土压平衡盾构土仓压力设定与控制方法探讨

盾构过程中土压力的计算与控制土压平衡盾构机工作面土压力及计算在城市市区内进行地铁、上下水管道、电力、通信、输气、共同沟以及地下道路的隧道工程中，具有施工机械化程度高、对周围环境影响小、施工快速等优势的盾构施工技术近年来得到广泛应用。

盾构施工中，开挖面的稳定是通过压力舱的支护压力得以实现的，开挖面支护压力过大会造成地表隆起，而压力过小，容易导致地表沉陷甚至坍塌。

土压平衡盾构机工作面土压力及计算土压平衡式盾构机主要由盾体、刀盘、螺旋输送机、推进装置等构成。

施工过程中，推进液压缸驱动盾构机向前推进，刀盘切削下的泥土充满密封仓和螺旋输送机壳体内的全部空间，形成一定的土压来平衡开挖面土层的水土压力，以此来保持开挖面土层的稳定和防止地表变形，开挖下来的泥土通过螺旋输送机排出盾体。

一、土压力的控制和分类1.控制：土压平衡盾构利用开挖的泥土支撑挖掘面，通过调节盾构推进速度和螺旋机转速和出土量来控制土仓的土压。

使土仓中的土压力与地下水土压力相平衡，以防止开挖崩塌和将地表沉降限制在允许范围内。

2.分类：静止土压力、被动土压力、主动土压力。

（重点）2.1主动土压力：挡土结构物向离开土体的方向移动，致使侧压力逐渐减小至极限平衡状态时的土压力，它是侧压力的最小值。

2.2被动土压力：挡土结构物向土体推移，致使侧压力逐渐增大至被动极限平衡状态时的土压力，它是侧压力的最大值。

土压平衡盾构机工作面土压力及计算2.3 静止土压力：土体在天然状态时或挡土结构物不产生任何移动或转动时，土体作用于结构物的水平压应力二、土压力平衡主动土压力＜土仓压力＜被动土压力•盾尾注浆的分类：三、土压力的计算（重点）根据土力学原理，可以将盾构机的刀盘近似为挡土墙，然后根据挡土墙理论分析掘进工作面的压力分布特性。

如图l 所示，根据土力学理论，天然土体内垂直静止土压力为σz ＝γz （1）（1）式中σz 为垂直静止土压力，γ为土的容重，z 为埋置深度。

而垂直于侧面的法向应力为静止侧压力σx ＝k 0 γz （2）（2）式中σx 为水平静止土压力，k 。

砂卵石地层是一种常见的盾构施工地质条件，对于盾构掘进中的土舱压力及地层变形控制，以下是一些原则：
平衡土压原则：在盾构掘进过程中，应通过合理控制土舱内外的土压力差，实现土压平衡，避免过大的土压力对盾构机和周围环境的影响。

通过合理的土压平衡措施，减小土舱压力，保证施工安全。

前盾支护原则：砂卵石地层的稳定性较差，容易产生松散堆积和坍塌现象。

在盾构掘进中，应采用前盾支护措施，如钻孔注浆、预制衬砌等，加固地层，防止地层塌方和涌水等问题的发生，保证施工的顺利进行。

监测与控制原则：在盾构掘进过程中，应设置合理的监测系统，对土舱压力、地层变形等进行实时监测。

通过监测数据的分析，及时调整施工参数，采取相应的措施，控制土舱压力和地层变形，保证工程的安全和稳定。

预测与预防原则：针对砂卵石地层的特点，通过前期勘察和实地调查，对地层的特性进行充分预测。

在施工过程中，根据预测结果，采取相应的预防措施，减少不可预见的地层变形和工程风险的发生。

综上所述，针对砂卵石地层的土压平衡盾构掘进，需要根据具体的工程情况和地质条件，制定合理的施工方案和控制原则，确保土舱压力的平衡、地层的稳定和施工的安全顺利进行。

同时，充分的监测与预测工作也是保证施工质量和工程安全的重要手段。

盾构施工中的土压力控制研究盾构施工是一种先进的地下隧道开挖方法，已经在城市建设和地下交通网络建设中得到广泛应用。

在盾构施工过程中，土压力控制是一个至关重要的研究领域。

本文将针对盾构施工中的土压力控制展开研究，以帮助施工方高效、安全地完成工程。

1. 土压力的形成机理土压力是由于地下水平面以上土壤所受周围土体的力量而产生的。

在盾构施工中，随着推进机械的推进，土体会受到擠压力的作用，形成一定的土压力。

了解土压力的形成机理，对盾构施工的土压力控制至关重要。

2. 盾构施工中影响土压力的因素在盾构施工中，土压力受多个因素影响，其中包括盾构机械自身的工作性能、推进速度、推进方式以及环片的安装等。

了解这些因素对土压力的影响，对设计施工方案和选择合适的盾构机具等方面都具有重要意义。

3. 土压力的监测与控制盾构施工中，对土压力的监测与控制是关键步骤，可以通过安装传感器等设备对土压力进行实时监测，并根据监测数据进行控制调整。

通过对土压力的监测与控制，可以及时发现异常情况，采取相应的措施，保障施工安全。

4. 土压力控制的方法与技术为了有效控制土压力，可以采用一系列方法与技术，如合适的推进参数设计、合理的注浆施工、控制削土量、减小盾构机械与土体之间的摩擦等。

这些方法与技术都有助于降低土压力，在施工过程中提高效率，确保安全。

5. 土压力控制的实践案例为了更好地理解盾构施工中的土压力控制，本文将介绍一些实践案例。

通过对这些案例的分析，可以总结经验教训，为未来的施工提供参考。

6. 土压力控制的发展趋势随着科技的不断发展，土压力控制的技术也在不断创新。

本文将对土压力控制的发展趋势进行展望，包括机械技术、监测方法、数据处理等方面的发展，并对未来的发展方向进行探讨。

7. 结论盾构施工中的土压力控制是一个复杂而重要的问题。

本文通过对土压力形成机理、影响因素、监测与控制、方法与技术、实践案例以及发展趋势的研究，为盾构施工中土压力控制提供了一定的理论与实践指导，有助于施工方更好地进行工程设计与实施。

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。

土压平衡盾构机土舱压力PID控制技术土压平衡盾构机土舱压力PID 控制技术一、前言随着城市地区地下交通网络的高速发展，出现了大量土压平衡盾构施工的隧道工程。

大量工程实践表明，土压平衡盾构掘进施工过程中，开挖面稳定控制对于降低盾构推进对周围土体的影响具有重要意义。

土压平衡盾构掘进施工中，土舱压力的设定对于控制盾构施工对周围环境的影响意义重大。

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。

二、土压平衡盾构机概述土压平衡盾构机主要由盾壳、刀盘、螺旋输送机、盾构千斤顶、管片拼装机以及盾尾密封装置等构成, 它是在普通盾构基础上, 在盾构中部设置一道密封隔板, 把盾构开挖面与隧道截然分开,使密封隔板与开挖面土层之间形成一个密封泥土舱, 刀盘在泥土舱中工作。

同时,密封舱隔板装有螺旋输送机, 当盾构由盾构千斤顶向前推进时, 由刀盘切削下来的泥土充满泥土舱和螺旋输送机壳体内的全部空间, 同时依靠充满的泥土来支护开挖面土层的水土压力, 开挖下来的泥土通过螺旋输送机排出盾体。

土压平衡盾构机是一种通过控制密封土舱压力以维持开挖面稳定和向前推进的隧道掘进机械。

处于土压平衡盾构前部的密封舱中的土压力是盾构掘进过程中一个极为关键的控制参数, 其值的大小关系到开挖面的稳定和地面的变形。

如果密封舱内的土压力大于开挖面的水土压力,地表将发生隆起;反之, 如果密封舱内的土压力小于开挖面的水土压力, 地表将发生沉陷。

三、土压平衡控制原理土压平衡盾构机土舱压力PID 控制技术，刀盘转速采用开环的控制，通过比例变量泵进行调节（如图1 所示）。

控制比例变量泵的排量来实现刀盘转速的连续调节。

盾构机推进系统和螺旋输送机转速的控制是采用闭环控制的。

可以根据实际掘进情况采用三种操作模式的一种来进行调节土舱压力。

以第一种操作模式即推进速度保持，控制螺旋输送机的转速调节排土量大小，实现设定土仓压力的稳定为例来说明。

盾构施工控制措施1、盾构机建压措施土压平衡模式掘进时，是将刀具切削下来的土体充满土仓，由盾构机的推进、挤压而建立起压力，利用这种泥土压与作业面地层的土压与水压平衡。

同时利用螺旋输送机进行与盾构推进量相应的排土作业，始终维持开挖土量与排土量的平衡，以保持开挖面土体的稳定。

（1）土压平衡模式下土仓压力的控制方法土仓压力控制采取以下两种操作模式：①通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。

此时盾构的推进速度人工事先给定。

②通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。

此时螺旋输送机的转速人工事先给定。

掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定。

（2）掘进中排土量的控制排土量的控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。

根据对碴土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现出碴量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。

理论上螺旋输送机的排土量QS是由螺旋输送机的转速来决定的，掘进的速度和土仓压力值P值设定后，盾构机可自动设置理论转速N：QS根据碴土车的体积刻度来确定。

QS应与掘进速度决定的理论碴土量Q0相当，即:Q0=A Vn0A-切削断面面积n0-松散系数V-推进速度通常理论排土率用K =QS/Q0表示。

理论上K值应取1或接近1，这时碴土具有低的透水性且处于好的塑流状态。

事实上，地层的土质不一定都具有这种性质，这时螺旋输送机的实际出土量与理论出土量不符，当碴土处于干硬状态时，因摩擦力大，碴土在螺旋输送机中输送遇到的阻力也大，同时容易造成固结堵塞现象，实际排土量将小于理论排土量，则必须依靠增大转速来增大实际排土量，以使之接近Q0，这时Q0＜QS，K＞1。

当碴土柔软而富有流动性时，在土仓内高压力作用下，碴土自身有一个向外流动的能力，从而碴土的实际排土量大于螺旋输送机转速决定的的理论排土量，这时Q0＞QS，K＜1。

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。