盾构过程中土压力的计算与控制

压力舱内土体状态控制方法一、工程概况本标段区间隧道全部采用土压平衡式盾构掘进，土压平衡是利用盾构机切削的泥土充满密封仓并保持适当的土压力来平衡开挖面的土体，从而达到对盾构正前方开挖面进行支护的目的。

平衡压力的设定是土压平衡盾构施工的关键，维持和调整设定的压力值又是盾构推进操作中的重要环节，其中包括推力、推进速度和出土量三者的相互关系，对盾构施工轴线和地层变形量的控制起主导作用。

因此，盾构推进过程中，要根据不同地质泥土厚度、地面建筑情况并结合地表隆陷监测结果及时调整设定土仓压力，推进速度要保持相对平稳，控制好每次的纠偏量，减少对土体的扰动，为管片拼装创造良好条件。

同步注浆量要根据推进速度、出碴量和地表监测数据及时调整，将施工轴线的地层变形控制在允许的范围内。

二、土压平衡工作原理土压平衡盾构的开挖土舱由刀盘、切口盘、隔板及添加剂注入系统组成。

将刀盘切削下来的碴土填满土舱室，在切削刀盘后面装有使土舱室内土砂强制混合的搅拌臂。

借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力通过碴土及刀盘作用于整个作业面，使作业面稳定，同时用螺旋输送机排土，螺旋输送机排土量与盾构推进量相适应，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量平衡，维持土舱内土压力稳定在预定范围内。

土舱内的土压力通过土压传感器进行测量，为保证预定的土压力可通过控制推进力、推进速度、螺旋输送机转速来控制，控制原理见土舱土压力控制示意图。

当土舱内的土压力V地表面矿地下水位w水压力P E土压力P E p B土舱压力p+p=pwEEPB图1土舱土压力与地层水土压力平衡大于地层土压力和水压力时，地表将会隆起；当土舱内的土压力小于地层土压力和水压力时，地表将会下沉；因此土舱内的土压力应与地层土压力和水压力平衡。

三、土舱内初始土压力值计算（理论值）3.1计算模型在饱和粘性土及粘性土层，盾构的荷载按全土柱进行计算。

盾构周围负荷分布状态见下图。

图2隧道负荷分布状态（周围）3.2 计算依据① 《土压系列盾构施工法》② 《上海市轨道交通杨浦线（M8线）一期工程土建III 标工程地质勘测报告》。

土压平衡盾构土舱压力控制技术土压平衡盾构土舱压力控制技术提要：近年来，随着大量盾构隧道工程的兴建，土压平衡式盾构机使用也越来越广泛。

本文结合工程实际，就土压平衡式盾构土舱压力控制技术有针对性地进行探讨。

关键词：土压平衡、土舱压力、土体状态1 前言在土压平衡式盾构的施工法中，为了确保开挖面的稳定，需要适当地维持压力舱压力，一般，如果压力舱压力不足，会引起前方地基沉降，发生开挖面的涌水或坍塌的危险就会增大。

如果压力过大，又会引起刀盘扭矩或推力的增大而发生推进速度的下降或喷涌等问题。

因此，设置合理的施工土舱压力，提高盾构隧道在施工过程中的稳定性，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。

2 土压平衡盾构的工作原理土压平衡盾构的开挖土舱由刀盘、切口盘、隔板及添加剂注入系统组成。

将刀盘切削下来的碴土填满土舱室，在切削刀盘后面装有使土舱室内土砂强制混合的搅拌臂。

借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力通过碴土及刀盘作用于整个作业面，使作业面稳定，同时用螺旋输送机排土，螺旋输送机排土量与盾构推进量相适应，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量平衡，维持土舱内土压力稳定在预定范围内。

土舱内的土压力通过土压传感器进行测量，为保证预定的土压力可通过控制推进力、推进速度、螺旋输送机转速来控制，控制原理见土舱土压力控制示意图1：P w+P E=P EPB图1 土舱土压力与地层水土压力平衡当土舱内的土压力大于地层土压力和水压力时，地表将会隆起；当土舱内的土压力小于地层土压力和水压力时，地表将会下沉；因此土舱内的土压力应与地层土压力和水压力平衡。

3 土舱压力引起地基沉降或隆起以上海地铁M8线延吉中路站～黄兴路站区间下行线施工中反映出的土舱压力和地表沉隆之间关系进行说明：盾构推进施工前，提前在盾构通过的轴线上方设置地面变形监测点，每隔5m一个，盾构施工前测定初始值。

推进39环时，覆土厚度11.8m，计算土舱压力0.22Mpa，实际设定为0.26Mpa，推进时，反映的土舱压力和地表沉隆之间关系如下图所示：由以上图分析可知，土舱压力设定值与计算值有较大差别,盾构前方地面隆起较大，说明土舱压力设定值偏大，而实际的土压力小于设定值。

盾构穿越复杂地质过程中的渣土改良及参数控制摘要：目前盾构法已在地铁施工中得到了广泛的应用，以深圳地区为例，地铁四期工程建设中90%以上的隧道采用了盾构法施工。

本文针对深圳某地铁区间穿越孤石、基岩突起、无基础民房土压平衡盾构掘进，采用泡沫、膨润土及克泥效等添加剂进行渣土改良，并根据多年在深圳地铁施工中的经验对参数进行合理控制，获得较为理想的效果，可为类似地层盾构隧道施工提供参考或借鉴。

关键词：盾构；孤石；上软下硬；民房1引言目前，我国不仅各一线城市正在修筑地铁，各二三线城市也均有地铁在建设或施工的规划。

在地铁施工中隧道施工是危险较大的施工功法，矿山法、新奥法在施工中不仅环境恶劣，而且施工速度慢，不满足城市快速发展的工期要求。

而盾构法不仅施工速度快，而且同时兼具安全性、经济性、环保性等特点。

本文针对深圳某地铁穿越孤石、基岩突起、无基础民房平衡盾构掘进，采用泡沫、膨润土及克泥效等添加剂进行渣土改良，获得较为理想的改良方案，并根据多年在深圳地铁施工中的经验对参数进行合理控制，可为类似地层盾构隧道施工提供参考或借鉴。

2工程概况深圳某地铁区间隧道总长约650米，区间最大坡度为28.34‰，隧道拱顶最小埋深为12.86m~20.18m，位于城中村下方，地表建筑物密集，主要为多层及低层房屋，局部残损破败严重，施工控制要求高。

据勘察报告可知，区间穿越地层主要为花岗岩地层，大部分为全风化和强风化花岗岩，局部为中风化和微风化花岗岩，地层中存在孤石及基岩隆起（如图1所示）。

区间详勘共钻孔49处，其中21处存在球状风化体，2处基岩隆起；孤石直径1-5m不等，基岩最大侵入隧道5.7m，长度32.1m。

微风化花岗岩饱和单轴抗压强度最大为114.2Mpa ，平均值为87.2Mpa。

根据其赋存介质的类型，区间地下水主要有二种类型：一是松散岩类孔隙水，主要赋存于第四系松散岩土层中；另一类为基岩裂隙水，主要赋存于块状强风化、中等风化带中，略具承压性。

土压平衡盾构土仓压力设定与控制土压平衡盾构是一种用于地下隧道开挖的先进施工技术。

在盾构机挖进土体的过程中，为了保证人员和设备的安全，需要通过设定和控制土仓压力来保持平衡。

本文将介绍土压平衡盾构土仓压力的设定与控制的方法。

一、土压平衡盾构土仓压力设定的目标土压平衡盾构土仓压力设定的目标是在盾构机挖进土体的过程中，保持土压平衡，即土压力与地下水压力之间的差值不超过一定范围。

这样可以有效控制土体的变形和沉降，保证隧道的稳定施工。

二、土压平衡盾构土仓压力设定的方法1. 理论计算法：根据盾构机的挖进速度、土体性质和地下水压力等参数，通过理论计算得出合理的土仓压力设定值。

这种方法相对简单，但需要精确的参数输入和土质性质的准确评估。

2. 经验法：根据历次相似工程经验，结合地质勘察结果，设定合适的土仓压力。

这种方法适用于类似地质条件下的盾构施工，但需要经验丰富的专业人员进行判断。

3. 反馈控制法：利用传感器测量土仓压力和地下水压力，通过实时反馈控制系统对土仓压力进行调整。

这种方法可以根据实际情况灵活调整土仓压力，但需要高精度的传感器和快速响应的控制系统。

三、土压平衡盾构土仓压力控制的方法1. 主动控制：根据土仓压力设定值，通过改变土仓内部的工作压力来控制土仓压力的变化。

这种方法可以实现对土仓内部的土体压力进行主动调节，但需要有稳定的供土系统和准确的土压力控制装置。

2. 被动控制：在土仓内设置排土管，通过调节排土管的开闭程度来控制土仓压力的变化。

这种方法相对简单，但需要准确把握土仓内外土体的平衡关系，以防止排土管过度开启引起土层失稳。

3. 水封控制：在土仓与盾尾之间设置水封装置，通过调节水封压力来控制土仓压力的变化。

这种方法可以实现对盾尾处土仓压力的有效控制，但需要稳定的供水系统和精确的水封装置。

四、土压平衡盾构土仓压力设定与控制的注意事项1. 土仓压力设定值应根据实际地质条件和施工需求进行合理确定，避免过大或过小造成隧道沉降或土体塌陷。

盾构土压力计算范文首先，盾构土压力的计算需考虑到多种因素，包括土体类型、土体密度、盾构施工的深度等。

在进行计算前，需要明确以下几个基本概念：1.盾构土压力：指盾构施工中土体对盾构壁面施加的压力。

2.盾构机推力：指盾构机在施工中向前推进所需的推力。

3.土重：指单位体积土体的重量，在计算中一般采用土体干容重来表示。

根据经验公式，可以计算出盾构土压力的近似值。

一般情况下，盾构土压力可以由以下公式计算得出：P=Kp*δ*H其中，P表示盾构土压力，Kp为压力系数，δ为土体干容重，H为盾构掘进深度。

在公式中，压力系数Kp的取值与土体类型有关。

一般来说，Kp的取值范围在0.6-1.0之间，具体数值需要根据实际情况进行确定。

土体干容重δ可以通过室内试验获得，或者通过经验值进行估算。

例如，当土体类型为黏土时，一般可以取δ=18.5kN/m3；当土体类型为砂土时，可以取δ=16.5kN/m3盾构掘进深度H即为盾构壁面与地面的垂直距离，为施工中一个重要的参数。

通过以上公式的计算，我们可以得到盾构土压力的近似值。

然而，在实际工程中，由于实际情况相对复杂，单纯依靠公式得出的结果可能存在一定的误差。

因此，在实际工程中，一般会进行更为精确的计算，考虑更多的因素。

这包括盾构机的推力、推进速度、土体的变形特性等等。

在计算中可能涉及到更复杂的力学理论，需要进行更为详细的工程力学分析。

总之，盾构土压力的计算对于盾构施工过程中的安全性和效率起着至关重要的作用。

通过明确计算公式、考虑各种因素并进行精确计算，可以更加准确地估计盾构土压力，为盾构工程的顺利进行提供重要参考。

盾构隧道施工中的土压力与结构响应分析盾构隧道是目前越来越广泛应用于城市地下交通和地下工程建设的一种先进的施工方法。

在盾构隧道的施工中，土压力和结构响应是必须要考虑的关键问题之一。

本文将对盾构隧道施工中的土压力与结构响应进行分析，以供工程师和施工人员参考。

一、土压力分析1. 土压力的形成和作用土压力是由于盾构机在推进过程中对土壤进行掘进而产生的。

掘进时，土壤会发生塑性变形并向盾构机的前端和两侧施加压力，形成土压力。

土压力的大小受到多种因素的影响，包括土壤的性质、盾构机的推进方式以及周围环境的约束等。

2. 土压力的计算方法盾构隧道施工中，土压力的计算主要采用传统的土力学理论和数值模拟方法。

传统的土力学理论包括库尔克曼公式、平衡条件等，可以用来计算平均土压力。

数值模拟方法则可以更精确地模拟盾构机的推进过程和土壤的变形情况，如有限元分析方法和离散元法等。

3. 土压力的影响因素土压力的大小受到多种因素的影响。

首先是土壤的性质，包括土壤的密实度、黏聚力、内摩擦角等。

其次是盾构机的推进方式和参数，包括推力、速度、导向力等。

此外，周围环境的约束也会对土压力产生影响，如地下水位的高低、岩石的强度等。

二、结构响应分析1. 结构响应的定义与分类结构响应是指盾构隧道在施工过程中受到土压力作用而产生的变形和位移。

结构响应可以分为水平位移、垂直位移和变形等几种形式。

水平位移是指隧道内壁在水平方向上的移动；垂直位移是指隧道内壁在垂直方向上的移动；变形是指隧道内壁在形状上的改变。

2. 结构响应的计算方法盾构隧道结构响应的计算方法主要有经验公式法、解析法和数值模拟法。

经验公式法是根据历史经验总结出来的计算公式，可以快速估算结构响应；解析法则是利用土力学和弹性力学理论进行解析计算，可以得到更精确的结果；数值模拟法包括有限元分析方法和边界元法等，通过建立复杂的有限元模型或边界元模型来模拟盾构隧道的结构响应。

3. 结构响应的控制与调整在盾构隧道的施工中，为了确保结构的安全和稳定，需要对结构响应进行控制和调整。

土压平衡盾构在现代城市建设中，隧道施工技术一直是一个备受关注的话题。

土压平衡盾构作为隧道施工中的重要技术手段，被广泛运用于地铁、隧道、水利工程等领域。

本文将介绍土压平衡盾构的工作原理、施工流程、应用领域以及发展趋势。

工作原理土压平衡盾构是一种通过对盾构机内部进行适当压力控制，使土体在掌握平衡条件下对盾构机的推进方向施加支护压力的施工方法。

其主要工作原理如下：1.土压平衡控制：通过盾构机内设的控制系统，对注入的压浆进行控制，使得盾构机内外的土压力保持平衡，避免挤压或塌陷的发生。

2.推力控制：由盾构机的主推进液压缸提供推力，推动盾构机朝着设计方向推进，同时根据隧道的地质条件，调整推进速度和力度，保证施工安全。

3.土体支护：在盾构机推进的同时，通过盾构机后部的支护系统提供对土体的支撑和加固，防止隧道倒塌。

施工流程土压平衡盾构施工流程一般包括以下几个步骤：1.现场勘察：对隧道工程的地质条件、地下管线等情况进行详细调查和勘察，了解地层情况，为后续施工提供数据支持。

2.盾构机铺设：将盾构机按照设计要求铺设在施工现场，进行机器调试和检验。

3.推进施工：启动盾构机，根据设计要求控制推进速度和土压平衡，逐步推进隧道施工。

4.土体处理：处理盾构机后部土体的排出和支护，防止土体坍塌，同时保护环境。

5.隧道验收：完成隧道的整体施工后，进行验收，确保施工质量和安全。

应用领域土压平衡盾构技术在地铁、铁路、公路、水利等领域均有广泛应用，其主要应用包括：•地铁隧道：土压平衡盾构在地铁隧道的施工中应用广泛，能够适应不同地质条件，提高施工效率和质量。

•水利工程：在水利隧道、排水管道等工程中，土压平衡盾构可以有效应对复杂的地下水文条件，保证施工安全。

•公路隧道：对于公路隧道的施工，土压平衡盾构可以减少交通影响，提高工程质量。

发展趋势随着城市化进程的不断加快，土压平衡盾构技术在隧道施工中将继续发挥重要作用，并呈现出以下几个发展趋势：•智能化：随着技术的不断发展，土压平衡盾构将趋向智能化，实现自动化控制和监测，提高施工效率和安全性。

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。

盾构土木知识培训1、土压盾构掘进过程中土仓压力的控制数据是根据盾构机的埋深，按照土力学（土压力＋水压）计算出，掘进过程中要求土压控制基本平稳，严禁出现忽高忽低的现象发生，盾构操作手根据土仓压力的变化情况调整螺旋机的出土速度，要求土压变化量控制在技术交底数值的上下范围0.1bar内，操作手在掘进过程中，尽量使掘进速度与螺旋机的出土速度保持一个平衡状态，当掘进即将完成需要停机进行管片拼装时，操作手需要根据管片拼装需要的时间长短，在停机前操作手应将土仓压力建立的压力适当提高，因盾构机操作面板反映出的土仓压力，往往包含有气压的成分，盾构机在停机期间，气体的扩散会造成土压的降低，如果停机前不对土压适当提高，当再次恢复掘进时，很可能土仓压力下降较大，出现土仓压力与掌子面水土压力不平衡现象，在软土地层或松散沙层地质条件下可能会出现土体的下沉，造成地表沉降。

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。

土舱内的土压通过传感器来进行测量，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的。

土仓压力大于水压力和土压力之和，则地面隆起。

土仓压力小于水压力和土压力之和，则地面下沉。

土压力的计算主要考虑地层土压、地下水压、预先考虑的预备压力。

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。

土仓理论压力计算：土仓压力P＝(γ土h＋σ外) ξ＋γ水h式中：γ土：土溶重γ水：水比重h：埋深σ外：外荷载ξ：土的静止侧压力系数,砂层0.34-0.45.粘土0.5-0.7由于施工存在许多不可预见的因素，致使施工土压力小于原状土体中的静止土压力。

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。

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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，即敞幵式、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，矣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磕，切削下来的磕土充满土仓。

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召査土的土压力。

以土仓内的磴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。