水底泥水盾构开挖面稳定机理分析研究

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泥水平衡盾构的工作原理

泥水平衡盾构的工作原理
泥水平衡盾构的工作原理是在盾构机前部刀盘后设置隔板，形成一个密封的泥水压力室。

盾构掘进施工时，泥水加压后进入压力室，在一定压力下在开挖面上形成一层泥膜，平衡开挖面的水土压力。

同时，刀盘在泥水环境中旋转切削和推进，切削下的土体与泥水压力室内的泥水混合形成高浓度的泥水，然后由泥水泵抽出并经排泥管道输送到地面。

新鲜泥水通过循环的泥水系统处理添加，保持开挖面的平衡稳定性并控制地面沉降。

盾构隧道地下水位变化对稳定性的影响分析

盾构隧道地下水位变化对稳定性的影响分析隧道是城市交通建设和地下工程建设中常见的一种工程形式。

随着城市的不断发展和交通压力的增加，隧道工程的建设也增多。

然而，在隧道工程建设中，地下水位变化是一个不容忽视的因素，它对隧道工程的稳定性产生着重要的影响。

本文将从盾构隧道地下水位变化的原因、影响机理以及稳定性分析等方面进行探讨。

首先，我们来探讨一下盾构隧道地下水位变化的原因。

地下水位的变化受到多种因素的影响，主要包括降雨、地下水补给与排泄、地下水水平的调整以及周边工程施工等。

在盾构隧道施工过程中，隧道掘进会破坏周围的地下水系统，导致地下水位的变化。

而当外部因素如降雨或附近工程施工引起地下水位变化时，也会对隧道工程的稳定性产生影响。

其次，我们需要了解地下水位变化对盾构隧道稳定性的影响机理。

隧道工程的稳定性主要与地下水的渗流、孔隙水压力以及岩体的力学特性等因素密切相关。

当地下水位变高时，地下水通过岩体裂隙或孔隙的渗流会导致隧道周围土体的软化和溶解，从而减弱了土体的承载能力和剪切强度，增加了隧道发生冒水、坍塌或挤压的风险。

另一方面，地下水位变化还会引起孔隙水压力的变化，使隧道周围土体与隧道身结构的接触面积和接触力发生变化，进而影响隧道的稳定性。

在进行稳定性分析时，我们常用的方法是有限元法。

这种方法可以将隧道与周围的土体、岩层以及地下水系统等各个组成部分建模，通过对模型进行力学分析和水力分析，以评估隧道施工和运营过程中地下水位变化对隧道稳定性的影响。

通过有限元法，我们可以分析水位变化引起的孔隙水压力变化，进而计算出隧道结构与土体的接触力，判断隧道结构的稳定性。

同时，我们还可以通过有限元法对不同地下水位下隧道周围土体的应力状态进行分析，识别隧道结构可能发生的变形和破坏形态，进一步预测隧道稳定性的变化趋势。

在实际工程中，为了降低地下水位变化对盾构隧道稳定性的影响，我们可以采取一些措施。

首先，需要在隧道设计中充分考虑地下水位变化因素，并进行相应的容忍度分析，确保隧道可以在不同水位条件下稳定运行。

软土中超大直径泥水平衡盾构开挖面稳定性研究的开题报告

软土中超大直径泥水平衡盾构开挖面稳定性研究的开题报告一、研究背景和意义随着城市化的不断推进和地下空间的不断利用，城市地下交通建筑的建设量不断增加。

盾构隧道作为其中重要的一种建筑方式，具有开挖效率高、造价低等优点，在地下城市交通建筑中得到广泛应用。

然而，盾构隧道工程的安全性、稳定性一直是施工过程中需要重点关注的问题。

软土地区的盾构隧道施工，由于软土存在较大的变形量和流动性，给盾构施工过程中引入了较大的不确定性。

因此，开展针对软土地区的盾构隧道开挖面稳定性研究，对于加强盾构隧道工程在软土地区的安全施工、提高盾构隧道施工效率具有重要意义。

二、研究内容和方法2.1 研究内容本研究主要探讨软土地区超大直径泥水平衡盾构隧道开挖面稳定性问题，具体研究内容包括：（1）软土力学参数研究：对所选研究区域软土的力学性质进行室内试验，包括土体压缩特性、剪切特性等参数的测定，提供参数基础。

（2）开挖面变形特征研究：对隧道开挖过程中变形量、变形速率和变形规律进行实测，并进行数据分析，确定隧道开挖过程中的变形特征。

（3）开挖面稳定性分析：采用FLAC3D有限元分析软件对软土地区超大直径泥水平衡盾构隧道开挖面稳定性进行数值分析，包括开挖过程中的水压分布、土体变形、土体破裂等分析。

（4）开挖参数优化分析：通过分析开挖工艺参数，继续改进优化，提高施工效率。

2.2 研究方法本研究采用实测数据和有限元数值分析相结合的方法进行研究。

具体方法包括：（1）实地勘察和室内试验：对所选研究区域的软土地质和力学参数进行调查，包括对岩土样本的采取、处理和室内实验。

（2）变形实测和数据分析：实测盾构隧道开挖过程中的变形量和变形速率，分析土体变形特征及影响因素。

（3）FLAC3D数值模拟：基于已经测定的软土力学参数，建立盾构隧道开挖过程的有限元分析模型，进行开挖面稳定性分析。

（4）开挖参数优化分析：根据分析结果，优化开挖工艺参数，进行施工优化。

三、研究预期成果3.1 研究成果本研究预期得到以下成果：（1）获得软土力学参数的实验数据；（2）获得盾构隧道开挖过程中的实测数据，并分析变形特征及影响因素；（3）采用FLAC3D软件对盾构隧道开挖面稳定性进行数值模拟分析；（4）针对分析结果，提出软土地区超大直径泥水平衡盾构隧道施工优化建议。

泥水盾构泥膜形成因素及开挖面稳定性研究

泥水盾构泥膜形成因素及开挖面稳定性研究摘要ABSTRACTShield construction has been widely used in various complex formations.In recent years,due to the lack of supporting force during tunneling,more safety accidents such as collapse and large-scale seepage has happened.Based on the Nanchang metro No.1line construction project,the theoretical analysis and formula derivation and the numerical simulation calculation combined with the two research methods are used to analyze the ratio of limit support pressure.The factors of mud-film formation are found out using the indoor simulation test.The main work and research results are as follows:(1)Theoretical analysis and prediction on the instability of the excavation surface combined with the existing research on the tunnel face failure are performed. It analyzes the possible failure model is three-dimensional limit equilibrium model and the existing conditions are summed up the theoretical formula of the tunnel limit support pressure.(2)It has analyzed that the cause of mud-film formation.Due to the physical and chemical properties of solid particles in the mud,mud particles can block pores in the formation during the infiltration process.Then,the simulation test and analysis of the formation factors of mud membrane during the mud infiltration process are carried out.It is found that the mud density will increase the quality of the mud-film and reduce the penetration distance of the mud.The size of soil particle size increases,the formation time of the mud-film and the quality of the mud-film decreases.It can provide references for the changing of mud mixratio when the project actually encounters different parameter soil layers.(3)Using the proposed limit support pressure analysis method,the actual engineering situation is simulated and the limit support pressure ratio for the different construction conditions is analyzed.The changes of engineering conditions are as follows:tunnel depth,excavation distance,etc.And use the theoretical derivation method to analyze the accuracy of numerical simulation data and theoretical formula calculation data.II摘要(4)The numerical simulation analysis is carried out considering mud penetration.The displacement and stability of tunnel excavation is studied using the results of mud penetration time,mud pressure and etc.Keywords:slurry shield;mud-film;deformation;seepage;limit support pressure.III目录目录摘要...................................................................................................................I 第1章绪论 (1)1.1研究背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (3)1.2.1泥膜形成研究方面 (3)1.2.2隧道掌子面稳定性研究方面 (4)1.3论文主要内容 (6)1.4技术路线 (6)第2章泥水盾构失稳的屈服准则及分析方法 (8) 2.1泥水盾构开挖面失稳形式 (8)2.2破坏准则与隧道失稳分析方法 (9)2.3本章小结 (16)第3章泥膜形成试验与因素分析 (17)3.1泥膜形成原理分析 (17)3.2试验目的和装置 (18)3.2.1试验目的 (18)3.2.2试验装置 (19)3.3泥浆配制试验材料 (20)3.4测量的数据 (22)3.5试验方案 (23)3.6试验结果 (24)3.6.1试验结果 (24)3.6.2试验结果分析 (25)3.7本章小结 (30)第4章数值模拟开挖面稳定性分析 (32)4.1工程实例计算 (32)4.1.1工程概况 (32)4.1.2数值模拟计算过程 (35)4.2数值模拟计算模型 (36)4.2.1自然条件下土层位移情况 (36)4.2.2开挖隧道后土层位移情况 (37)IV目录4.2.3初始支护压力大小及衬砌位移情况 (37) 4.2.4逐渐减小支护压力时失稳情况 (38)4.3数值模拟分析方法及实例分析结果 (39) 4.4基于理论计算的极限支护压力比研究 (40) 4.5本章小结 (43)第5章极限支护压力比敏感性分析 (44)5.1改变开挖距离隧道稳定敏感性分析 (44) 5.1.1开挖距离3m隧道稳定敏感性分析 (44) 5.1.2开挖距离5m隧道稳定敏感性分析 (45) 5.1.3开挖距离敏感性分析 (46)5.2改变埋深隧道稳定敏感性分析 (47)5.2.1埋深15m隧道稳定敏感性分析 (47) 5.2.2埋深20m隧道稳定敏感性分析 (48) 5.2.3改变隧道埋深敏感性分析 (49)5.3改变内摩擦角隧道稳定敏感性分析 (50) 5.3.1内摩擦角为30°隧道稳定敏感性分析 (50) 5.3.2内摩擦角为45°隧道稳定敏感性分析 (51) 5.3.3改变内摩擦角敏感性分析 (52)5.4相邻隧道开挖时土层及衬砌变形分析 (53) 5.4.1双洞隧道开挖模拟步骤 (53)5.4.2双洞隧道开挖模拟成果 (54)5.5本章小结 (58)第6章考虑渗流的掌子面稳定性研究 (60) 6.1泥浆渗透模型参数 (60)6.2渗透模型分析步骤 (61)6.3渗透系数影响下隧道稳定性分析 (62)6.4渗透时间影响下隧道稳定性分析 (65)6.5泥浆压力影响下隧道稳定性分析 (66)6.6本章小结 (68)第7章结论和展望 (70)7.1研究成果 (70)7.2研究展望 (71)V目录致谢 (72)参考文献 (73) VI。

泥水平衡盾构及其工作模式的分析与论述

泥水平衡盾构及其工作模式的分析与论述摘要：随着城市化建设的不断发展，隧道盾构法凭借自身优势逐渐成为城市地下轨道交通施工的重要设备。

且被广范应用于江河湖海隧道、铁路隧道、公路隧道和城市地下工程建设中。

本论文将通过对泥水平衡盾构的工作原理和性能进行分析介绍，继而论述其工作状态下的多种工作模式，从而对盾构的运行有更明确的认识，并对实际工程中工作模式的对应选择做出指导。

关键词：盾构机泥水盾构隧道工作模式0 引言随着我国经济技术的高速发展和城市化进程的快速推进，城市交通的发展也探寻出新的道路。

目前，城市交通的发展不仅局限于地面交通的铺建，也逐步向地下延伸建立更为全面的交通枢纽。

因此，我国各大城市应用以盾构技术为主体修建的城际地铁来缓解城市内部交通压力。

而采用更为高效安全的盾构施工机械来进行掘进，可以在经济性、环保性、技术性等方面都的得以保证。

盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械，目前是其发展的最好时期。

全断面隧道掘进机是集机、电、液、光、计算机技术为一体的大型地下工程建设装备，是大规模开发利用地下空间的前提条件。

泥水环流系统对整个地下施工也具有重要的影响。

因此，了解盾构技术的工作原理及模式对于城市地铁、地下排管工程的发展有着重要意义。

其中，通过泥水压力使切削面保持稳定平衡的盾构称为泥水加压平衡盾构，简称泥水盾构，它是具备开挖、排渣、衬砌支护等综合施工能力的全断面隧道掘进设备。

本文将通过对泥水平衡盾构的工作原理进行介绍，并对其多种工作模式进行分析论述，充分体现出盾构为目前交通建设的发展所提供的便利。

1 泥水平衡盾构介绍泥水盾构是指在盾构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。

盾构推进时开挖下来的泥土进入盾构前部的泥水室，经搅拌装置搅拌，而搅拌后的高浓度泥水通过泥浆泵运到地面，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。

2 泥水加压平衡盾构的性能特点泥水加压平衡盾构的特点之一在于将泥水送往开挖面，通过开挖面的加压从而使其达到稳定，并且用流体输送砂土。

盾构开挖面稳定性及变形控制

-5
Excess Pressure = 71.48 kPa
Excess Pressure = 83.4 kPa
-6
Excess Pressure = 95.37 kPa
Excess Pressure = 119.26 kPa
-7
d≈4mm
-8
-9 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10001100
hA
饱和砂层开挖面失稳离心模型试验装置
稳态渗流下开挖面失稳离心试验装置：（高g值下整套装置防水密
封、高精度水位控制）
➢ 模型箱 ➢ 模型盾构 ➢ 伺服加载系统 ➢ 水位控制系统 ➢ 储水箱 ➢ 粒子图像测速系统(PIV)
试验方案
离心加速度：50g 隧道尺寸：直径D＝5m(原型)，埋深比C/D=1，水深比Hw/D=1,2和3
-10 掘进至587环 2012-8-31
-20
-30
-40
-50
-60 2012-4-24 4-28
-70
-80
I区 5-15
II区
P0/v
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8 0.6 0.4
0
环号
设定值 2区_左部 3区_右部
20
40
60
80
100
120
140
160
280 240 200 160 120
里程/m
盾构开挖参数影响
桃渡路-鼓楼区间
I区内，支护压力和注浆率均较小，工后沉降小。
II区内，支护压力及注浆率均较大，施工期沉降较大，工后沉降也较大。
竖向位移 (mm)
环号 (测点编号)
0 20 40 60 80 100 120 140 160

泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理

泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理
泥水加压盾构和土压平衡盾构工作原理
泥水加压盾构法施工，指在盾构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。

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。

土压平衡盾构属封闭式盾构。

盾构推进时，其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、水压基本相同，故掘削面实现平衡(即稳定)。

示意图如图所示。

由图可知，这类盾构靠螺旋输送机将碴土(即掘削弃土)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。

泥水式盾构机发展概况及工作原理

泥水式盾构机发展概况及工作原理泥水式盾构机1发展概况泥水式盾构机是通过有一定压力的泥浆来支撑稳固开挖面；由旋转刀盘、悬臂刀头或水力射流等进行土体开挖；开挖下来的土料与泥水混合以泥水状态由泥浆泵进行输运。

泥水式盾构机适用于各种松散地层，有无地下水均可。

采用泥水式盾构机进行施工的隧洞工程都说明它是一种低沉降及安全的施工方法，在稳定的地层中其优点更加明显。

最初的泥水盾构要追溯到一百多年前的Greathead及Haag的专利。

由于高透水性地层用压缩空气支撑隧洞开挖面非常困难，1874年，Greathead开发了用流体支撑开挖面的盾构，开挖出的土料以泥水流的方式排出。

1896年Haag在柏林为第一台德国泥水式盾构申请了专利，该盾构以液体支撑开挖面，其开挖室是有压和密封的。

1959年E.C.Gardner成功地将以液体支撑开挖面应用于一台用于建造排污隧洞的直径为3.35m的盾构。

1960年Schneidereit引进了用膨润土悬浮液来支撑开挖面，而H.Lorenz的专利提出用加压的膨润土液来稳固开挖面。

1967年第一台有切削刀盘并以水力出土、直径为3.1m的泥水盾构在日本开始使用。

在德国，第一台以膨润土悬浮液支撑开挖面的盾构由Wayss&Freytag开发并投入使用。

泥水式盾构机的发展有三种历程，即日本历程、英国历程和德国历程。

到目前则只有日本和德国两个主要的发展体系。

日本的发展历程导致当今的泥水盾构,德国的发展历程导致水力盾构。

以日本的泥水盾构为基础发展了土压平衡盾构，而德国的水力盾构导致很多不同的机型,如混合型盾构,悬臂刀头泥水盾构及水力喷射盾构等。

德国和日本体系的主要区别是，德国式的在泥水舱中设置了气压舱，便于人工正面控制泥水压力，构造简单；日本式的泥水密封舱中全是泥水，要有一套自动控制泥水平衡的装置。

1967年三菱公司制造了第一台为泥浆开挖面支护的试验盾构，直径为3.10m 的样机取得经验后,1970年建造了第一台大型泥水盾构,直径为7.20m,用于建设海峡下的Keiyo铁路线。

盾构隧道开挖面的稳定性分析

盾构隧道开挖面的稳定性分析一、本文概述盾构隧道作为一种重要的地下工程施工方法，因其具有施工速度快、对周围环境扰动小等优点，在现代城市建设中得到了广泛应用。

盾构隧道开挖面的稳定性问题一直是工程界关注的重点。

开挖面的稳定性不仅关系到盾构机的正常推进，还直接影响到工程安全及周边环境的安全。

对盾构隧道开挖面的稳定性进行深入的分析和研究具有重要的理论价值和现实意义。

本文旨在全面分析盾构隧道开挖面的稳定性问题，通过理论探讨、数值模拟和工程实例分析等多种手段，揭示开挖面失稳的机理和影响因素。

文章将介绍盾构隧道开挖面的基本特征和稳定性问题的定义；将详细阐述开挖面失稳的主要类型和表现形式；接着，通过理论分析和数值模拟，探讨开挖面稳定性的影响因素和失稳机理；结合工程实例，分析开挖面稳定性控制措施的实际效果，为类似工程提供借鉴和参考。

通过本文的研究，旨在为盾构隧道开挖面的稳定性分析和控制提供理论支持和实践指导，推动盾构隧道技术的进一步发展和应用。

二、盾构隧道开挖面稳定性理论基础盾构隧道开挖面的稳定性分析是一个涉及土力学、岩石力学、工程力学等多学科领域的复杂问题。

为了深入理解这一问题，首先需要明确开挖面稳定性所涉及的基本理论框架。

在土力学中，盾构隧道开挖面的稳定性主要取决于开挖面土体的抗剪强度。

土体的抗剪强度由土的内聚力（c）和内摩擦角（φ）决定。

当开挖面上的应力超过土体的抗剪强度时，就会发生破坏，导致开挖面失稳。

保证开挖面的稳定性需要控制开挖面上的应力不超过土体的抗剪强度。

另一方面，盾构隧道开挖面的稳定性还受到盾构机掘进参数、盾构机姿态、注浆压力等因素的影响。

掘进参数如推进速度、刀盘转速等直接影响开挖面的暴露时间和暴露面积，进而影响开挖面的稳定性。

盾构机姿态的微小变化可能导致开挖面局部应力集中，从而引发失稳。

注浆压力则通过改变开挖面周围土体的应力状态来影响稳定性。

在岩石力学中，盾构隧道开挖面的稳定性分析需要考虑岩体的节理、裂隙等结构面特征。

高分子泥浆技术在泥水盾构开挖面稳定应用研究(最后版)

高分子泥浆技术在泥水盾构开挖面稳定单位：上海市第二市政工程有限公司高级工程师赵国强关键词：高分子泥浆泥水盾构开挖面稳定防塌机理摘要：盾构工程施工的关键之一是在开挖过程中确保在掘进过程中所造成的地面的隆起和沉降问题，而维持开挖面的稳定性是一个很重要的因素，而沿线地质条件决定了施工的相对难易程度。

对于复杂地层条件下的盾构控制这是地下工程界普遍关注的一个问题。

对于泥水平衡盾构，泥浆的性能及控制对于开挖面稳定至关重要。

一、前言泥水盾构从气压盾构、水压盾构、膨润土泥水加压盾构、泥浆水盾构，经历了100多年的历史，20世纪60年代开始先后在英国、日本和德国研究开发了泥水加压式盾构，泥水加压式盾构用泥浆代替气压，用管道输送代替轨道出土，加快了掘进速度，改善了劳动条件和施工环境，并能在盾构掘进时较好地稳定开挖面和防止地表隆陷，成为当今划时代的盾构新技术。

盾构工程施工的关键之一是在开挖过程中确保在掘进过程中所造成的地面的隆起和沉降问题，而维持开挖面的稳定性是一个很重要的因素，而沿线地质条件决定了施工的相对难易程度。

对于复杂地层条件下的盾构控制这是地下工程界普遍关注的一个问题。

对于泥水平衡盾构，泥浆的性能及控制对于开挖面稳定至关重要。

目前国内在泥水盾构隧道中常采用的是由膨润土、水、外加剂(CMC)所组成的分散泥水体系。

该泥水体系在已往的工程中，基本满足了工程需要，但也存在许多不足的地方，突出表现为造浆性能和适应性能还不能满足工程的需要。

特别，这样的泥浆体系在软土层中的粘土、砂土不断的在泥水中分散，其粒度级配不能受到控制，引起泥水密度也不断的改变，使得的开挖面泥膜质量难以控制，使得泥水盾构在掘进过程中开挖面很难进行控制，造出施工过程中的施工质量很难保证。

二、高分子泥浆的机理2.1泥水盾构开挖面失稳的简要分析泥水平衡盾构开挖面的不稳定实质是力学的不稳定。

当盾构开挖面所受的应力超过其本身的强度分布就会发生作业面的不稳定。

泥水盾构工作原理

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气压调节系统
目前是使用的一般是SAMSON公司产品。其原理为，当压力降低或升高，与设定值有偏差时，通过压力的反馈，调整进气阀或者排气阀，对气仓内进行补气或排气，使压力逐渐升高或降低到设定压力值，直至与设定值平衡。因为掘进时液位总是存在一定的波动，其压力有一定变化，SAMSON系统能根据压力的反馈，及时对气压进行调整。
压力调节器
进排气阀
一般气仓压力一经设定，一个掘进循环内不再进行调整，所以掘进循环内，刀盘压力稳定在某个恒定值。只有当掘进条件发生变化，需要调整掘进压力时，再对压力调节器重新进行压力设定。气压调节系统功能是保证泥水仓的压力，泥浆循环系统的功能是出渣。
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四、泥水处理系统
泥水盾构掘进，其泥浆质量是控制盾构掘进质量的重要基础，对于盾构掘进循环回来的污浆，其性能不能满足循环使用要求，为能够保证掘进质量，需要对泥浆的比重、粘度、颗粒等进行处理，其中泥水分离设备是对泥浆性能有最直接影响的设备
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两种泥水盾构的主要区别如下
日本体系泥水盾构的泥浆压力，在循环掘进时，通过调整进浆泵的转速或者调整进浆泵出口节流阀的开口比值来实现压力控制的。因此掘进速度、地层变化、掘进深度及其掘进长度对压力均有影响。调节泵的压力是通过中心控制室的自动调节完成。
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德国体系的空气室的压力是根据开挖面需要的支护泥浆压力设定的，空气压力可通过空气控制阀使压力保持恒定。同时由于空气缓冲层的弹性作用，即使液位波动或出现突然的泄漏，对土仓压力也无明显影响。
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长时间停机模式
这个模式是自动控制的。此时所有泵都停止运转。开挖面压力由压缩气回路来控制。当气垫室泥浆液位低于预定的低限时，便进行校正。
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3.2泥浆循环参数控制
泥浆循环参数包括泥浆流量和液位、压力、比重等，循环部件包括进出泥浆泵、流量计、比重计、各种泥浆阀门等。对于不同厂家的盾构的，其泥浆循环略有区别。泥浆循环的控制包括：流量和液位的控制泥浆压力的控制比重的控制等。

泥水平衡盾构的开挖面稳定机理

泥水平衡盾构的开挖面稳定机理泥水平衡盾构的开挖面稳定机理有如下几点：1.在开挖面形成一层难透水的泥膜，让泥浆有效地作用在开挖面。

2.随着泥浆向土体渗透，泥浆中的细颗粒成分进入土体的空隙中，增加了土体的强度。

3.调节流体输送泵的转数，给土仓室的泥浆施加压力，可控制开挖面的土压及水压等。

为了确保开挖面的稳定，就必须基于地质调查结果设定合适的开挖面的泥水压力，与此同时，为了使该压力产生有效确切的管理泥浆的品质。

泥膜形成机理泥水加压盾构是通过在支承环前面装置隔板的密封舱中，注入适当压力的泥浆，使其在开挖面形成泥膜，支承正面土体，并由安装在正面的大刀盘切削土体表层泥膜，与泥水混合后，形成高密度泥浆，然后由排泥泵及管道把泥浆输送到地面处理。

整个过程是通过建立在地面中央控制室内的泥水平衡自动控制系统统一管理。

在泥水平衡的理论中，泥膜的形成是至关重要的，当泥水压力大于地下水压力时，泥水按达西定律渗入土壤，形成与土壤间隙成一定比例的悬浮颗粒，被捕获并积聚于土壤与泥水的接触表面，泥膜就此形成。

随着时间的推移，泥膜的厚度不断增加，渗透抵抗力逐渐增强。

当泥膜抵抗力远大于正面土压时，产生泥水平衡效果。

泥膜形成基本要素从泥水平衡理论中可以看出，在泥水加压式盾构法施工中，尽快形成不渗透泥膜是一个相当关键的环节。

然而，要形成泥膜必须满足下列四项基本条件。

(1)泥水最大粒径——泥水最大颗粒粒径对泥膜形成的效果有很大影响。

根据土层渗透系数K的不同要求，泥水最大颗粒粒径亦不同，它们之间必需相互匹配，其关系见表5。

泥水最大粒径与K值关系参考表表粉砂1～9×10-3＜0.074(2)颗粒级配——颗粒级配对泥膜形成具有很大的影响，最佳的泥水颗粒粒径分布形式必须通过大量实验来确定。

(3)泥水浓度——泥水浓度提高能使泥水屈服值升高，同时能使泥膜的稳定性增强。

实验证明高密度的泥水可以产生高质量的泥膜。

(4)泥水压力——虽然渗透体积随泥水压力上升而上升，但它的增加量远小于压力的增加量，而增加泥水压力将提高作用于开挖面的有效支承压力。

盾构隧道开挖面稳定极限理论研究

第33卷第1期岩土工程学报 Vol.33 No.1 2011年1月 Chinese Journal of Geotechnical Engineering Jan. 2011 盾构隧道开挖面稳定极限理论研究吕玺琳1，2，王浩然1，2，黄茂松1，2（1. 同济大学岩土与地下工程教育部重点实验室，上海 200092；2. 同济大学地下建筑与工程系，上海 200092）摘要：基于村山氏极限平衡法和极限分析上限法研究了盾构隧道开挖面稳定性，推导了维持开挖面稳定的最小极限支护压力计算公式。

类似于Terzaghi地基承载力的叠加原理，将极限支护压力表示为土体黏聚力、地表超载和土体重度三项贡献的叠加，并对各自影响系数进行了分析。

分析结果表明，极限平衡法得到的黏聚力影响系数随土体内摩擦角增大而增大，随隧道埋深比增加而减小, 地表超载和土体重度影响系数均随土体内摩擦角增大而减小，地表超载影响系数随隧道埋深比增加而减小，土体重度影响系数随隧道埋深比增大而增大。

当内摩擦角较小时，极限分析法得到的三项系数与土体内摩擦角和隧道埋深比的关系表现出与极限平衡相同的规律，但当土体摩擦角达到一定值时，土体黏聚力和土体重度的影响系数则不再随隧道埋深比而变化，地表超载影响消失。

极限分析法得到的极限支护压力及三项系数均低于极限平衡法，但更接近现有文献中的有限元数值模拟结果。

关键词：盾构隧道；开挖面稳定；支护压力；极限平衡；极限上限分析中图分类号：TU91 文献标识码：A 文章编号：1000–4548(2011)01–0057–06作者简介：吕玺琳(1981–)，男，重庆大足人，博士，讲师，从事岩土力学与工程方面研究。

E-mail: xilinlu@。

Limit theoretical study on face stability of shield tunnelsLÜ Xi-lin1，2, WANG Hao-ran1，2, HUANG Mao-song1，2(1.Key Laboratory of Geotechnical and Underground Engineering of Ministry of Education, Tongji University, Shanghai 200092, China; 2.Department of Geotechnical Engineering, Tongji University, Shanghai 200092, China)Abstract: Based on the limit equilibrium of Murayama and the upper bound limit analysis method, the face stability of shield tunnels is studied. Formulas for calculating the least support pressure at collapse are deduced. Analogous to Terzaghi’s superposition method commonly used in bearing capacity analysis, the least support pressure is expressed by the summation of the cohesion c, surcharge load q and gravity γmultiplied by the corresponding influence numbers N c, N q, Nγ. In the limit equilibrium, N c increases with the increase of the friction angle and the decrease of the ratio of tunnel depth C to diameter D, N q and Nγdecrease with the increase of the friction angle N q decreases and Nγincreases with the increasing value of C/D. In the upper bound limit analysis, the three stability numbers show the same trends only when the friction angle is less than an appropriate value which depends on C/D; otherwise N c and Nγ keep constant, and N q turns to be zero for any value of C/D. The three stability numbers obtained from the upper bound limit analysis are less than the results of the limit equilibrium and fit to the results obtained by the FE numerical simulation in the literatures.Key words:shield tunnel; face stability; support pressure; limit equilibrium; upper bound limit analysis0 引言由于城市土地资源的稀缺，各大中城市纷纷通过修建地铁来缓解城市人口日益增长带来的交通压力。

泥水盾构开挖面稳定浅谈

弛土压力示意图，曲线bf-d以内为松弛区域，盾构隧道直径为DC，松弛区
域土容重为γ,松弛区域
宽度为2B1。
松动圈土压力
c B B pe 1 e K a tan H / B W0 e K tan H / B K a t an

Ka为主动土压力系数
掘进机构
• 刀盘是稳定掘削面重要因素 • 根据地层选择掘削槽宽度和数量，同时设槽口开关
送排泥机构
• 必须设置管理泥水和掘削土的测量装置 • 用送泥泵转速控制泥水压，流量计和密度计测掘土量
泥水处理机构
• 调整槽调节泥水质量 • 制泥设备制作新的有添加剂的泥水
掘削土量盾构荷载（推力、掘削扭矩）
确定掘削面稳定的方法
土体的内摩擦角
粘性土的主动土压力计算公式
pa H tan 45 2
2
（各字母含义同上）
2
采用静止土压力的情形
静止土压力大多使用在H<D无法形成拱效应的软粘土，且施工要求地表沉降极小的情形。
静止土压力计算公式
p0 K0 H
p0 静止土压力 K 0 静止土压力系数其中K 0 1 - sin ，为有效内摩擦角
粘性土的主动土压力计算公式
pa H tan 45 2c tan 45 2 2
2
pa 主动土压力
掘削地层的土体容重（ / m3 ) kN
H 掘削面上顶到地表的覆土层的厚度（） m c 土体的粘聚力（ Pa) k
3 采用Terzaghi松弛土压力的情形
对H>D的密实地层（砂层、砂砾层、影粘土层）而言，因地层存在一定的拱效应，故可把Terzaghi松弛土压力pe

高水压小覆土泥水盾构掘进开挖面稳定研究的开题报告

高水压小覆土泥水盾构掘进开挖面稳定研究的开题报告一、研究背景及意义随着城市地下空间的不断拓展，在地铁、水利、矿山等领域中，盾构掘进作为一种快速、高效、安全的隧道掘进技术，被广泛应用。

但是，盾构掘进中常常会遇到开挖面稳定问题，如土层塌方、掘进机卡滞等问题，因此对开挖面稳定性的研究是盾构掘进的关键问题之一。

本研究针对盾构掘进中的开挖面稳定问题，选择了高水压小覆土泥水盾构掘进技术作为研究对象，分析了开挖面稳定性影响因素，并提出了相应的控制措施，为盾构掘进中的开挖面稳定提供了一定的理论和实践指导。

二、研究内容及方法本研究主要针对高水压小覆土泥水盾构掘进过程中的开挖面稳定性问题展开研究，具体研究内容如下：1. 分析高水压小覆土泥水盾构掘进中的开挖面稳定性问题通过对高水压小覆土泥水盾构掘进中的开挖面形态、土层性质、围岩条件等进行分析，确定其开挖面稳定性问题的主要影响因素。

2. 建立高水压小覆土泥水盾构掘进开挖面稳定性分析模型基于统计学和数学建模理论，建立高水压小覆土泥水盾构掘进开挖面稳定性分析的数学模型，并用该模型对开挖面稳定性问题进行评估。

3. 提出相应的开挖面稳定性控制措施根据分析和建模结果，提出相应的开挖面稳定性控制措施，包括改善盾构机采掘能力、加强围岩支护等方面。

本研究采用文献调研、数学建模及统计分析等方法来完成研究内容。

三、预期成果及实际应用预计本研究的主要成果为：1. 清晰了解高水压小覆土泥水盾构掘进中的开挖面稳定性问题和影响因素。

2. 建立了高水压小覆土泥水盾构掘进开挖面稳定性分析模型，为盾构掘进中的开挖面稳定问题提供了一定的理论基础和科学依据。

3. 提出了改善开挖面稳定性的相应控制措施，对于盾构掘进中的开挖面稳定问题的解决提供了实用的指导和参考。

本研究成果可在城市地铁、水利、矿山等领域的盾构掘进工程中得到实际应用，提高盾构掘进的效率和安全性。

同时，为相关研究提供一定的启示，为建立盾构掘进中的开挖面稳定性评价体系提供理论与实践参考。

盾构隧道开挖面稳定的可靠度研究

第２９卷增刊２００８年１１月岩土力学ＲｏｃｋａｎｄＳｏｉｌＭｅｃｈａｎｉｃｓＶ０１．２９ＳｕｐｐＮＯＶ．２００８文章编号ｌ１０００一７５９８一（２００８）增刊一３１５—０５盾构隧道开挖面稳定的可靠度研究李志华，华渊，周太全，孙秀丽（江南大学环境与土木工程学院，无锡２１４１２２）摘要：目前，盾构隧道开挖面稳定性评价方法均是确定性方法。

为了考虑上体参数的变异性，提出用可靠方法来评价其稳定程度。

采用数值模拟方法，研究了隧道开挖面极限支护压力。

基于ＢＰ神经网络预测大量给定地层参数工况下的开挖面极限支护压力，对其进行统计，得其概率分布特征。

在理论分析的基础上，结合１＝程实际，探讨了盾构施工土压力的确定原理。

建立了隧道开挖面稳定的极限状态方程，对其进行了可靠度分析。

该研究除能够科学、合理地评价开挖而的稳定程度外，对于盾构施工过程中合理地设定开挖面支护压力也具有一定的参考作用。

关键词：盾构隧道；开挖面；稳定性；可靠度中图分类号ｌｕ４５ｌ文献标识码：ＡＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｇＬＩＺｈｉ—ｈｕａ，ＨＵＡＹｕａｎ，ＺＨＯＵＴａｉ—ｑｕａｎ，ＳＵＮＸｉｕ—ｌｉ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌａｎｄＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＪｉａｎｇｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｘｉ２１４１２２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒｅｓｅａｒｃｈｍｅｔｈｏｄｓｆｏｒｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｇａｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｉｓｔｉｃｍｅｔｈｏｄｓａｔｐｒｅｓｅｎｔ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｃｃｏｕｎｔｔｈｅｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｏｉｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｅｔｈｏｄｔｏａｓｓｅｓｓｔｔｍｎｅｌｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｌｉｍｉｔｓｕｐｐｏｒｔｐｒｅｓｓｕｒｅａｔｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｏｆｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｇｉｓｓｔｕｄｉｅｄｗｉｔｈｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＬｉｍｉｔｓｕｐｐｏｒｔｐｒｅｓｓｕｒｅｓｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｏｉｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｍｐｌｅｓａｒｅｆｏｒｅｃａｓｔｅｄｂｙＢＰｎｅｕｒａｌｎｅｔｗｏｒｋ．Ｔｈｅｎｔｈｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｓｇａｉｎｅｄ．Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅｄｕｒｉｎｇｔｕｎｎｅｌｅｘｃａｖａｔｉｏｎｂｙｕｓｅｏｆｅａｒｔｈｐｒｅｓｓｕｒｅｂａｌａｎｃｅｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅｉｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ．Ｌｉｍｉｔｓｔａｔｅｅｑｕａｔｉｏｎｏｆｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｇｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｓｃａｌｃｕｌａｔｅｄｗｉｔｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｗｏｒｋｎｏｔｏｎｌｙｃａｎａｓｓｅｓｓｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｒａｔｉｏｎａｌｌｙ，ｂｕｔａｌｓｏｉｓｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｐｒｅｓｓｕｒｅｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃａｌｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌ；ｅｘｃａｖａｔｉｏｎｆａｃｅ；ｓｔａｂｉｌｉｔｙ；ｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ１引言盾构法施工城市地铁具有明显优点，有着广泛的应用前景。

泥水盾构泥膜形成时开挖面地层孔压变化规律研究

泥水盾构泥膜形成时开挖面地层孔压变化规律研究摘要：为了保证驱动面的稳定性，上翼泥浆必须在驱动面上形成水泥灌浆膜，从而在一定的泥浆压力下成为有效应力，使泥浆压力能够平衡土壤。

地层压力和水压。

目前还不清楚是什么因素影响泥浆压力和成膜。

为了解决这一问题，采用12套不同性能的泥浆对国产泥浆渗透设备进行了渗透试验。

关键词：泥水盾构；地面层孔；压力变化1、前言通过测量超细水应力的变化，分析影响超细水应力分布的因素，可以很好地了解泥膜的作用机理。

结果表明，泥浆压力的变化可以转化为孔隙压力、孔隙水压力和有效应力。

泥浆膜中的超渗透水应力迅速减小。

地层深度逐渐稳定。

泥浆密度是影响超孔隙水压力分布的主要因素之一。

2、相关背景大疆隧道挡泥板由于其优良的压力控制方法，在国内外得到越来越多的应用。

挡泥板盖住了地面。

基坑施工成功的关键是保证基坑的表面质量。

稳定。

为了保证泥岩盾构开挖面的稳定性，必须使泥浆压力与开挖面的地下水压力相平衡。

泥浆压力是孔隙压力的一种形式。

地层水压平衡相对容易。

在平衡层中，必须开挖土压力，使其表面形成不可渗透或渗透的水泥膜。

泥浆压力，泥浆压力作为一种有效应力被称为有效泥浆压力，其大小基本上反映了泥浆膜的质量。

然而，泥浆压力转换涉及泥浆性能、泥浆压力、地层性能、泥浆膜形状和质量。

确定有效泥浆压力及其影响因素对确定泥浆压力和配制泥浆具有重要意义。

在泥浆膜的形成过程中，由于水泥或细颗粒和水的压力增加而发生渗漏。

有效泥浆压力等于泥浆压力减去孔隙水压力和孔隙水应力。

因此，通过测量超孔隙水应力的大小和变化，可以反映有效泥浆压力和转化率。

采用不同类型的泥浆压力渗透设备 - 进行独立设计校核。

通过对超孔隙水应力的测量，确定了超孔隙水应力的分布规律，分析了影响超孔隙水应力分布规律的因素。

探讨了泥浆膜的形成机理，为制定泥浆压力和泥浆配制提供了理论依据。

3、变化的规律研究3.1形成机理研究为了保证泥岩盾构掘进面的稳定性和泥浆压力的平衡，必须对掘进面施加地下水压力。