土仓压力控制方法汇总

压力舱内土体状态控制方法
一、工程概况
本标段区间隧道全部采用土压平衡式盾构掘进，土压平衡是利用盾构机切削的泥土充满密封仓并保持适当的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构正前方开挖面进行支护的目的。

平衡压力的设定是土压平衡盾构施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节，其中包括推力、推进速度和出土量三者的相互关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用。

因此，盾构推进过程中，要根据不同地质泥土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果及时调整设定土仓压力，推进速度要保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好条件。

同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线的地层变形控制在允许的范围内。

二、土压平衡工作原理
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。

当土舱内的土压力
V地表面
矿地下水位
w水压力P E土压力P E p B土舱压力
p+p=p
wEEPB
图1土舱土压力与地层水土压力平衡
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。

三、土舱内初始土压力值计算（理论值）
3.1计算模型
在饱和粘性土及粘性土层，盾构的荷载按全土柱进行计算。

盾构周围负荷分布状态见下图。

图2隧道负荷分布状态（周围）
3.2 计算依据
① 《土压系列盾构施工法》
② 《上海市轨道交通杨浦线（M8线）一期工程土建III 标工程地质勘测报告》。

③ 盾构机操作说明书
④ 《上海市轨道交通杨浦线（M8线）一期工程线路施工图》 ⑤ 《上海市轨道交通杨浦线（M8线）一期工程区间圆形隧道结构标准图》。

⑥ 《上海市轨道交通杨浦线（M8线）一期工程区间衬砌圆环布置图》。

⑦ 国家和上海市有关地铁、市政等有关施工技术及验收规范、规程。

3.3 土压力的影响因素: P 右
p 左 p
水压力
水平水力压
寸 「压 力 土抗力（被动土压力）］hf 土抗
力（盾构自重反力）f i 儿I 水压力
I4
p 下
垂直土压力
①土压力值与地面沉降监测关系
前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前舱压力显然不是很合适的；另外，因土层的复杂性，如地面超载作用力的大小及建筑物基础结构的不准确性，造成了土压力设定值的计算结果不可能十分准确。

再则，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。

根据实际施工经验，盾构机切口前方1.5D+H（D为盾构机外径，H为盾构中心至地面高度）范围内地面的沉降情况与土压力设定值密切相关，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，可控制盾构机前的地面沉降量在负沉陷（隆起）0〜2mm,如负沉降过大则应适当调低压力设定值，如发生正沉降则应适当调高压力设定值。

②土压力控制值与掘进速度关系
合理设定土压力控制值的同时应限制掘进速度，如掘进速度过快，螺旋输送机转速相应值达到极限，密封舱内土体来不及排出，会造成土压力设定失控。

所以应根据螺旋输送机转速（相应极限值）控制最高掘进速度，一般控制在以内。

③进、出洞时土压力控制值
在进、出洞阶段，因端头井前基本上都是较开阔的场地，土体经
过加固，设定前舱压力时，应将着重点放在进出洞的安全上，除掘进速度应严格控制外，前舱压力可相对设得低些。

四、工程工作流程
计算理论土压力一►盾构出洞60m试推进——►调整推进参数＞正常推进一推进速度、设置压力值、理论压力值、地表沉降量数
据收集
一数据整理、分析一总结成果
6、原始数据采集和分类
⑴收集整理地面监测资料
⑵计算沿线理论土压力值⑶收集整理盾构机推进过程中实际土压
力值和对应推进速度，与
理论值互相检校，确定合理的土压力值。

2.4黄兴绿地站〜延吉中路站（下行线）初始土压力值计算
根据隧道的埋深、采用盾构机的机型计算初始土压力值见下表。

黄兴绿地站〜延吉中路站土压值表（下行线）
在出洞进洞阶段，因端头井前基本上都是较开阔的场地，土体经过加固，设定前舱压力时，应将着重点放在进出洞的安全上，除掘进速度应严格控制外，前舱压力可相对设得低些。

三、盾构隧道防水施工
1、项目概况
本工程全线属滨海平原地貌单元，沿线90m深度范围内均为第四纪更新世（Q3）以来的松散沉积物，线路主要穿过灰色砂质粉土②3b 层，灰色淤泥质粉质粘土③层，灰色淤泥粘土④层，灰色粘土⑤la层和灰色粉质粘土⑤1b层。

线路长距离穿越的④层和⑤1a层，土质均匀，透水性差，对盾构施工有利，但其工程地质性质较差，含水量高，空隙比大，强度低，压缩性高，且稳定时间长，在动力作用下易产生流变现象。

第②层粉土和第③层粉质粘土对盾构施工不利。

地下水水位埋深0.5〜1.0m,水位动态为气象型，承压水动态较稳定，压力水头一般距地
表6〜11m，沿地层渗透具有水平向大于
垂直向的特征。

为防止隧道内部渗漏，给竣工后隧道的运营管理和维修带来问题，施工时应严格按设计要求及有关规范要求进行，对涉及到与防水有关的材料、机具、工艺进行严格控制和把关。

对隧道底部和进出洞门、旁通道、螺栓孔和注浆孔等局部位置进行特殊处理，以确保建成的隧道不漏水，达到隧道的防水设计要求。

2、隧道防水质量验收标准
不得有线流、滴流和漏泥砂，隧道内面平均漏水量不超过
0.1L/m2/d。

3、防水措施
盾构法施工的隧道防水包括管片本体防水、管片接缝防水、旁通道防水和隧道渗漏处理。

3.1管片本体防水
3.1.1材料、机具防水
管片生产所用的水泥、砂、石子、粉煤灰、外加剂、钢材等原材料均应符合国家质量标准的有关规定，且必须附有生产厂家的产品质量保证书，并按规定进行复验。

优选供应厂家，合理组织材料供应，重视材料的标识。

弹性密封垫应涂刷缓膨胀剂，以免在潮湿环境或遇水先期膨胀，影响最终防水能力。

要保证止水橡胶条的粘贴质量，以防在衬砌运输或施工过程中脱
落；止水橡胶条质量要达到设计要求。

3.1.2管片防水
选用科学合理的防水混凝土配合比；
完善制造工艺和养护措施，加强生产过程中的计量装置的检验校核和质量监督控制；
混凝土的浇捣、蒸养、拆模、修整、水养均应按照制定的规定进行质量控制。

管片钢模在浇捣前须进行精度的检验，并清理杂物。

清理后的模具涂上脱模剂。

模具组装完毕后，必须对钢模的内净宽度进行检查。

钢筋骨架入模后，必须检验底部、两端、两侧的混凝土保护层，管片中的预埋件锚固钢筋必须与管片的主筋焊接牢固，预埋件就位必须与钢模底弧面保持垂直密贴。

对混凝土制品厂运抵工地的管片，除需提供出厂合格证外，工地质检员还需按规范要求逐块进行验收。

每个单块成品管片都要进行外观质量检验和制作精度检验，不合格的产品应作处理或报废；
为确保管片的抗渗性能，除对管片混凝土进行抗渗检测外，还必须按国家强制性规范要求的管片抗渗检漏频率，对单块管片进行抗渗检测。

其方法是：将被检管片置于专用测试架上，在管片外表面施以
1.0Mpa水压力，恒压3小时，渗透深度小于5mm为合格。

抽检不合格，严禁出厂，作报废处理；
加强管片堆放、运输过程中的管理和检查，防止管片产生附加应力而开裂或在运输中碰掉边角，确保管片完好；对管片破损的部位，表面用界面处理剂处理后，再用高标号防水砂浆进行修补。

管片进洞后应作外观检查；
钢管片的防腐处理是盾构法隧道防水的一项重要内容，应考虑隧道的特定环境，采取有效的措施。

按设计，钢管片制作后先进行除锈处理，除锈后的钢管片先在背板涂702环氧富锌底漆一度，待固化后再涂H52-65环氧煤沥青厚浆型防锈漆二度。

内表面涂红丹漆二度。

为防止管片的接头面漏水，一般施行防水条施工和嵌缝施工。

防水条施工是在管片接头面上设置防水条槽，将密封条贴在上面即可。

嵌缝施工是在管片组装结束后，在接头面上设置的槽内填充上防水填料。

3.2接缝防水
3.2.1进出洞防水
在洞门和区间隧道管片及和车站结构的刚性接头中设置水膨胀橡胶止水条。

施工缝设置止水条或止水带，变形缝设置加厚的复合型弹性密封垫。

在主体完工后，对全部缝隙进行嵌缝施作，根据施工具体情况，必要时可进行提前预注浆或施工时预埋注浆管进行后注浆。

3.2.1.1在防水处理上，按时间可分为三个阶段进行。

一是进出洞的处理；二是进出洞期间的防水措施；三是进出洞后的防水封堵措施。

3.2.1.2进出洞前的洞门处理根据洞门的地质条件和埋深，确定
洞门的封门（主要指车站结构
作好后预留的洞门）处理方案。

对于砂及粘土等软弱地层，主要采取混凝土封门，在洞门处设置预埋钢环，洞门与端墙间要进行必要的构造处理。

盾构进洞时，将混凝土封门拆除。

本标段洞门在车站施工时通过车站地下连续墙和混凝土封堵的方式进行防水。

3.2.1.3进出洞期间的防水措施
出洞时，在洞门开放后，盾构应尽快推抵开挖面，封闭洞口。

到达时，应尽快推出洞门封闭。

本标段按设计要求在洞门设置帘布橡胶板和圆环板等防水装置并在盾构进出洞时注速凝水硬性双液浆对洞门进行封堵。

3.2.1.4进出洞防水封堵措施
盾构始发准备完成，切口环进入洞门后应立即进行洞门圈的封堵，在盾尾进入掌子面土体后，压注速凝水硬性双液封堵；在盾构到站刀盘完全脱离隧道后，也应立即固定翻板进行洞门圈的封堵，及时对隧道进行注浆充填，以确保盾构到站后地表的稳定。

同时，现浇洞门的施工要严格按设计的防水要求进行操作。

施工时若混凝土达到一定的强度再注以化学固接剂进行封堵。

严禁直接浇灌混凝土封堵。

3.2.2螺栓孔防水
螺旋孔的密封圈采用遇水膨胀橡胶材料，利用压实和膨胀双重作用加强防水，使用寿命终结可以进行更换，另外管片连接件的防腐处理是延长使用寿命，防止隧道渗漏的重要方面，且上海市地区的地下水对钢筋结构有弱腐蚀性，因此不能忽视对连接螺栓的防腐处理。

管片连接件采用在其表面加锌基铬酸盐涂层的方法保证螺栓不被水浸锈蚀。

连接件
的防腐处理应进行盐雾试验，试验次数为每个区间作两次。

3.2.3注浆孔防水
注浆孔的防水封堵采用密封圈和密封塞，密封圈用遇水膨胀橡胶制作。

必要时也应用聚氨脂密封胶进行完全封闭，进行封闭前彻底清除孔
内的残余物。

3.3旁通道防水
旁通道的防水，在初次支护时可视地下水情况做出一些引排和封堵，二次衬砌采用防水混凝土。

二次衬砌施作前铺设无纺布+EVA防水板进行防水，施工缝设置遇水膨胀橡胶止水条。

对旁通道处前后各5环正洞衬砌管片进行全环嵌缝处理，更有利于旁通道与正线隧道的接口部位的防水。

施工中应注意以下几点：
①铺设无纺布和EVA之前，应清理初次支护的表面，割除外露钢筋头、注浆管等尖利器物，凿除突出墙面的喷射料，使表面基本平整；
②防水板的焊接应使用专用焊缝焊机，并应先在地面上试焊，检验焊缝强度和密封性能后，方可正式进洞焊接；
③无纺布如用射钉枪固定，其钉孔处必须用专用密封圈密封，防止水从钉孔渗出；
④每道焊缝必须经过认真仔细的检查，有问题处要补焊，特别是拐角部位两个面搭接处，应严把焊接质量关；
⑤拐角搭接处和超挖部位等复杂面，不应将防水板绷的太紧，防止施作二次衬砌时将防水板拉破；
⑥遇水膨胀橡胶止水条的安装一定要按设计要求进行施工。

3.4隧道渗漏处理
工程施工完成后，对所有的渗漏处均应进行修补，使之完全达到防水等级要求。

按设计要求，管片最大裂缝允许宽度为0.2mm。

旁通道和洞门最
大裂缝宽度的大小，漏水的裂缝均应进行修补。

具体施工方法为：
（1）涂抹处理
①若裂缝为0.15mm以下湿裂缝或微渗裂缝时，用无机水性高渗透密封剂涂刷封闭处理；
②若裂缝为0.20mm以上的干裂缝时，采用聚氨酯、聚硫材料涂抹封闭；或采用聚合物水泥（氯丁胶乳、氯偏乳液、丙烯酸酯乳液）涂抹或砌抹封闭。

（2）注浆处理
①因外荷变化可能发展到0.20mm以上的渗漏或裂缝虽在0.20mm 以下，但漏水较多时，采用注浆处理，注浆材料为聚氨酯（水溶性、油溶性）、丙凝或硅酸钠。

聚氨酯用于处理大量漏水；丙凝用于处理微细漏缝；硅酸钠用于处理大量的裂缝与间隙；
②注浆后用嵌缝加强，嵌缝材料可选用氯丁腻子膏、聚硫密封胶、聚氨酯密封胶或胶乳水泥等。

嵌缝时先对嵌缝槽（宽3~10mm，深20〜30mm）清理并涂冷底子，然后用嵌缝枪嵌填或手工封嵌；嵌缝槽口浇注混凝土或封塞聚合物快硬水泥；
③对结构有影响的0.2mm以上的干裂缝或微湿裂缝应注浆补强，
补强注浆材料采用：环氧—糠醛—丙酮注浆材料或甲凝注浆材料。

4、施工时的结果验证
待区间隧道施工时根据上述操作验证效果，作适当调整，得到合
理的施工方法。