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1、EPB盾構掘進的土壓控制0o2姜8月6)JOURNALOF鐵RA道ILW工AYE程NGIN學EER報INGSOCIETYNAOp2(Se2r86第期(總)-?)文章編號:1006--2106(2005)O2—0045一O6EPB盾構掘進的土壓控制劉東亮.(中鐵隧道集團有限公司,河南洛陽471009)提要:盾構法施工具有快速,安全,對地面建筑物影響小等諸多優(yōu)點.在土壓平衡盾構掘進過程中,如何合理設置和控制土壓,對于控制地表沉降有著至關重要的意義.本文對土壓控制的因素和策略及土壓力的選擇進行分析和探討.關鍵詞:盾構;推進;土壓;控制中圖分類號:U455文獻標識碼:A1概述土壓平衡盾構簡稱EP
2、B(Eaahpressurebalance)盾構,主要由盾殼,刀盤,刀盤驅動,螺旋輸送機,管片安裝機,人倉,推進系統(tǒng)等組成,見圖1.EPB盾構是在機械式盾構的前部設置隔板,使土倉和排土用的螺旋輸送機內充滿切削下來的泥土,依靠盾構推進油缸的推力給土倉內的泥土加壓,使土壓作用于開挖面以使其穩(wěn)定.土倉內的土壓通過傳感器進行測量,并通過控制推進油缸的推力,推進速度,螺旋輸送機轉速來控制.213456781.刀盤;2.隔板;3.切口環(huán)(前盾);4.推進油缸;5.人倉;6.刀盤驅動;7.管片安裝機;6.螺旋機圖1土壓平衡盾構2開挖面穩(wěn)定機理開挖土倉由刀盤,切口環(huán),隔板及螺旋輸送機組成.EPB盾構就是
3、將刀盤開挖下來的泥土填滿土倉,借助盾構推進油缸的推力通過隔板進行加壓,產生土壓力,這一壓力作用于整個作業(yè)面,使作業(yè)面穩(wěn)定,刀盤切削下來的土碴量與螺旋輸送機向外輸送量相平衡,維持土倉內壓力穩(wěn)定在預定的范圍內.當土倉內的土壓力大于地層壓力和水壓力時,地表將隆起(圖2);當土倉內的土壓力小于地層壓力和水壓力時,地表將下沉(圖3);因此土倉內的土壓力應與地層壓力和水壓力平衡.3土壓力的計算在設定土壓力時主要考慮地層土壓,地下水壓(孔隙水壓),預先考慮的預備壓力.3.1地層土壓在我國鐵路隧道設計規(guī)范中,根據大量的施工經.收稿日期:2o05—01—18劉東亮高級工程師男1964年7月出生EPB盾構土
4、壓平衡原理地表面隆起地表面J-地下水位,縫'—,=/麓,--—●,:童蓮薈薹-1,Pw+Pz<PI刪圖2土倉壓力大于水壓力及土壓力之和.地面隆起鐵道工程2005年4月\蜃§/<葉ijiPw+PE>PT圖3土倉壓力小于水壓力及土壓力之和,地面下沉驗,在太沙基土壓力理論的基礎上,提出以巖體綜合物性指標為基礎的巖體綜合分類法,根據隧道埋深的不同,將隧道分為深埋隧道和淺埋隧道.再根據隧道的具體情況采用不同的計算方式進行施工土壓計算.3.1.1深埋隧道與淺埋隧道的確定深,淺埋隧道的判定原則一般以隧道頂部覆蓋層能否形成"自然拱"為原則.深埋隧道圍巖松動壓力值是根據施工坍方平
5、均高度(等效荷載高度)確定的.根據經驗,深,淺埋隧道分界深度通常為施工坍方平均高度的2-2.5倍.Hp=(2-2.5)hq式中——深,淺埋隧道分界的深度;幻——施工坍方平均高度,=0.45x2~Sto;JS——圍巖類別,如Ⅲ類圍巖,則S=3;一寬度影響系數,且(1(B一5);——隧道凈寬度,單位以m計.——以B=5m為基準,每增減1m時的圍巖壓力增減率.當B<5m時,取i=0.2,B>5m,取i=0.1.3.1.2深埋隧道的土壓計算在深埋隧道中,按照太沙基土壓力理論計算公式以及日本村山理論,可以較為準確的計算出盾構前方的松動土壓力.在實際施工工程之中,可以根據隧道圍巖分類和隧
6、道結構參數,按照我國現行的《鐵路隧道設計規(guī)范》中推薦的計算圍巖豎直分布松動壓力q的計算公式:q=0.45x26-sytor圍巖容重地層在產生豎向壓力的同時,也產生側向壓力,側向水平松動壓力的計算見表1.表1側向水平松動壓力計算圍巖分類Ⅵ～VⅣⅢⅡI水平松動壓力0(o-1/6)q(1/6~1/3)q(1/3~1/2)q(1/2-1)q3.1.3淺埋隧道的土壓計算3.1.3.1靜止土壓靜止土壓為原狀的天然土體中,土處于靜止的彈性平衡狀態(tài),這時的土壓力為靜止土壓力.在任一深度h處,土的鉛垂方向的自重應力為最大主應力,而水平應力為最小主應力,如圖4所示.'-////^=伽H—H3圖4靜止土壓的
7、計算cr,=k0cr,=koTh式中:.]}『-側向土壓力系數,ko=v/1一u,u為巖體的泊松比.一般采用下列經驗公式計算.(1)經驗值:砂層中,ko=0.34～0.45;粘土地層中,ko=0.5-0.7.(2)經驗公式:Jaky公式(砂層),ko=1-sin~;Brook—er公式(粘性土層),.]}.=0.95-sin~.式中'P,'P為土的有效內摩擦角.(3)日本規(guī)范:日本《建筑基礎結構設計規(guī)范》建議,不分土的種類,.]}.
