盾构掘进主要参数计算方式.doc

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1、目录1、纵坡22、土压平衡盾构施工土压力的设置方法22.1深埋隧道土压计算32.2浅埋隧道的土压计算42.2.1主动土压力与被动土压力42.2.2主动土压力与被动土压力计算：42.3地下水压力计算52.4案例题62.4.1施工实例162.4.2施工实例283、盾构推力计算104、盾构的扭矩计算101、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

2、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

3、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×0.41×1.79Sωq—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～ⅡⅢ

4、ⅣⅤⅥ水平侧压力系数q01/61/6～1/31/3～1/21/2～1ω—宽度影响系数，且ω=1+i（B-5），i—以B=5m为基准，当B<5m时，取i=0.2，当B>5m，取i=0.1；S—围岩级别，如Ⅲ级围岩，则S=3图1主动极限平衡状态下的土体位移趋势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

5、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2被动极限平衡状态下的土体位移趋势盾构推进时，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

6、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σz相当于大主应力σ1，水平应力σa相当于小主应力σ3。水平应力σa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：σa=σztan2（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。盾构的推力偏大时，土体处于向上滑动的极限平衡状态。此

7、时，刀盘前方的土压力σp相当于大主应力σ1，而竖向应力σz相当于小主应力σa：σp=σ1=σztan2（45o+φ/2）+2ctan（45o+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。2.3地下水压力计算地下水位高于隧道顶部时，由于地层孔隙、裂隙的存在，形成侧向地下水压。地下水压力的大小与水力梯度、地层渗透系数、管片背后的砂浆凝结时间、渗透系数及渗透时间有关。由于地下水流经土体时受到土体的阻力产生水头损失，因此作用在刀盘上的水压力一般小于该地层处的理论水头压力。掘进过程中，随着

8、刀盘的不断向前推进，土仓内的压力处于原始土压力值附近，考虑水在土中流动时的阻力，掘进时地层中的水压力可以根据地层的渗透系数酌情考虑。盾构因故停机时，由于地层中压力水头差的存在，地下水必然会不断向土仓内流动，直至将地层中压力水头差消除为止。此时土仓的水压力为：σw