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1、EPB盾构掘进的土压控制0o2姜8月6)JOURNALOF铁RA道ILW工AYE程NGIN学EER报INGSOCIETYNAOp2(Se2r86第期(总)-?)文章编号:1006--2106(2005)O2—0045一O6EPB盾构掘进的土压控制刘东亮.(中铁隧道集团有限公司,河南洛阳471009)提要:盾构法施工具有快速,安全,对地面建筑物影响小等诸多优点.在土压平衡盾构掘进过程中,如何合理设置和控制土压,对于控制地表沉降有着至关重要的意义.本文对土压控制的因素和策略及土压力的选择进行分析和探讨.关键词:盾构;推进;土压;控制中图分类号:U455文献标识码:A1概述土压平衡盾构简称EP
2、B(Eaahpressurebalance)盾构,主要由盾壳,刀盘,刀盘驱动,螺旋输送机,管片安装机,人仓,推进系统等组成,见图1.EPB盾构是在机械式盾构的前部设置隔板,使土仓和排土用的螺旋输送机内充满切削下来的泥土,依靠盾构推进油缸的推力给土仓内的泥土加压,使土压作用于开挖面以使其稳定.土仓内的土压通过传感器进行测量,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.213456781.刀盘;2.隔板;3.切口环(前盾);4.推进油缸;5.人仓;6.刀盘驱动;7.管片安装机;6.螺旋机图1土压平衡盾构2开挖面稳定机理开挖土仓由刀盘,切口环,隔板及螺旋输送机组成.EPB盾构就是
3、将刀盘开挖下来的泥土填满土仓,借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压,产生土压力,这一压力作用于整个作业面,使作业面稳定,刀盘切削下来的土碴量与螺旋输送机向外输送量相平衡,维持土仓内压力稳定在预定的范围内.当土仓内的土压力大于地层压力和水压力时,地表将隆起(图2);当土仓内的土压力小于地层压力和水压力时,地表将下沉(图3);因此土仓内的土压力应与地层压力和水压力平衡.3土压力的计算在设定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.3.1地层土压在我国铁路隧道设计规范中,根据大量的施工经.收稿日期:2o05—01—18刘东亮高级工程师男1964年7月出生EPB盾构土
4、压平衡原理地表面隆起地表面J-地下水位,缝'—,=/麓,--—●,:童莲荟薹-1,Pw+Pz<PI删图2土仓压力大于水压力及土压力之和.地面隆起铁道工程2005年4月\蜃§/<叶ijiPw+PE>PT图3土仓压力小于水压力及土压力之和,地面下沉验,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.3.1.1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
5、均高度(等效荷载高度)确定的.根据经验,深,浅埋隧道分界深度通常为施工坍方平均高度的2-2.5倍.Hp=(2-2.5)hq式中——深,浅埋隧道分界的深度;幻——施工坍方平均高度,=0.45x2~Sto;JS——围岩类别,如Ⅲ类围岩,则S=3;一宽度影响系数,且(1(B一5);——隧道净宽度,单位以m计.——以B=5m为基准,每增减1m时的围岩压力增减率.当B<5m时,取i=0.2,B>5m,取i=0.1.3.1.2深埋隧道的土压计算在深埋隧道中,按照太沙基土压力理论计算公式以及日本村山理论,可以较为准确的计算出盾构前方的松动土压力.在实际施工工程之中,可以根据隧道围岩分类和隧
6、道结构参数,按照我国现行的《铁路隧道设计规范》中推荐的计算围岩竖直分布松动压力q的计算公式:q=0.45x26-sytor围岩容重地层在产生竖向压力的同时,也产生侧向压力,侧向水平松动压力的计算见表1.表1侧向水平松动压力计算围岩分类Ⅵ～VⅣⅢⅡI水平松动压力0(o-1/6)q(1/6~1/3)q(1/3~1/2)q(1/2-1)q3.1.3浅埋隧道的土压计算3.1.3.1静止土压静止土压为原状的天然土体中,土处于静止的弹性平衡状态,这时的土压力为静止土压力.在任一深度h处,土的铅垂方向的自重应力为最大主应力,而水平应力为最小主应力,如图4所示.'-////^=伽H—H3图4静止土压的
7、计算cr,=k0cr,=koTh式中:.]}『-侧向土压力系数,ko=v/1一u,u为岩体的泊松比.一般采用下列经验公式计算.(1)经验值:砂层中,ko=0.34～0.45;粘土地层中,ko=0.5-0.7.(2)经验公式:Jaky公式(砂层),ko=1-sin~;Brook—er公式(粘性土层),.]}.=0.95-sin~.式中'P,'P为土的有效内摩擦角.(3)日本规范:日本《建筑基础结构设计规范》建议,不分土的种类,.]}.
