土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法
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>
土压平衡盾构机的土压控制
土压平衡盾构机的土压控制作者：武德民来源：《城市建设理论研究》2012年第33期中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：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11.2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。
3土仓压力的形成3.1土体在自重的作用下，土体中的所有垂直面和水平面都是主作用面，根据土力学理论，天然土体内垂直静压力Eo=土的密度ρ Х埋置深度h，3.2土仓压力可以分为静止土仓压力Eo、被动土仓压力Ep、主动土仓压力Ea，3.2.1静止土仓压力：当盾构机停止掘进静止不动，土体处于弹性平衡状态时，土对土仓的压力称为静止土仓压力Eo 。
土压平衡盾构土仓压力设定与控制(PPT 53页)
土仓内土体是开挖面土体经刀盘切削后，受不同程度 压缩和混合后的重塑土，土仓内土体物理力学性质与开挖 面土体相比发生了一定的变化。
盾构土仓相对密闭，无法从土仓内采集出可试验的土 体，土仓内土体γ仓、c仓、φ仓和K0仓等物理力学指标无法 通过试验等手段得出，因此土仓内土压力无法采用上述方 法进行计算，不能作为土仓压力设定的依据。尽管如此， 对出土情况分析并参考经验数据估计土仓内土体的物理力 学指标，采用现有的土压力理论对土仓内土压力进行估算 ，其结果可应用于土仓压力控制。
2.8 被动土压力
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。
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
土仓压力是利用开挖下来的碴土充满土仓来建立 的，通过使开挖的碴土量与排出的碴土量相平衡的方 法来保持。必须使开挖土体充满土仓，并使排土量与 开挖土量相平衡。
由于围岩的土量或碴土容重会有一定的变化，另 外，由于添加剂的种类、添加量或排土方式等因素的 影响，碴土的容重也会发生变化，所以要恰当地掌握 排土量是比较困难的。仅单独根据排土量的管理来控 制开挖面坍塌或地基沉降是困难的，最好是根据土仓 压力管理和开挖土量管理同时进行。
p土2=(q+γD)tg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)。 （3）被动土压力时，p土=(q+γh)tg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2) 则：p土1=qtg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2) ，
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 。
土压平衡盾构在粘土地层中的掘进控制
土压平衡盾构在粘土地层中的掘进控制土压平衡盾构（Earth Pressure Balanced Shield or EPB）是一种在粘土地层中进行地下隧道掘进的盾构机械。
它的特点是通过控制土压力的平衡，在掘进过程中保持洞口的稳定，防止地层的塌方。
土压平衡盾构的掘进控制主要涉及以下几个方面：1. 地质勘察与设计：在进行地下隧道的掘进之前，需要进行详细的地质勘察和设计分析，了解粘土地层的性质和特点。
根据地质条件，确定合适的盾构机和掘进参数，确保掘进的安全和顺利进行。
2. 掘进液压系统：土压平衡盾构通过控制液压系统来平衡土压力，维持洞口的稳定。
在掘进过程中，通过注入适量的液压浆剂或沙浆来调整土压力的大小，避免地层的移动和塌方。
3. 土体行为与掘进压力：粘土地层的性质使得它在受力下具有一定的变形性和流变性。
在掘进过程中，土压平衡盾构会受到来自地层的反力，这些力可能产生掘进压力，影响洞口的稳定。
需要对土体行为进行深入研究，了解不同掘进压力下的变形特性，制定适当的掘进策略。
4. 控制系统与监测装置：土压平衡盾构掘进过程中需要实时监测土层的变化和洞口的稳定状况。
通过安装监测装置，定期记录盾构机和地层参数，及时发现异常情况并采取相应措施。
控制系统会实时调整注浆浓度和流量，保持土压力的平衡。
5. 操作技术与安全控制：使用土压平衡盾构进行粘土地层的掘进需要有熟练的操作技术和安全控制。
操作人员需要了解盾构机的工作原理和性能特点，熟悉各个控制参数的调整方式，并随时关注掘进过程中的安全风险。
土压平衡盾构在粘土地层中的掘进控制需要综合考虑地质条件、液压系统、土体行为、监测装置和操作技术等因素。
只有合理地控制这些因素，才能确保掘进的效果和安全。
在进行工程设计之前，需要进行充分的研究和前期准备，以保证掘进的顺利进行。
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。
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。
盾构施工常见问题及治理
隧道盾构掘进施工盾构掘进是盾构法隧道施工的主要工序，要保证隧道的实际轴线和设计轴线相吻合,并确保圆环拼装质量,使隧道不漏水，地面不产生大的变形。
总结了盾构掘进施工九大常见问题及预防措施,方便大家在实际施工中比对防治。
一、土压平衡式盾构正面阻力过大现象盾构推进过程中，由于正面阻力过大造成盾构推进困难和地面隆起变形．原因分析（1)盾构刀盘的进土开口率偏小，进土不畅通；(2)盾构正面地层土质发生变化；（3）盾构正面遭遇较大块的障碍物;(4)推进千斤顶内泄漏，达不到其本身的最高额定油压;（5）正面平衡压力设定过大；(6）刀盘磨损严重预防措施（１)合理设计土孔的尺寸,保证出土畅通;（2)隧道轴线设计前应对盾构穿越沿线作详细的地质勘察,摸清沿线影响盾构推进障碍物的具体位置、深度、以使轴线设计考虑到这一状况;(3）详细了解盾构推进断面内的土质状况,以便及时调整土压设定值、推进速度等施工参数；(4）经常检修刀盘和推进千斤顶，确保其运行良好;（５)合理设定平衡压力,加强施工动态管理,及时调整控制平衡压力值。
治理办法(1)采取辅助技术,尽量采取在工作面内进行推进障碍物清理,在条件许可的情况下,也可采取大开挖施工法清理正面障碍物;(2)增添千斤顶,增加盾构总推力。
二、土压平衡盾构正面压力过量波动现象在盾构推进及管片拼装的过程中,开挖面的平衡上压力发生异常的波动,与理论力值或设定应力值发生较大的偏差。
原因分析(1）推进速度与螺旋机的旋转速度不匹配;(2）当盾构在砂土土层中施工时,螺旋机摩擦力大或形成土塞而被堵住，出土不畅,使开挖面平衡压力急剧上升;（3)盾构后退,使开挖面平衡压力下降;(4)土压平衡控制系统出现故障造成实际上压力与设定土压力的偏差。
预防措施(1）正确设定盾构推进的施工参数,使推进设速度与螺旋机的出土能力相匹配;(２)当土体强度高，螺旋机排土不畅时,在螺旋机或土仓中适量地家注水或泡沫等润滑剂,提高出土的效率。
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。
土压平衡盾构克泥效同步注入抑制沉降施工工法
土压平衡盾构克泥效同步注入抑制沉降施工工法1前言近些年来，随着城市的日益发展，大城市逐步形成了以地铁交通为主体的交通格局，而盾构法因其具有对周围环境影响较小已成为修建地铁的主要施工手段。
然而盾构区间隧道多分布于城区，沿线必将穿过繁华的商业闹市区，建筑物及地下管道密集，而且随着线路的增多，较多城市的轨道交通都进入了网络化建设的时代，轨道交通的网络化建设不可避免地带来新建隧道与已建隧道之间相互平行、重叠、交叉或者穿越等复杂的施工情况。
尤其是当盾构下穿既有线，例如国铁、运营隧道等，由于影响面之大，盾构邻近施工时，即使是微小的变化，都可能对既有线路造成灾难性的影响。
故随着穿越工程的增多及穿越间距的缩短，要求施工时必须采取措施控制、减弱施工对既有隧道结构的不利影响，保护既有隧道的正常使用和运营安全。
由此可见，新建隧道穿越既有线或者重大危险源的施工措施已成为新一轮城市轨道交通建设必须深入研究的关键问题。
武汉地铁七号线武瑞区间需要三次穿越国铁，其中穿越京广铁路四股道，影响范围较大，根据国铁要求，既有线铁路沉降控制标准为9mm,安全风险高，属于项目特级风险源。
前期策划阶段，经过认真分析盾构掘进造成地面沉降的规律和机理，研究盾构机本身构造后发现，盾构在掘进过程中，虽然采用盾构机同步注浆系统，填充盾体外壳和管片之间的环形空隙，抵抗围岩变形，但是由于国内外盾构机构造的限制，同步注浆系统只能通过盾尾后方注入点注入，其浆液充填时间滞后于掘进一定时间，无法抑制盾体周边土体变形等。
由盾构机本身的构造可知，为了减少了盾体和土体的摩擦，国内外盾构机刀盘开挖直径一般大于盾体2〜5cm,如此以来，在盾构机盾体范围内形成的开挖轮廓和盾体之间就存在一个环形构造空隙。
由于前盾、中盾、盾尾直径不同，此构造空隙一般平均为2cm（由于盾体自重，盾体下部与土体紧密接触，上部间隙最大）。
在类似穿越施工中，地表变形指标较为严格的情况下，若不有效填充其本身的构造空隙，势必会引起该部分土体的应力释放，造成地表变形增大。
土压平衡式盾构学习
盾构土木知识培训1、土压盾构掘进过程中土仓压力的控制数据是根据盾构机的埋深，按照土力学（土压力＋水压）计算出，掘进过程中要求土压控制基本平稳，严禁出现忽高忽低的现象发生，盾构操作手根据土仓压力的变化情况调整螺旋机的出土速度，要求土压变化量控制在技术交底数值的上下范围0.1bar内，操作手在掘进过程中，尽量使掘进速度与螺旋机的出土速度保持一个平衡状态，当掘进即将完成需要停机进行管片拼装时，操作手需要根据管片拼装需要的时间长短，在停机前操作手应将土仓压力建立的压力适当提高，因盾构机操作面板反映出的土仓压力，往往包含有气压的成分，盾构机在停机期间，气体的扩散会造成土压的降低，如果停机前不对土压适当提高，当再次恢复掘进时，很可能土仓压力下降较大，出现土仓压力与掌子面水土压力不平衡现象，在软土地层或松散沙层地质条件下可能会出现土体的下沉，造成地表沉降。
对土压平衡式盾构而言，一个重要的因素就是要使密封仓内的土压力和开挖面的水土压力保持动态平衡。
如果密封仓内的土压力大于开挖面的水土压力。
地表将发生隆起；反之，如果密封仓内的土压力小于开挖面的水土压力。
地表将发生沉陷。
土舱内的土压通过传感器来进行测量，并通过控制推进油缸的推力、推进速度、螺旋输送机转速来控制的。
土仓压力大于水压力和土压力之和，则地面隆起。
土仓压力小于水压力和土压力之和，则地面下沉。
土压力的计算主要考虑地层土压、地下水压、预先考虑的预备压力。
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，根据隧道埋深的不同，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。
土仓理论压力计算：土仓压力P＝(γ土h＋σ外) ξ＋γ水h式中：γ土：土溶重γ水：水比重h：埋深σ外：外荷载ξ：土的静止侧压力系数,砂层0.34-0.45.粘土0.5-0.7由于施工存在许多不可预见的因素，致使施工土压力小于原状土体中的静止土压力。
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
添加标题
添加标题
添加标题
土压平衡盾构机土舱压力PID控制技术
土压平衡盾构机土舱压力PID 控制技术一、前言随着城市地区地下交通网络的高速发展，出现了大量土压平衡盾构施工的隧道工程。
大量工程实践表明，土压平衡盾构掘进施工过程中，开挖面稳定控制对于降低盾构推进对周围土体的影响具有重要意义。
土压平衡盾构掘进施工中，土舱压力的设定对于控制盾构施工对周围环境的影响意义重大。
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。
二、土压平衡盾构机概述土压平衡盾构机主要由盾壳、刀盘、螺旋输送机、盾构千斤顶、管片拼装机以及盾尾密封装置等构成, 它是在普通盾构基础上, 在盾构中部设置一道密封隔板, 把盾构开挖面与隧道截然分开,使密封隔板与开挖面土层之间形成一个密封泥土舱, 刀盘在泥土舱中工作。
同时,密封舱隔板装有螺旋输送机, 当盾构由盾构千斤顶向前推进时, 由刀盘切削下来的泥土充满泥土舱和螺旋输送机壳体内的全部空间, 同时依靠充满的泥土来支护开挖面土层的水土压力, 开挖下来的泥土通过螺旋输送机排出盾体。
土压平衡盾构机是一种通过控制密封土舱压力以维持开挖面稳定和向前推进的隧道掘进机械。
处于土压平衡盾构前部的密封舱中的土压力是盾构掘进过程中一个极为关键的控制参数, 其值的大小关系到开挖面的稳定和地面的变形。
如果密封舱内的土压力大于开挖面的水土压力,地表将发生隆起;反之, 如果密封舱内的土压力小于开挖面的水土压力, 地表将发生沉陷。
三、土压平衡控制原理土压平衡盾构机土舱压力PID 控制技术，刀盘转速采用开环的控制，通过比例变量泵进行调节（如图 1 所示）。
控制比例变量泵的排量来实现刀盘转速的连续调节。
盾构机推进系统和螺旋输送机转速的控制是采用闭环控制的。
可以根据实际掘进情况采用三种操作模式的一种来进行调节土舱压力。
以第一种操作模式即推进速度保持，控制螺旋输送机的转速调节排土量大小，实现设定土仓压力的稳定为例来说明。
土压平衡盾构施工土仓压力研究
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。
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。
土压平衡盾构机填仓开仓技术控制要点
土压平衡盾构机填仓开仓技术控制要点摘要：本文主要通过工程实践，由于螺旋机无法排土，需要对土仓和螺旋机进行开仓检查，根据地质情况和盾构机设备情况，在无法进行常压及带压的情况下进行开仓，从而采取了填仓的工艺进行开仓，针对填仓施工工艺特点进行分析，保证开仓安全。
关键词：电力隧道；填仓开仓；安全技术控制1、工程概况1.1工程简介本标段区间隧道采用盾构法施工，盾构机从4#工作井始发，沿西槎路地下向北，沿途下穿地铁八号线上步站出口，之后上跨地铁八号线地铁隧道，下穿地铁聚龙站，通过5#工作井，下穿地铁平沙站出入口到达6#工作井吊出。
盾构机从1041环开始，掘进出现很多块石从螺旋机排除，期间并且因大量大于40cm粒径的块石卡在螺旋机内，螺旋机旋转压力30Mpa达到极限值，通过疏通仍存在不时卡螺旋机的情况，最后在1067环时，因卡螺旋机及土仓渣土无法外排原因，盾构机无法正常掘进。
该处位置位于巨龙工业区西槎路西侧，隧道埋深约10m，隧道洞身地层主要为<5c-1b>可塑状残积粉质黏土层，经排查，排除螺旋机叶片损坏或变形的情况，通过不断伸缩、正、反转螺旋机，反转螺旋机往土仓塞木头、试块、块石等方法均未能解决无渣土外排的问题。
1.2地质情况根据地质详勘资料，异物卡螺旋机位置自上而下地层主要为<1>、<4-2a>、<5c-2>、<8c-2>，隧道洞身地层为<5c-2>、<8c-2>。
土层参数及地质特征如下：第〈5C-2〉层：硬塑状灰岩残积土：黄褐色、灰白色，硬塑，局部灰岩风化残积土，灰岩碎屑。
该层土承载力高，变形小，土的工程性质较好，但开挖时可能出现崩塌，土的可挖性等级为Ⅱ级，围岩级别为Ⅴ级；第〈8C-2〉层：碳质灰岩中风化带：灰色，深灰色，隐晶质结构，层状构造，裂隙稍发育，岩体较破碎，岩芯多呈短柱状，岩质较硬，锤击声哑。
局部以薄透镜体夹层出露于强风化或以薄层位于溶蚀空洞附近。
土压平衡盾构在粘土地层中的掘进控制
土压平衡盾构在粘土地层中的掘进控制
随着大型地下工程的不断发展，土压平衡盾构已经成为城市地区地下开发的常规选择之一。
在盾构隧道的掘进过程中，需要对隧道掘进的过程进行有效的控制，以确保隧道的掘进稳定、安全。
对于土压平衡盾构掘进过程中的控制，主要涉及到以下几个方面：
1.控制刀盘的转速和刀具的使用：刀盘的转速和刀具的使用方式对于盾构掘进的速度和稳定性有着重要的影响。
如果刀盘的转速过快或者刀具的使用不当，可能会导致土体的变形和塌陷，影响盾构的掘进质量和安全性。
2.适时注浆：在土体较松散、容易塌陷的地层中，需要适时注浆来增加地层的稳定性和提高已经塌陷部分的承载能力，避免继续产生地层塌陷。
3.控制排土水量：排土水量是影响盾构掘进速度和土压平衡控制的另一个重要因素。
如果排土水量过大，可能会导致盾构前端管体失去支撑，从而引发不必要的事故。
4.增强环片支撑：地层较松散或临近水层的区域，在盾构掘进过程中需要增强环片的支撑，以确保隧道的安全和稳定，避免出现不必要的事故。
总之，对于土压平衡盾构在粘土地层中的掘进控制，需要贯彻“安全、稳定、高效”的原则，科学严谨地制定工作方案和控制措施，以确保隧道掘进的安全和质量。
土压平衡盾构技术
D、掘进技术参数与盾构机控制失误
① 掘进模式选择错误、土压等参数未及时调整适应、 未同步足量注浆和及时二次注浆 ② 盾构机姿态不当、盾构机较长时间停顿且措施不当
（3） 基本对策 首先把握盾构施工的特点、盾构机自身特点与 能力， 去克服问题。 ①通过实验确定适宜的土压力、掘进速度等 掘进参数 ②加强同步注浆、适时二次注浆以弥补地层 损失；
点位
D=6m D 表示隧道外径 隧道
（2） 盾构掘进中地层沉降原因分析：
A、地层损失
① 盾构机开挖土体体积大于隧道实体体积。 ② 对地层扰动后的土体主、次固结。
B、特殊部位
① 始发与到达掘进时土压尚未建立或失压。 ② 隧道与洞门结合部薄弱易发生水土流失。
沉降原因分析
C、不良地质条件
① 上软下硬。 ② 富水砂层、断裂破碎带易发生喷涌。
剪切区 挤压区
滑裂面
隧道管片
盾构机身
B、掌子面平衡状态分析
PT-掌子面极限状态临界力；PD-盾构刀盘压力 ① PT＝PD 平衡状态，但棱柱体S-BB′C′CDD′G′G具有下滑趋势，作用于楔形体SABC
地面
刀盘压力
② PT＜PD
地面沉降曲线
剪切面
剪切面
刀盘压力
③ PT＞PD
地面沉降曲线 剪切面 剪切面
D86531-D865312 横断面地面沉降曲线
3D3D
3
五、盾构施工的地层隆降
1）与掌子面稳定的相关问题
A、地层应力状态
主动土压力 剪切区 挤压区 被动土压力
卸荷区
扰动土再固结
隧道
隧道管片
盾构机身 刀盘 主动土压力
滑裂面
A、地层应力状态
地面荷载
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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
施工技术
2012 年 4 月下
22
CONSTRUCTION TECHNOLOGY
第 41 卷 第 363 期
土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法探讨
杨永强
（ 中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司，陕西 西安 710054）
［摘要］ 利用现有的土力学理论，对土压平衡盾构推进与 停 机 两 种 状 态 下 开 挖 面 前 方 土 压 力 与 土 仓 内 土 压 力 类 型
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。
设定合适的土 仓 压 力 确 保 开 挖 面 的 稳 定，关 系
［收稿日期］ 2012-01 -10 ［作者简介］ 杨永强，中铁一局集团城市轨道交通工程有 限 公 司 总 工 程师，高 级 工 程 师，陕 西 省 西 安 市 雁 塔 北 路 1 号 710054 ，电 话： （ 029） 87864912，E-mail： yyq121417@ 163 ． com
进行了分析。通过理论计算和分析，提出了根据开挖面前方地层的地质条件和沉降 要 求 等 进 行 土 仓 压 力 设 定 的 方
法，指出了当土仓内土体与开挖面前方土体基本一 致 时，土 仓 压 力 很 难 与 开 挖 面 前 方 土 压 力 基 本 相 同 。 通 过 理 论
分析，提出了土仓压力控制的方法，以及采取土仓内土 体 改 良、注 入 泡 沫 或 高 压 气 体 形 成 气 压、严 格 控 制 出 土 量 等
土压平衡盾构的施工机理为： 盾壳支承围岩并 保护刀盘旋 转，在 推 进 油 缸 作 用 下，刀 盘 旋 转 切 削 开挖面土体，刀盘 上 被 切 割、破 碎 的 碴 土，经 过 刀 盘 上的开口进入密闭 的 土 仓，利 用 端 部 伸 入 土 仓 下 部 的螺旋输送机排土； 通过控制螺旋输送机转速或盾 构推进速度，达到土 仓 内 土 压 力 与 开 挖 面 地 层 土 压 力动态平衡。其核 心 是 开 挖 面 稳 定 机 理，即 土 仓 内 土 压 力 抵 抗 开 挖 面 地 层 水 、土 压 力 使 开 挖 面 稳 定 。 1 开挖面稳定机理
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
参考相 关 文 献 和 规 范［1-4］，开 挖 面 稳 定 机 理 和 土仓压力设定的相关理论归纳如下。
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