土仓压力计算.ppt

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1、2014土仓压力计算李嘉骏2018-01-062018-1目录1土仓压力设定原则2土仓压力计算方法3土仓压力选择2018-01-06土仓压力设定原则土压平衡盾构是通过密闭土舱内切削泥土的压力与开挖面水土压力的平衡来减小对土体的扰动的。设置合理的施工土压力，对于控制地表沉降、提高掘进速度、降低掘进成本有着非常重要的意义。在盾构施工过程中，掘进时土压力的设定遵循以下原则：1、在选择掘进土压力时主要考虑地层土压力、地下水压力（孔隙水压力），并考虑预备压力；2、土仓内的土压力可以维持刀盘前方的围岩稳定，不致于因土压偏低造成土体坍塌、地下水流失；3、为了降低掘

2、进扭矩、推力，提高掘进速度，减少土体对刀具的磨损，土仓内的土压力应尽可能得低，以使掘进成本最低。2018-1土仓压力设定原则开挖面平衡原理见图１。土压平衡盾构正面推进力可表示为Ｎ＝Ｐｉ－（Ｐｚ＋Ｐｗ）式中：Ｐｉ———密封舱土压力，ｋＰａ；Ｐｚ———开挖面侧向静止土压力，ｋＰａ；Ｐｗ———开挖面水压力，ｋＰａ。为使开挖面保持稳定，应尽量满足Ｎ＝０。2018-01-06土仓压力计算方法在选择掘进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。2.1地层土压在我国铁路隧道设计规范中，根据大量的施工经验，在太沙基土压力理论的基础上，提出以

3、岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法，根据隧道的埋资深度不同，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。2.1.1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。（成拱作用使隧道在多裂隙围岩（包括一般土层）中埋置较深时，作用在支护结构上的围岩压力远远小于其上覆层自重所造成的压力。）2018-01-06深、浅埋隧道的划分深埋隧道围岩松动压力值是根据施工坍方平均高度（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2～2.5倍的施工坍方平均高度，即Hp=（

4、2～2.5）hq式中：Hp--深、浅埋隧道分界的深度hq--施工坍方平均高度，hq=0.45×2S-1ωS—围岩类别，如Ⅲ类围岩，则S=3ω—宽度影响系数，且ω=1+i（B-5）；B—隧道净宽度，单位以m计；i—以B=5m为基准，当B<5m时，取i=0.2，当B>5m，取i=0.1；2018-01-06深埋隧道地层压力计算方法对于深埋隧道，一般根据隧道围岩分类和隧道结构参数，按照《铁路隧道设计规范》的计算公式计算围岩竖直分布松动压力和水平松动压力。地层的水平侧向力为：σ水平侧向力=k×γ×hh=0.45×2S-1ω式中，S—围岩级别，如Ⅲ级围岩，则S

5、=3；h—围岩压力计算高度；γ—围岩重度；ω—宽度影响系数，且ω=1+i（B-5）；B—隧道净宽度，单位以m计；i—以B=5m为基准，当B<5m时，取i=0.2，当B>5m，取i=0.1；k—根据围岩级别确定的水平侧压力系数，具体见表1：围岩级别水平侧压力系数Ⅰ～Ⅱ0Ⅲ＜0.15Ⅳ0.15～0.3Ⅴ0.3～0.5Ⅵ0.5～1.02018-01-06浅埋隧道地层压力计算方法2.1.3浅埋隧道地层压力1、静止土压力静止土压力为处于静止的弹性平衡状态下的原状天然土体的土压力，也就是没有受到盾构施工扰动时的土压力。在深度ｚ处，在竖直面的主应力，即静止土压力为

6、σｚ＝ｋ０γｚ式中：ｋ０——土的静止侧压力系数;γ——土的容重，ｋＮ／ｍ３；ｚ——计算点深度，ｍ。静止侧压力系数ｋ０的数值可通过室内的或原位的静止侧压力试验测定。k。=υ/1-υυ为岩体的泊松比。ｋ０也可按经验确定：砂ｋ０＝0.34～0.45；硬粘土、压密砂性土ｋ０＝0.5～0.7；极软粘土、松散砂性土ｋ０＝0.5～0.7。2018-01-06浅埋隧道地层压力计算方法2、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

7、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2所示。图2主动极限平衡状态下的土体位移趋势2018-01-06浅埋隧道地层压力计算方法主动土压力与被动土压力盾构推进时，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

8、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3所示。图3被动极限平衡状态下的