盾构隧道开挖面水土压力计算书

土压盾构项目用水量计算摘要：一、引言二、土压盾构项目概述三、水量计算方法四、水量计算实例五、结论正文：一、引言随着我国城市建设的快速发展，土压盾构技术在城市地下空间开发中发挥着越来越重要的作用。

在土压盾构施工过程中，合理控制水量对于保证工程质量、降低成本具有重要意义。

本文将对土压盾构项目用水量计算方法进行探讨。

二、土压盾构项目概述土压盾构是一种在地下进行隧道开挖的施工方法，主要通过土压力来平衡开挖面土压力与盾构壳体承受力之间的差值。

在土压盾构施工过程中，需要对水量进行严格控制，以保证盾构掘进的稳定性和施工安全。

三、水量计算方法在土压盾构项目中，水量计算主要包括两个方面：一是盾构掘进过程中的水量，二是盾构掘进后土体改良所需的水量。

计算方法如下：1.盾构掘进过程中的水量盾构掘进过程中的水量主要取决于盾构机掘进的土体含水量、盾构机掘进速度和土压盾构的土压力。

具体计算公式如下：水量= 土体含水量× 盾构机掘进速度× 土压力2.盾构掘进后土体改良所需的水量盾构掘进后，为了保证隧道的稳定性和施工安全，需要对隧道周围的土体进行改良。

改良所需的水量主要取决于隧道周围的土体含水量、改良方式和改良范围。

具体计算公式如下：水量= 隧道周围土体含水量× 改良范围× 改良方式四、水量计算实例假设某土压盾构项目，盾构机掘进速度为3m/min，土压力为1.5MPa，隧道周围土体含水量为20%，改良范围为100m，改良方式为喷射改良，则可按照以下步骤进行水量计算：1.计算盾构掘进过程中的水量水量= 20% × 3m/min × 1.5MPa = 0.09m/min2.计算盾构掘进后土体改良所需的水量水量= 20% × 100m × 0.1m/m = 20m五、结论水量计算在土压盾构项目中具有重要意义。

通过合理的水量控制，可以保证盾构掘进的稳定性和施工安全，降低工程成本。

目录1、纵坡 (2)2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 (2)2.1深埋隧道土压计算 (3)2.2浅埋隧道的土压计算 (4)2.2.1主动土压力与被动土压力 (4)2.2.2主动土压力与被动土压力计算： (4)2.3地下水压力计算 (5)2.4案例题 (6)2.4.1施工实例1 (6)2.4.2施工实例2 (8)3、盾构推力计算 (10)4、盾构的扭矩计算 (10)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×0.41×1.79Sωq—水平侧向力系数见表1i=0.2，当B>5m，取i=0.1；S —围岩级别，如Ⅲ级围岩，则S=32.2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。

5.1盾构推进力⑴、盾构推力盾构机推进必须确保盾构足够的推力来维持和平衡土压平衡压力T1、开挖阻力T2、盾壳与围岩摩擦阻力T3、后配配套牵引力等等。

通常，上述值比盾构推力要低，盾构推进油缸的配置受管片形式的影响，盾构机一般必须保证盾构圆周压力均等（有时盾构底部压力稍高），避免盾构油缸尾部衬垫作用在管片接缝处，为保证这些，一般盾构机都安装了超出正常配置的额外推进油缸，然后降低盾构系统工作压力，该压力在正常推进时采用，只有在艰难地层时才采用额外推力。

①计算原理盾构千斤顶应有足够的推力克服盾构推进时所遇到的阻力，这些阻力主要有：a、盾构四周与地层间的摩擦阻力或粘结力F1；b、盾构刀具切入土层产生在切削刀盘上的推进阻力F2；c、开挖面正面作用在切削刀盘上的推进阻力F3d、盾尾处盾尾板与衬砌间的摩擦阻力F4；e、盾构后面台车的牵引力F5；以上各种推进阻力的总和用下式表示，在使用时，须考虑各种盾构机械的具体情况，并留出一定的富裕量，即为盾构千斤顶的总推力。

地层所需推力F b=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力其中：F水土压力—刀盘表面水土压力F摩擦力1—盾构克服上部土体摩擦力所需推力F摩擦力2—盾构克服与围岩间摩擦力所需推力F切入力—开挖所需推力（刀具）切入力F牵引力—后配套牵引推力R—盾构半径（m）D—隧道深度（m）L—盾构长度（m）F r—盾构与土层间摩擦系数（0.25）W o—土体比重（20kN/m3）W t—盾构重量（t）W b—后配套重量（t）F rb—后配套与管片间摩擦系数A t—单把刀具表面积C o—土体粘滞系数S r—土体内摩擦角1）、作用在盾构上的平均土压力地层所需推力F b=∑F=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力=941t+706t+100t+161.3=1908.3tF水土压=(R2×∏)×最大土压平衡压力=（3.172×∏）×3kN/m3=9233 kN=941tF水土压=D×W o×L×(2×∏×R÷4)×F r=20×20 kN/m3×7.5×(2×∏×3.7m÷4)×0.25=6933 kN=706tF摩擦力2=W t×F r=220t×0.25=80tF牵引力=W b×F rb=100×0.2=20tF切入力=刀具数量×A t×(D×W o×tan2(450+S r/2)+2×C o×tan(450+S r/2))=73×0.0094㎡×(30×20 kN/m3×tan2(62.50)+2×30 kN/m3×tan(62.50))=1596.81 kN=161.3tF b=∑F=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力=941t+706t+80t+20t+161.3t=1908.3t实际配备装机推力系统最大压力350bar时：3892t设计准则：最大突破压力大于2.0×所需推力最大操作推力大于1.5×所需推力⑵、刀盘扭矩切削刀盘装备扭矩要考虑围岩条件、盾构要型式、盾构机构造和盾构机直径等因素来确定，总扭矩N b=N1+N2+N3+N4式中：N1—开挖阻力矩；N2—切削刀盘正面，外围面及后面围岩间的摩擦阻力矩；N3—机械及驱动阻力矩；N4—开挖土砂搅拌混合阻力矩；根据实例可知刀盘装备转矩与盾构机直径大小有很大关系，一般可按下式计算：N b=D3×2.0式中：D——盾构直径（m）土压平衡连续开挖所需最大扭矩：N b=D3×2.0=6.34 3×2.0=509.9tm(约5500kN-m)实际配备装机扭矩：N=593.1tm一般在盾构推进中，盾构机的设计推进都比实际推进要大得多，盾构的实际推进与地表土质、地面载荷、周围环境而密切的关系，当地面周围的环境比较空旷，对地面的沉降要求不高（不在+10～-30）时，在盾构机械性能（最大推进力和最大扭矩范围内）允许的前提下，可适当的提高盾构的推进力，加大施工进度。

软土地区地铁盾构隧道课程设计说明书（共00页）姓名杨均学号 070849导师丁文琪土木工程学院地下建筑与工程系2010年7月1． 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图ϕ=7.2ϕ=8.92q=20kN/m图1-1 结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：mm 43800 50*849+1350h ==灰。

按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。

1.2 隧道外围荷载标准值计算 （1） 自重2/75.835.025m kN g h =⨯==δγ（2）竖向土压若按一般公式：21/95.44688.485.37.80.11.90.185.018q m KN h ni i i =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑=γ 由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m ，属深埋隧道。

应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a 太沙基公式：)tan ()tan (0010]1[tan )/(p ϕϕϕγB hB he q e B c B --⋅+--= 其中：m R B c 83.6)4/7.75.22tan(/1.3)4/5.22tan(/0000=+=+=ϕ（加权平均值0007.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕ） 则：2)9.8tan 83.68.48()9.8tan 83.68.48(11/02.18920]1[9.8tan )83.6/2.128(83.6p m KN e e =⋅+--=-- b 普氏公式：2012/73.2699.8tan 92.7832tan 32p mKN B =⨯⨯==ϕγ 取竖向土压为太沙基公式计算值，即：21/02.189p m KN e =。

（3） 拱背土压mkN R c /72.286.7925.2)41(2)41(2G 22=⨯⨯-⨯=⋅-=πγπ。

其中：3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ。

泥水仓压力设计值计算广深港客运专线ZH-4标深港隧道深（深圳段）设计为双洞单线隧道。

左线始发里程DK114+017, 在里程DK114+017～+098盾构掘进全断面为花岗岩弱风化层，岩体受附近地质构造影响，裂隙较发育，碎裂岩化，完整性及稳定性差，透水性好，施工中易发生岩体坍塌，透水等现象，应加强施工防护，围岩级别为Ⅳ级；DK114+098～+201盾构掘进全断面为花岗岩弱风化层，节理裂隙较发育，岩体呈块状，岩体较完整，渗透系数K=0.2～0.8m/d,弱透水，极弱富水，围岩级别Ⅲ级。

隧道上覆土地层透水性大部分为中、弱透水层，非通透性地层，孔隙水压力与静水压相差较大，孔隙水压力等于地下水折减系数 乘以静水压力,该系数依据当地水文地质情况及工程施工经验确定。

依据盾构隧道泥水压力设计推荐公式：泥水压力=地下水压+土压+预压（bar），地下水压即掘削面地层中的孔隙水压力，围岩土压力采用我国《铁路隧道设计规范》推荐的统计法计算，预压是考虑地下水压和土压的设定误差及送排泥浆设备中的泥水压变动等因素，依据经验确定的压力，通常取0.2～0.3bar。

泥水设计压力值： σ设q α=竖＋w w h βγ＋σ预其中各分项计算式依下：盾构开挖面土压 q σα=土竖 系数α依据开挖隧道围岩分级取值。

见下表围岩水平均布作用压力a q h γ=竖，结构上作用竖向土压力。

γ-围岩重度，取加权平均值，花岗岩为25.73KN M0.411.79S a h =⨯，单线隧道计算围岩高度。

s =围岩级别隧道中心水压：w w h σβγ=水β-地下水影响折减系数，依据工程地质实况实测，地层孔隙水压力与等高水柱静水压比值。

结合工程实际做调整。

w γ3KN M =10w h -水位差预压 =0.200.30bar σ预～例如：盾构掘进里程DK114+017，盾构刀盘中心埋深为42.07m,水位差39.56m,盾构穿越及围岩为花岗岩弱风化地带，透水性差，Ⅳ级围岩。

φ6340mm隧道掘进机型号TM634 PMX设计计算书株式会社小松制作所地下建机事业本部小松(中国)投资有限公司2010年4月目录页数1、计算条件 (3)1.1工程条件 (3)1.2地质条件 (3)1.3计算模型 (4)1.4盾构机规格 (5)2、盾构机刀盘所需扭矩计算 (5)2.1 计算条件 (5)2.2 各参数的计算 (6)2.3 所需扭矩计算 (7)3、盾构机掘进时所需推力计算 (8)3.1 计算条件 (8)3.2 各参数的计算 (9)3.3 推力计算 (10)4、盾构机壳体强度计算 (11)4.1 计算条件 (11)4.2 各参数的计算 (11)4.3 土荷载计算 (12)4.4 盾构机壳体水平方向变位量的计算 (13)4.5 载荷的计算 (13)4.6 弯曲扭矩[M]及轴力[N]的计算结果 (14)4.7 盾构机壳体应力σ的计算结果 (15)5、切削刀具寿命的计算 (19)5.1 地质概况 (19)5.2 地质计算模型化 (19)5.3 主切削刀计算 (19)5.3.1 磨损高度与运转距离的关系 (19)5.3.2主切削刀、刮刀的磨损系数 (20)5.3.3刀具磨损计算公式 (21)5.3.4刀具磨损计算结果 (22)6、三排园柱滚子轴承计算 (23)6.1 盾构机规格 (23)6.2 载荷计算 (24)6.2.1土载荷的计算 (24)6.2.2 作用与三排园柱滚柱轴承上的载荷的计算 (24)6.3、三排园柱滚柱轴承寿命计算： (25)6.3.1三排园柱滚柱轴承规格 (25)6.3.2 三排园柱滚柱轴承寿命计算 (25)1、计算条件：1.1、工程条件：(1) 隧道长度 m(2) 隧道最小转弯半径 250m(3) 盾构机开挖直径φ6340m m(4) 管片外径φ6200m m(5)管片内径φ5500m m(6)管片宽度 1200mm(7)管片厚度 350mm(8)分块数 5+1块(9)管片重量 4.5t / 块(10)隧道坡度‰1.2、地质条件：(1)土质淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、砂质粉土、粉砂、中粗砂(2)隧道覆土厚度 5～30 m(3)地下水位GL- 0.5 m(4)间隙水压 MPa(5)透水系数 cm/sec(6)标准贯入值（N值）(7)内摩擦角 deg(8)粘着力 kN/cm2(9)含水率（W%）(10)地面负荷 6 tf/m2(11)地层反力系数 kN/m21.3、计算模型说明：由于整个计算全部采用在埋深30m ，承受最大水压力，因此计算偏与安全。

成都地铁10号线土建三标华兴站～区间风井盾构区间隧道开挖面水土压力计算书一、工程概况成都地铁10号线土建三标华兴站～区间风井盾构区间，左线里程ZDK4+363.446～ZDK5+554.255，全长1188.249m，ZDK4+997.440=ZDK5+000.000，短链 2.56m，左线设两个平曲线，半径分别为700m、690m；右线里程YDK4+293.046～YDK5+538.242，全长1245.196m，右线设两个平曲线，半径分别为700m、650m。

本区间设两个联络通道，1号联络通道兼泵房里程为ZDK4+701.805（YDK4+694.929），2号联络通道里程为ZDK5+189.928（YDK5+180.029）。

根据《岩土工程勘察报告》可知，本盾构区间主要地层自上而下依次为杂填土、粉质粘土、卵石土（夹粉细砂）、泥岩，盾构隧道穿越地层主要为卵石土（夹粉细砂），在YDK4+598.1～YDK4+743.8（长度145.7m）段，隧道中下部为强风化泥岩，强风化泥岩侵入隧道断面最大值约4m。

隧道底部埋深平均值为20m，其中粉质粘土（含杂填土）厚度为4m，卵石土厚度为16m。

粉质粘土容重为1.92t/m3,侧压力系数为0.46；卵石土容重为2.2t/m3,侧压力系数为0.36。

静止水位在地面以下5m处。

本区间采用盾构法施工，盾构机刀盘开挖面直径为6.28m。

二、水土压力计算因为同等条件下静止土压力大于主动土压力，所以按静止土压力计算更为安全。

首先把4m厚的粉质粘土（含杂填土）按匀布荷载考虑，均匀作用在卵石土层上，把4m厚的粉质粘土（含杂填土）换算成当量的卵石土厚度，然后与其下部的卵石土厚度16m相加来计算卵石土的土压力。

4m厚的粉质粘土（含杂填土）换算成当量的卵石土厚度为：h换石===3.49m式中h换石—粉质粘土（含杂填土）换算成当量的卵石土厚度（m）h土—粉质粘土（含杂填土）厚度（m），h土=4mγ土—粉质粘土容重，γ土=1.92t/m3γ石—卵石土容重，γ石=2.2t/m31、隧道开挖面上部水土压力（1）土压力б石=k石（h换石+h石）γ石=0.36×［3.49m+（16m-6.28m）］×2.2t/m3=10.46232t/m2=104.6232KN/m2=104.6232KPa=0.105MPa=1.05bar式中б石—土压力（bar）k石—卵石土侧压力系数，k石=0.36h石—卵石土顶面至隧道开挖面上部的卵石土厚度（m），h石=16m-盾构机刀盘开挖面直径6.28m(2)水压力б水=h水γ水=（20m-5m-6.28m）×1t/m3=8.72t/m2=87.2KN/m2=87.2 KPa=0.0872MPa=0.87bar式中б水—水压力（bar）h水—静止水位至隧道开挖面上部的含水层厚度（m）γ水—水的容重，γ水=1t/m3所以隧道开挖面上部水土压力б水土=б石+б水=1.05bar+0.87bar=1.92bar2、隧道开挖面中部水土压力（1）土压力б石=k石（h换石+h石）γ石=0.36×［3.49m+（16m-3.14m）］×2.2t/m3=12.9492t/m2=129.492KN/m2=129.492KPa=0.129MPa=1.29bar式中б石—土压力（bar）k石—卵石土侧压力系数，k石=0.36h石—卵石土顶面至隧道开挖面中部的卵石土厚度（m）(2)水压力б水=h水γ水=（20m-5m-3.14m）×1t/m3=11.86t/m2=118.6KN/m2=118.6 KPa=0.1186MPa=1.19bar式中б水—水压力（bar）h水—静止水位至隧道开挖面中部的含水层厚度（m）γ水—水的容重，γ水=1t/m3所以隧道开挖面中部水土压力б水土=б石+б水=1.29bar+1.19bar=2.48bar3、隧道开挖面下部水土压力（1）土压力б石=k石（h换石+h石）γ石=0.36×（3.49m+16m）×2.2t/m3=15.43608t/m2=154.3608KN/m2=154.3608KPa=0.154MPa=1.54bar式中б石—土压力（bar）k石—卵石土侧压力系数，k石=0.36h石—卵石土顶面至隧道开挖面下部的卵石土厚度（m）(2)水压力б水=h水γ水=（20m-5m）×1t/m3=15t/m2=150KN/m2=150KPa=0.15MPa=1.5bar 式中б水—水压力（bar）h水—静止水位至隧道开挖面下部的含水层厚度（m）γ水—水的容重，γ水=1t/m3所以隧道开挖面下部水土压力б水土=б石+б水=1.54bar+1.50bar=3.04bar二〇一五年五月十七日。

土压力计算书（一）1、计算工况说明DK02+001.4处埋深最高，此时隧道中线距地面101.9m，静水高度77.5m，位于中风化二长花岗岩地层，土体自稳性高。

2、计算（1）参数取值：重度：γ=24.6kN/m3隧道宽度：B t=9.13m隧道开挖高度：H t=9.13m摩擦角：φ=30o粘聚力（内聚力）：c=0.5MPa围岩等级：S=IV级（2）依《公路隧道设计细则》（JTGT D70-2010），按深埋隧道考虑。

①普氏围岩坚固系数（似摩擦系数）f kp=tanφ=0.577 MPa②破裂面在水平面的投影宽度（假定H0=0）B p=H t×tan(45o-φ/2)=5.3 m③隧道平拱跨度B m=2B p+B t=19.73m④荷载等效高度h q=0.5B m/ f kp =17.1m⑤垂直均布压力q=γh q=420.6 kPa⑥水平压力e=λ(q+γH t)=tan2(45o-φ/2) (q+γH t)=214.8kPa⑦渗透系数K=0.3m/d=3.5×10-4cm/s，属中等透水体，查《水利水电工程地质勘查规范》（GB 50487-2008），取外水压力折减系数β=0.41，水压P=βγw H w=0.41×10×77.5=317.8kPa（3）依《铁路隧道设计细则》（TB 10003-2005），按深埋隧道考虑。

①围岩压力计算高度h=0.45×2S-1×[1+0.1×(B t-5)]=5.1m②垂直均布压力q=γh=125.1 kPa③水平压力e=λq=0.5q=62.6kPa （λ取大值）④水压计算见上。

土压力计算书（二）1、计算工况说明隧底位于软土地层段中在DK03+771处埋深最高，此时隧道中线距地面78.3m，静水高度56.2m。

其中填土层深3m，强风化泥质砂岩深50m，中风化泥质砂岩深25.3m2、计算（1）参数取值：重度：γ=23kN/m3隧道宽度：B t=9.13m隧道开挖高度：H t=9.13m摩擦角：φ=30o粘聚力：c=0.3MPa围岩等级：S=V级（2）依《公路隧道设计细则》（JTGT D70-2010），按深埋隧道考虑。

盾构施工中相关计算土仓压力的计算出土量的计算每环注浆量的计算注浆速度的计算对土压平衡式盾构而言，一个重要的因素就是要使密封仓内的土压力和开挖面的水土压力保持动态平衡。

如果密封仓内的土压力大于开挖面的水土压力，地表将发生隆起;反之，如果密封仓内的土压力小于开挖面的水土压力，地表将发生沉陷，通过最近的学习和资料的收集，对现有的地仓压力计算作一下结合。

已便结合以后施工提供数据，将理论与实践结合，得到适合西安地区的土仓压力计算模型。

1.土仓压力设定的原则在盾构施工过程中，掘进时土压力设定的通用原则: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;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;为了降低掘进扭矩、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。

总体而言，土仓压力控制如下图所示：土压平衡盾构正面推进力可表示为：()i z w N P P P =-+式中： i P — 密封舱土压力，kPa;z P — 开挖面侧向静止土压力，kPa;w P — 开挖面水压力，kPao为使开挖面保持稳定，理论上应尽量满足0N =。

2.土仓压力计算通常在设定土仓压力时主要考虑地层土压力、地下水压以及预先考虑的预备压力。

地层土压力的计算：地层土压力的计算是最为复杂，采用不同的计算模型就会有不同的结果，根据高等土力学中的知识，可以选择以下三种计算方法：静止土压力在静止的弹性平衡状态下天然土体的土压力，在深度z 处，其竖直面的应力，即静止土压力为：0z k z σγ=式中： γ— 土的有效重度，3/kN m ；z — 埋深，m ；0k — 土的静止侧压力系数静止侧压力系数0k 的数值可通过室内的或原位的静止侧压力试验测定，在施工岩土勘察报告中均会给出。

0k 也可按经验确定:砂0.34-0.45;硬粘土、压密砂性土0.5-0.7;极软粘土、松散砂性土0.5--0.7。

土压力计算方法二公式说明一、 计算公式根据土压平衡盾构的工作原理，土仓压力需要与开挖面的正面水土压力平衡以维持开挖面土体的稳定，减少对土层的扰动。

基于力学原理，正面水土压力的理论值为：H q H K P P P w w w c γγ++=+=)('0 （式1）式中c P 为土压力，w P 为水压力。

)('q H K P w c +=γ （式2）式中w K 为静止土压力系数，一般通过试验确定，无试验资料时，可按参考值选取；砂土取0.35～0.45；粘性土取0.5～0.7，也可利用半经验公式'sin 1ϕ-=w K 计算，式中，'ϕ为土体的有效内摩擦角。

'γ为土的有效重度，单位3/m KNH 为计算点土层厚度。

q 为连续均布荷载。

H P w w γ= （式3）式中w γ为水的重度，H 为计算点土层厚度。

二、 星会区间湖底掘进计算模型考虑2.1. 计算模型盾构机掘进穿越金鸡湖底施工，从地质纵断面图看盾构机主要通过④2粉砂层及⑤粉质粘土层，开挖面的正面水土压力考虑分为三部分，一为金鸡湖水；二为①1淤泥层，三为其他土层（包括①2素填土、③1粘土、③2粉质粘土、④1粉土、④2粉砂、⑤粉质粘土）。

2.2. 竖向分层计算原则静止土压力分层计算模式为：第一层按照均质土方法计算，计算第二层土土压力时，将第一层土换算成与第二层的性质指标相同的当量土层厚度'1h ，即211'1γγh h =，然后按换算后第二层土的厚度计算第二层范围的土压力，依此类推。

在本计算实例中，第一层金鸡湖水视为连续均布荷载）（Pa *10*3^101h q =；式中1h 为水深。

第二层为①1淤泥层，该层厚度为2h ，根据地质勘察报告，该层湿密度为3/38.1cm g =ρ，则重度为342/1038.1m KN ⨯=γ。

第三层为其他土层，该层厚度为3h ，计算该层范围土压时土层厚度32'393.138.1h h h +⨯=，根据地质勘察报告，该层平均湿密度为3/93.1cm g =ρ，则重度为343/1093.1m KN ⨯=γ。

城市地铁盾构施工土压力选择随着北京2008年申奥成功，我国的城市地铁施工必将走向了一个崭新的一页。

城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，已经被越来越多的人们所认可。

在城市地铁盾构施工中，如何设置合理的土压，对于控制地表沉降有着至关重要的意义。

一、土压平衡复合式盾构机三种工况的简要介绍土压平衡复合式盾构有三种工况，即敞开式、半敞开式、土压平衡三种掘进模式。

地层围岩条件较好时，螺旋输送机伸入土仓，螺旋输送机的卸料口完全打开，土仓内不保持土压，维持刀盘、土仓、螺旋输送机之间的完全敞开，实现敞开式模式掘进。

当围岩稳定性变坏，工作面有坍塌时或有坍塌的可能，或地下涌水不能得到有效控制时，缩回螺旋输送机，关闭螺旋输送机的卸料口，压入压缩空气，土仓会被压力封闭，控制地下水的涌出，防止坍塌的进一步发生，即可实现半敞开式掘进模式；若水压力大或工作面不能达到稳定状态，则先停止螺旋输送机的出碴，切削下来的碴土充满土仓。

与此同时，用螺旋输送机排土机构，进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡来维持仓内碴土的土压力。

以土仓内的碴土压力抗衡工作面的土体压力和水压力，以保持工作面的土体的稳定，防止工作面的坍塌和地下水的涌出，从而使盾构机在不松动的围岩中掘进，确保不产生地层损失，实现土压平衡掘进模式。

二、掘进土压力的设定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地层施工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。

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。

3.2盾构隧道计算分析报告3.2.1 设计信息1. 软件说明计算采用的软件是:“同济曙光－盾构隧道计算分析分析软件”,由上海同岩土木工程科技有限公司研制。

2. 隧道信息(1) 断面信息说明：角度按逆时针旋转，0°表示水平直径右端点处。

以下除特别说明外均相同，不再赘述。

图5 断面示意图隧道断面基本几何参数:管片总数：6片衬砌外直径D1：6.200m衬砌内直径D2：5.500m螺栓总数：10相邻螺栓（组）间夹角：36.000°顶部管片右侧与y轴的夹角θs：8.000°(2)具体几何参数:表4 纵向螺栓几何参数表5 管片几何参数:隧道位置:地表至隧道顶部的距离H(m): 8.55地下水面至隧道顶部的距离Hw(m): 8.05图6 断面示意图3.土层参数表6 土层参数表表7 管片材料参数表表8 管片间环向接头参数单位表9 纵向连接螺栓单位--5. 荷载信息设计工况数目: 1工况1自重+ 水土压力+ 地基抗力--反力,共4种荷载。

图7 荷载图荷载组合系数:永久荷载：1.20可变荷载：1.40偶然荷载：1.006. 水土压力表10 计算参数表7.计算参数表:地基抗力系数：20.000 MN/m^3是否考虑衬砌自重引起的地基抗力：否8.控制参数计算模型：修正惯用法(公式)修正惯用法常数:Eta(η) = 0.70修正惯用法常数:Xi(ξ) = 0.30网格大小：0.209. 管片验算参数表11 管片及连接缝验算参数表12 千斤顶推力验算参数3.2.2 分析结果1. 水土压力:图8地层反力示意图表13 水土压力计算结果2.地层反力地层反力计算结果:水平直径点处水平方向变位δ：0.000 mm水平直径点处水平方向抗力P：6.206 kN/m^23.抗浮验算计算结果浮力：295.869kN抗浮力：806.500kN满足设计要求4.内力位移计算结果说明：(1)弯矩、接头张开角均以内侧张开为正，反之则为负；(2)内力值为管片实际宽度的内力值，而非单位延米。

1盾构机规格书1.1适用范围该规格书适用于本盾构机。

1.2盾构机技术规格及主要参数表1.3盾构详细技术规格1.3.1简介(1) 本技术规格书中包括有关土压平衡式盾构机的技术细节。

(2) 土压平衡式盾构机用于挖掘隧道，适合粘土、泥岩、卵砾石、砂土等多种地质。

(3) 刀盘的土仓内充满流塑状泥土，以保持开挖面的稳定。

(4) 根据掘进时不同地质条件变化,需向土仓或螺旋输送机注入添加剂，保证渣土的流塑性。

(5) 控制原理在于挖掘量和排出量保持合理的动态平衡。

本盾构机通过控制闸门的开口度和螺旋输送机转速来实现。

1.3.2标准：(1) 日本工业规格(JIS)(2) 隧道标准基准书(盾构运转方法)和解释(日本土木工程学会)(3) 劳动安全卫生规则(4) 日本电机工业会标准规格(JEM)(5) 日本电气学会电气规格调查会标准规格(JEC)(6) 电机设备技术标准(7) 日立造船公司标准1.3.3条件1）地质条件2)施工条件3) 管片规格1.3.4机械、动力及辅助设备规格机械类型：土压平衡式1.3.4.1盾构机1.3.4.2推进装置1.3.4.3铰接装置1.3.4.4刀盘装置1.3.4.5仿型刀装置1.3.4.6螺旋输送机1.3.4.7闸门1.3.4.8管片拼装机1.3.4.9同步注浆装置1.3.4.10动力装置1.3.4.10.1液压泵1.3.4.10.2电机1.3.4.10.3油箱容量1.3.4.11液压油缸1.3.4.12液压马达1.3.4.13刀盘驱动电机及减速器1.3.4.14后续台车1.3.4.15刀具种类1.3.4.16带球阀的加泥、加泡沫注入管1.3.4.17集中润滑装置1.3.4.18盾尾刷自动油脂注入装置1.3.4.19壁后注浆管1.3.4.20旋转接头1.3.4.21流量计1.3.4.22人孔1.3.4.23管片运输装置1.3.4.24皮带输送机1.3.4.25导向系统（ROBOTEC测量系统）轴线、盾构机姿态及管片拼环位置，如盾构机位置、方位偏差等重要的掘进数据将在工控机上显示。

目录1、纵坡................................................. 2..2 、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 (3)2.1 深埋隧道土压计算................................... 4.2.2 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： (5)2.3 地下水压力计算..................................... 6..2.4 案例题............................................. 8..2.4.1 施工实例1 ................................................................ 8.2.4.2 施工实例2 ............................................................ 1. 13 、盾构推力计算 (12)4 、盾构的扭矩计算 (13)1、纵坡隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以水平距离n eooxco LOO.IIDOO5CO.CG2 3如图所示：隧道纵坡二（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：0初步设定=0水平侧向力+ c水压力+彷调整式中，0初步设定一初步确定的盾构土仓土压力；0水平侧向力—水平侧向力；0水压力—地层水压力；0调整修正施工土压力。

城市地铁盾构施工土压力选择随着北京2008年申奥成功，我国的城市地铁施工必将走向了一个崭新的一页。

城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，已经被越来越多的人们所认可。

在城市地铁盾构施工中，如何设置合理的土压，对于控制地表沉降有着至关重要的意义。

一、土压平衡复合式盾构机三种工况的简要介绍土压平衡复合式盾构有三种工况，即敞开式、半敞开式、土压平衡三种掘进模式。

地层围岩条件较好时，螺旋输送机伸入土仓，螺旋输送机的卸料口完全打开，土仓内不保持土压，维持刀盘、土仓、螺旋输送机之间的完全敞开，实现敞开式模式掘进。

当围岩稳定性变坏，工作面有坍塌时或有坍塌的可能，或地下涌水不能得到有效控制时，缩回螺旋输送机，关闭螺旋输送机的卸料口，压入压缩空气，土仓会被压力封闭，控制地下水的涌出，防止坍塌的进一步发生，即可实现半敞开式掘进模式；若水压力大或工作面不能达到稳定状态，则先停止螺旋输送机的出碴，切削下来的碴土充满土仓。

与此同时，用螺旋输送机排土机构，进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡来维持仓内碴土的土压力。

以土仓内的碴土压力抗衡工作面的土体压力和水压力，以保持工作面的土体的稳定，防止工作面的坍塌和地下水的涌出，从而使盾构机在不松动的围岩中掘进，确保不产生地层损失，实现土压平衡掘进模式。

二、掘进土压力的设定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地层施工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。

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。