土压平衡盾构平衡控制理论及试验研究.PDF

第 卷第 期 土 木 工 程 学 报 Vol.40 No.5 40 5 年 月 CHINACIVILENGINEERINGJOURNAL 2007 5 May. 2007 土压平衡盾构平衡控制理论及试验研究 , 王洪新12 傅德明2 同济大学,上海 ; 上海隧道工程股份有限公司,上海 (1. 200092 2. 200082) 摘要:土压平衡盾构在掘进时有两种平衡状态,一种是盾构与前方土体接触压力和土水压力的平衡,另一种是出 土的平衡。两种平衡状态只有在刀盘开口率非常大时才等价。由于面板的挤压作用,开口率较小的盾构两种平衡 状态将有较大偏离。出土率是控制土压平衡的重要指标,当其接近 100%时,盾构处于出土的平衡掘进状态。盾 构掘进时很难直接控制出土率,可通过施工参数间接控制。推导出土率与螺旋机转速、推进速度的定量关系,通 过模型试验验证三者关系;推导平衡状态时上述三个参数的关系,该关系可作为通过施工参数控制平衡状态的标 准;提出通过模型试验确定平衡状态时参数匹配的方法。当出土率小于或大于 100%时及采用开口率较小的面板 式刀盘时,盾构将产生不平衡掘进。大部分土压平衡盾构不平衡掘进产生挤土作用,造成正的地层损失及附加的 应力场。试验结果表明,不平衡推进时挤土量一部分产生体积应变,一部分形成正的地层损失,使盾构前方地表 产生了隆起;现场试验测试了刀盘前方附加应力场的大小和范围。研究成果可以指导土压平衡盾构推进时的参数 控制,对控制推进时地表变形有指导意义。 关键词:土压平衡盾构;平衡控制;出土率;螺旋机;地层损失;附加应力 中图分类号:U455.43 文献标识码:A 文章编号: ( ) 1000-131X 2007 05-0061-09 TheoreticalandteststudiesonbalancecontrolofEPBshields 1,2 2 WangHongxin FuDeming (1.TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.ShanghaiTunnelEngineeringCo.,Ltd.,Shanghai200082,China) Abstract:EPBshieldsmaybeintwotypesofstateofbalanceduringtunneling,onebeingthebalancebetweenthe contactpressureofshieldandthefrontpressureofearthandwater,andtheotherbeingthebalanceinthemucking earth.Thesetwobalancestatesareequivalentonlywhentheheadapertureratioissufficientlylarge.Becauseofcutter headcompression,largedeviationoccurswhenshieldcutterheadhassmallheadapertureratio.Muckingearthrateis animportantindextothecontrolofearthpressurebalance.Whenthemuckingearthrateis100%,thebalancestate ofmuckingearthis