舱内的泥土压力来获得的。通过控制盾构机的推进 速度和螺旋输送机的出土量,即可获得所需的刀盘 支承压力舱内的土压。土压的高低最终以盾构施工 洞线上方的地面既不隆起, 又不塌陷为宜。 而且为了 改善压力舱内泥土特性,通常在开挖面处加入膨润 土等润滑材料,这些经过改良后的泥土充满压力舱 和螺旋输送机内以保持与开挖面的土压力相平衡。 其中对土压起决定作用的是压力舱内的泥土,加入 的材料只是为了改善其流动性。
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!4 比例溢流阀
向阀
+5平衡阀组
(5 推进液压缸
1、 35 单
25比例流量阀 65二位二通电磁换向阀 75三
图$ 推进液压控制系统示意图
位四通电磁换向阀
笔者曾于 +##( 年 3 月在南京地铁某施工现场 调研。以下是关于压力舱内压力传感器的一些数 在刀盘支承上 据。压力舱内的压力传感器 (共 2 个) 的分布如图 2 所示。
土压平衡盾构机土压力计算汇总课件
目录
• 土压平衡盾构机概述 • 土压力计算基本理论 • 土压平衡盾构机土压力计算 • 土压平衡盾构机土压力控制 • 土压平衡盾构机土压力计算实例
01
土压平衡盾构机概述
定义与特点
定义
土压平衡盾构机是一种隧道掘进设备 ,通过盾构机的切削和推进作用,实 现隧道挖掘和衬砌。
工程实例三:城市综合管廊施工
总结词
狭窄空间、密集管线、环境保护要求高
VS
详细描述
在城市综合管廊施工中,盾构机需要在狭 窄的空间内穿越,同时需要避让众多的管 线。此外,由于城市环境的特殊性,对施 工过程中的环境保护要求较高。因此,土 压力计算需要更加精确,以防止对周围环 境和管线造成不良影响。
THANKS
土压力定义与类型
土压力定义
土压力是指土壤或其他地质体在 盾构机推进过程中对盾构机仓壁 产生的侧向压力。
土压力类型
主动土压力、被动土压力、静止 土压力等。
土压力计算方法
经典理论计算方法
基于土壤力学的基本原理,通过土壤的物理性质和盾构机的 几何参数进行计算。
Baidu Nhomakorabea数值模拟方法
利用数值计算软件,模拟盾构机推进过程中土压力的变化情 况。
土压力与盾构机工作状态的关系
土压力与推进速度
推进速度越快,土压力波动越大。
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 Vn0
A-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。此时必须依靠降低螺旋输送机转速来降低实际出土量。当碴土的流动性非常好时,由于螺旋输送机对碴土的摩阻力减少,有时会产生碴土喷涌现象,这时转速很小就能满足出土要求。
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。
土压平衡盾构机的土压控制
土压平衡盾构机的土压控制
前言:随着地下空间的发展,盾构技术已广泛的应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。在我国的各项施工中盾构机的种类越来越多,其中土压平衡盾构机以其整体结构简洁、适应地质范围广、占地空间小、施工成本低等诸多优势,成为建设单位和施工单位的首选。土压平衡盾构机在施工中的难点和重点就是土压平衡的控制。
1盾构机土压平衡的原理
1.1土压平衡盾构机的组成:刀盘,渣土仓,盾体,螺旋机,推进系统,加泥加泡沫系统,管片拼装系统等(如图1)
图1
1.2土压平衡盾构机的土压控制,刀盘切削下的渣土经过刀盘的开口进入渣土仓,通过充满土仓的渣土形成的土仓压力来平衡开挖面的水土压力,土仓内的渣土通过螺旋输送机排出,螺旋输送机的排土速度与盾构机的掘进速度形成一个动态平衡,维持开挖面的水土压力平衡,保证掌子面的水土稳定,保证地表不会沉降、坍塌。
2土压平衡盾构机土压平衡的实现
2.1土压盾构机PID的自动土压调节控制,通过装在土仓壁上的土压计实时监测土仓压力,土压计监测到的土压力传送到PLC,PLC计算出检测值与目标值的差值E,通过PID控制,自动调节螺旋输送机的转速,使E值趋向于0,当E值大于0时,PLC发出指令,增加螺旋输送机的转速,提高出土量直至土仓内的土压力重新达到平衡状态,反之E值小于0,螺旋输送机降低转速,减少出土量,以保持土仓内压力平衡,保证盾构机正常掘进。
2.2上述为为土压平衡的自动模式,在实际操作中,操作手一般为手动控制,其过程是PID控制一样的,操作者观察土压计的实测值,与目标值进行比较,人为的调整螺旋输送机的转速,控制土压力在一定的范围内。
土压平衡盾构土舱压力控制技术
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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
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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。
土压平衡盾构机工作原理
土压平衡盾构机工作原理
土压平衡盾构机是一种用于地下隧道施工的机械设备,主要通过施加土压力来平衡施工工作面前方的土压力,保持工作面的稳定。具体的工作原理如下:
1. 盾构机由盾构壳体、刀盘、密封门、推进系统、护盾螺旋输送机等组成。
2. 盾构机首先将自身移到施工段的尾端,并固定在隧道壁上。
3. 利用螺旋输送机将前方挖掘的土层推送到密封门后方,并将土层通过施工段的输送管道运出。
4. 盾构机通过液压缸向前推进一定距离,使刀盘在前方继续挖掘土层。同时,通过调节液压缸的伸缩长度,控制挖掘过程中的土压力。土壤的土压力抵消了盾构机的推进力,实现土压平衡。
5. 在盾构机推进的同时,隧道壁采取防护措施,如设置衬砌或喷射混凝土,以保持施工现场的稳定。
6. 通过不断向前推进和挖掘土层,盾构机逐渐完成了整个隧道的挖掘和推进作业。
这种工作原理可以保证隧道工作面的稳定,并避免地面塌陷等安全问题的发生。同时,土压平衡盾构机还可以充分利用挖掘的土层作为支撑,减少了对其他支撑结构的依赖,提高了施工效率。
土压平衡盾构施工地层沉降控制技术_secret
土压平衡盾构施工地层沉降控制技术
1 概述
土压平衡盾构由盾壳、刀盘及刀盘驱动装置、密闭土舱、盾构千斤顶、螺旋输送机、管片拼装机械手、自动导向系统、盾尾密封装置和人闸等组成,基本工作原理为:盾壳支承着围岩并保护着刀盘旋转,在千斤顶推力的作用下,刀盘上被切割、破碎的碴土,经过开口进入密闭土舱内,当密闭舱内的泥土压力与开挖面压力取得平衡的同时,端部伸入土舱下部的螺旋输送机排土,控制螺旋输送机的转速或者盾构机的推进速度,达到土舱内的泥土压力与开挖面压力的动态平衡。碴土通过电瓶车拖碴车运至洞外。
国内外实践表明,即使在当前盾构施工技术日趋完善的今天,在掘进过程中也难以避免地面隆陷及地层水平位移情况的发生,客观因素主要有:
①地质勘探资料与土层实际情况存在偏差,且地质情况往往复杂多变;
②由于规划不利,盾构隧道经常近距离的从大量地面建筑物基础下面通过;在一些老城区,隧道上方分布着许多建筑年代久远的对地层变形十分敏感的地下构筑物、地面建筑物;
③盾构施工是一个系统工程,施工中间环节多、影响因素多,稍有不慎,容易出现控制不到位的情况;
④掘进施工本身就是一个主动对围岩扰动的过程;
⑤现在对环境控制的要求越来越严格等。
由盾构施工引起的地层沉降过大时,可导致地表建筑物倾斜、开裂、倒塌;地下管线断裂;地面凹陷、隆起;桥面开裂等。引起的地层水平位移过大时可能引起地下桩基偏移及管线与通道错位,甚至毁坏,对周围环境产生了不利影响。因此有必要对盾构施工引起的地层变形情况进行研究,提前采取相应的预防措施,使施工安全顺利进行,周围环境少受影响。
土压平衡盾构机土舱压力PID控制技术
速, 使 值趋 向于零 。 当 值 大 于零 时 , I 发 出指 令 , P C
增加 螺旋 机转速 ,提 高 出土量直 至土 仓 内土压重 新达 到新 的平 衡状态 反之 ,当 值小 于零 时 ,P I c会降
作者简介 :张瑞 临(9 0) 女 , 18 一 , 吉林 汪清人 , 工程师 , 硕士。
・1 2・ 7
机 械 工 程 பைடு நூலகம் 自 动 化
21 0 0年 第 2 期
增量式 P D 控制算 法如 下 : I
系统引入 比例 常数后 , I P C调控螺旋 机 的输 出操 作 量放 大 了 K 倍 , 样 当系统 产 生偏 差 时 , 这 可能会使 螺 旋机转 速 突然 增 大或减 小 了许 多 , 形成 超调 现象 , 于 是 又反过 来调整 ,这 就引起 螺旋机 转速忽 大忽小 ,形 成振 荡 。为 了消 除振荡 ,引入 积分 环节 ,使操作 量在 积分 时间 内逐渐 完成 ,即螺旋 机转速 平稳 变化 ,直到
低 螺旋 机转 速 , 以减 少偏差 , 保持 土仓 内 土压平衡 , 使
图 1 土 压 平 衡 盾 构 机 基 本 构 造
盾 构机 正 常掘进 。
国 家 83高技 术 研 究 发展 计 划 项 目 ( o 7 6 2 oAAO 1 o ) 国家 科 技 支 撑项 目 4 86 ; 收 稿 日期 :20 —82 1修 回 日期 :20 一O2 0 90 —7 0 9 I一8
土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法探讨
土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法探讨论文
近年来,随着城市建设的迅速发展,土压平衡盾构土仓的使用非常广泛。为了保证施工的安全和高效,如何科学、安全地设定和控制土仓压力成为当前研究的重点。本文试图探讨如何正确地设定和控制土仓压力,确保施工安全和高效。
首先,要明确土仓压力的设定原则,即在限定的空间内限制压力,以确保土仓施工安全。具体而言,应根据土仓结构及支护结构特性,选择合理的压力设定范围,以保证土仓安全;同时,应考虑施工过程对土仓结构的影响,确保施工安全。
其次,在设定土仓压力后,应进行相应的控制。实际上,由于土仓结构的复杂性以及施工过程中的不确定性,使得土仓压力的控制变得尤为困难,这就要求土压压力控制必须采取有效的措施。首先,应进行全面的分析,以确保压力是否在安全范围之内;其次,应综合考虑压力传感器数据,采取必要的措施进行动态控制;最后,施工工程师应定期对压力进行监测和管理,以确保压力的安全控制。
通过上述内容,可以看出,土压平衡盾构土仓的压力设定与控制是一个复杂的过程,需要综合考虑土仓结构特性、施工过程、压力传感器等多种因素,确保压力的安全控制。因此,土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法的探讨有助于提高施工安全和效率。
土压平衡盾构土仓压力设定与控制(PPT 53页)
【算例1】 以隧道全断面为砂土、粉土、粘土和淤泥质土等四种地
层为例,采用试算法分析和说明开挖面前方土压力的计算方 法。假定隧道开挖直径D为6m,隧道埋深15m,上覆土容重 20kN/m3,上覆土均布荷载q=15m×20kN/m3=300kPa。
参考工程地质勘察报告中的试验数据或相关文献的经验 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 。
当开挖面前方土体有地下水时,还应考虑地下水对开 挖面前方土体土压力的影响:对砂土和粉土按分土分算, 侧向压力为静止水压力和土压力之和,地下水位以下的土 压力采用浮容重和有效应力抗剪强度指标计算;对粘性土 按分土合算,地下水位以下的土压力采用饱和容重和总应 力抗剪强度指标计算。当隧道上方地面有建筑物或其它荷 载时,还应考虑地面荷载引起的附加应力的作用,可采用 近似方法将地面荷载换算成等值填土高度进行计算,其垂 直应力与隧道开挖面以上的土体自重应力叠加。开挖面前 方土体成层分布时,各层土的容重γ、粘聚力c,有效内摩 擦角φ等不同,在进行土压力计算时按各层高度及地层物 理力学参数分层计算,土压力分布在地层交界面处发生突 变,土压力呈折线分布。
土压盾构土仓压力设定与控制ppt课件
1.2 土仓压力设定问题 设定合适的土仓压力确保开挖面的稳定,关系到
盾构施工效率和工程环境安全。 开挖面地层稳定性较好时,土仓压力过大时会引起 刀盘扭矩和推力增大、推进速度下降,存在盾构掘进 效率降低、设备能耗和损耗加大等问题; 开挖面地层稳定性较差时,土仓压力不足则会发生 开挖面的涌水或坍塌,造成地层水土流失过多,导致 地层沉降难以控制等问题。
E0
H
Ea
பைடு நூலகம்
+
H
1~5 %0
Ea<E0 < < Ep
10
2.5 静止土压力 可按土体处于侧限条件下的弹性平衡状态计算。
11
2.6 朗肯土压力理论 基本条件:墙背光滑;墙背垂直、刚性;填土表面水平
、半无限、均匀。 假设:墙后各点均处于极限平衡状态
12
13
2.7 主动土压力
8
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)
5土压平衡盾构机土压力计算
平均土压力=(上部土压力+下部 土压力/2)*1.3 计算土压力时依据断面图依上到 下分层逐个计算 注:盾构施工土压力是个动态管 理,要根据现场实际测量增大 或减少土压力。
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。 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
ຫໍສະໝຸດ Baidu
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。
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土压平衡盾构土舱压力控制技术
提要: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。
关键词:土压平衡、土舱压力、土体状态
1 前言
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,一般,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坍塌的危险就会增大。如果压力过大,又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度的下降或喷涌等问题。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。
2 土压平衡盾构的工作原理
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1:
P w+P E=P EPB
图1 土舱土压力与地层水土压力平衡
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。
3 土舱压力引起地基沉降或隆起
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。
推进60环时,覆土厚度12.1m,计算土舱压力0.23Mpa,实际设定为0.23Mpa,推进时,反映的土舱压力和地表沉隆之间关系如下图所示:
土舱压力设定值与计算值相同,盾构前方地面沉隆变化也很小,说明土舱压力设定值适宜,实际的土压力与计算值基本吻合。
由以上两图看出土舱压力的设定与盾构机切口前方地面的沉隆情况密切相
关,影响通常在1.5D+H(D为盾构机外径,H为盾构中心至地面高度)范围内,由盾构刀盘向前方递减。
4 土舱压力控制技术
4.1 土舱压力的设定与调整
4.1.1 土舱压力的计算方法
(1)水土压力计算
盾构推进施工中,如何对推进土压力进行设定,必须经过周密的计算。而土压力的计算,采用何种条件,需要根据地质情况而定,计算土压力的方法有两种,一种是将土压与水压分开的计算方法;另一种是将水压作为土压的一部分进行计算的方法。采用土压分算或合算不能一概而论,一般而言,在砂性土地层中,认为土压和水压是分别作用的;在粘性土地层中,土压和水压可认为是相互间成为一体作用的。但是由于正确地掌握土中水的变化、地下水位等是非常困难的,即使进一步根据地质条件、盾构设备状况慎重地进行分析也难以作出判断时,可以使用两种方法同时进行计算,然后根据施工情况选用较安全一侧的方法。
(2)土体重度
采用水土分算时,对土的重度,在地下水位以上时采用湿重度,在地下水位以下时采用水中浮重度。采用水土合算时,在地下水位以上,也采用湿重度,而在地下水位以下时采用饱和重度。土的重度,原则上根据工程地质勘察结果来决定。根据过去的经验,使用水土分算时,地下水位以上一般为16~18KN/m3,水中浮重度为8~10KN/m3;使用水土合算时,地下水位以上一般采用18~20KN/m3的值。
(3)附加土压
由于部分地面上有构筑物或活荷载等附加荷载存在,另外施工中还有许多不可预见的因素,致使施工土压力往往小于原状土体中的静止土压力。按照施工经验,在对沉降要求比较严格的地段计算土压力时,通常在理论计算的基础上再考虑(0.01~0.02)MPa的压力作为附加土压。
(4)经验公式
上海地区地层是洪积层和冲积层交错的,隧道穿越的地层很少出现单一的土质情况。但上海地区的盾构隧道大多是从灰色淤泥粘土④层,灰色粘土⑤层
中穿越,因此,采用土压合算比较接近实际情况,经过一、二、四、八线地铁的施工实践,总结经验计算公式如下:
P=KrH
K-----土压力系数(K=0.7~1.0)
r------泥土容重
H-----地面至盾构中心覆土厚度
4.1.2 施工中土压力的及时调整
土舱压力应随隧道上覆土厚度的变化而变化,但如单凭理论土压来设定土舱压力显然不是很合适的,由于土层的复杂性,如地面超载作用力的大小及建筑物基础结构的不准确性,另外,盾构机内部的土压传感器和自动模式控制器存在系统误差,造成了土压力设定值的计算结果不可能十分准确。
目前,主要通过预先在盾构施工的轴线上布置地面变形监测点,盾构施工中用精密水准仪每天2次对机头前30m的监测点进行观测,并把监测点的高程变化及时反馈盾构操作者,以便及时调整设定土压力。直至地面不在发生大的沉隆为准。所以盾构前方地面沉降监测结果可直接反映土压力设定值与自然土压力的吻合程度。
在实际的施工中,可根据地表沉隆要求控制盾构机前的地面沉隆量在-2~+2mm之间,如隆起过大则应适当调低压力设定值,如发生沉降则应适当调高压力设定值。
4.1.3 协调好推进速度、螺旋机转速和土舱压力之间的关系
土压平衡式盾构,施工中可采用自动土压控制装置,通过装在盾构机土舱隔壁上的土压计对掘进中的土压进行常时监视,利用装在后续台车上的操作盘内PLC计算出与操作目标值(管理土压值)的差值,通过PID控制,自动调整螺旋机转速的控制指令值,如下图所示:
计测土压(左右土压的平均值)高于目标值时增加回转速度,反之减少回转速度如下图所示: