盾构掘进主要参数计算方式

盾构掘进主要参数计算方式

目录

1、纵坡 (3)

2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 (4)

2.1深埋隧道土压计算 (5)

2.2浅埋隧道的土压计算 (5)

2.2.1主动土压力与被动土压力 (5)

2.2.2主动土压力与被动土压力计算： (6)

2.3地下水压力计算 (7)

2.4案例题 (8)

2.4.1施工实例1 (8)

2.4.2施工实例2 (10)

3、盾构推力计算 (12)

4、盾构的扭矩计算 (12)

1、纵坡

隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以水平距离

如图所示：隧道纵坡=（200-100）/500=2‰

注：规范要求长达隧道最小纵坡>=0.3%,最大纵坡=<3.0%

2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法

根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者总结出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：

a、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道（一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋)；

b、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力；

c、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力；

d、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力；

e、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑0.010～0.020Mpa 的压力值作为调整值来修正施工土压力；

f、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为：

σ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整

式中，

σ初步设定－初步确定的盾构土仓土压力；

σ水平侧向力－水平侧向力；

σ水压力－地层水压力；

σ调整－－修正施工土压力。

g、根据经验值和半经验公式进一步对初步设定的土压进行验证比较，

无误时应用施工之中；

h 、根据地表的沉降监测结果，对施工土压力进行及时调整，得出比较合理的施工土压力值。

2.1深埋隧道土压计算

深埋隧道σ水平侧向力= q ×0.41×1.79S ω

q —水平侧向力系数见表1

表1 水平侧

压力系数表

围岩分类 Ⅰ～Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ Ⅵ 水平侧压力系数

q

1/6

1/6～1/3

1/3～1/2

1/2～1

i=0.2，当B>5m ，取i=0.1；

S —围岩级别，如Ⅲ级围岩，则S=3

2.2浅埋隧道的土压计算 2.2.1主动土压力与被动土压力

盾构隧道施工过程中，刀盘扰动改变了原状天然土体的静止弹性平衡状态，从

而使刀盘附近的土体产生主动土压力或被动土压力。

盾构推进时，如果土仓内土压力设置偏低，工作面前方的土体向盾构刀盘方向产生微小的移动或滑动，土体出现向下滑动趋势，为了抵抗土体的向下滑动趋势，土体的抗剪力逐渐增大。当土体的侧向应力减小到一定程度，土体的抗剪强度充分发挥时，土体的侧向土压力减小到最小值，土体处于极限平衡状态，即主动极限平衡状态，与此相应的土压力称为主动土压力Ea ，如图1所示。

图 1 主动极限平衡状态下的土体位移

滑

动方向滑

动面滑动面

原地面线沉降后地面线

盾构推进时，如果土仓内土压力设置偏高，刀盘对土体的侧向应力逐渐增大，刀盘前部的土体出现向上滑动趋势，为了抵抗土体的向上滑动趋势，土体的抗剪力逐渐增大，土体处于另一极限平衡状态，

即被动极限平衡状态，与此相应的土压力称

为被动土压力Ep，如图2所示。

2.2.2主动土压力与被动土压力计

算：

根据盾构的特点及盾构施工原理，结合我国铁路隧道设计、施工的具体经验，采用朗金理论计算主动土压力与被动土压力。

盾构推力偏小时，土体处于向下滑动的极限平衡状态。此时，土体内的竖直

应力σ

z 相当于大主应力σ

1

，水平应力σ

a

相当于小主应力σ

3

。水平应力σ

a

为维

持刀盘前方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：

σ

a =σ

z

tan2（45°-φ/2）-2ctan（45°-φ/2）

式中，

σ

z

－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。

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

土压力σ

p 相当于大主应力σ

1

，而竖向应力σ

z

相当于小主应力σ

a

：

σ

p =σ

1

=σ

z

tan2（45o+φ/2）+2ctan（45o+φ/2）

式中，

σ

z

－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。图2 被动极限平衡状态下的土体位移

滑

动

方

向

滑

动

面

滑

动

面

Ep

受施工影响后地面线原地

面线