土仓压力控制方法

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

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:

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

计算理论土压力盾构出洞60m试推进调整推进参数正常推进推进速度、设置压力值、理论压力值、地表沉降量数据收集

数据整理、分析总结成果

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）

延吉中路站～黄兴绿地站土压值表（上行线）

2.6进出洞时土压力控制值

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⑤1a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