圆弧刀盘土压平衡盾构施工沉降影响分析

在盾构隧道施工中,刀盘形式差异会对施工沉降造成一定影响。基于此,文章依据对圆弧和直角刀盘盾构施工前方原岩平衡土压力的受力特性分析,推导了圆弧边缘区域的平衡压力计算公式和圆弧刀盘土舱压力的选取方法,并给出了圆弧刀盘影响系数的定义。采用FLAC3D数值仿真软件,分析了圆弧刀盘、直角刀盘盾构施工的地层沉降差异性及土舱压力、土舱土体重度对地表沉降、掌子面位移的影响。结果表明,数值计算得到的圆弧刀盘与直角刀盘的施工沉降比与理论分析得到的圆弧刀盘影响系数基本一致,说明采用该系数评价直角刀盘与圆弧刀盘的施工沉降差异是可行的。

盾构刀盘上方地层无变形的平衡压力理论计算

在原论文盾构开挖面无变形平衡压力计算的基础上,以现今常用的周边圆弧形刀盘开挖面上方地层不变形为前提,推导出盾构掘进动态条件下刀盘开挖面任一点平衡压力值与平衡压力范围,并提出主动平衡压力与被动平衡压力的概念,确定了盾构掘进上方地层不变形周边圆弧形刀盘盾构土舱压力的取值。给出了圆弧形开挖面主动平衡压力与被动平衡压力的计算方法。最后,得出周边圆弧形刀盘盾构平衡压力主要取决于开挖面拱顶上方原状土自重应力的结论。

盾构平衡压力理论计算与应用技术

为了确保盾构穿越附近地表及建(构)筑物的安全,无论是土压平衡盾构还是泥水平衡盾构开挖面平衡压力的准确选取十分重要。对现今常用的周边圆弧形刀盘开挖面进行分析,通过开挖面几何尺寸理论计算准确推导出圆弧形刀盘开挖面原状土体无变形的各个点平衡压力计算公式。依据平衡压力计算和穿越不同地层、不同危险源提出周边圆弧形刀盘盾构土舱压力选取原则:在软弱地层、穿越重大危险源地段要严格按照平衡压力保压掘进,盾构土舱压力选取介于盾构上覆水土自重应力与静止侧向水土压力之间;在地层有一定成拱效应并且无重大危险源地段,根据地表沉降监测情况可适当降低平衡压力,盾构土舱压力选取介于地层水土自重应力与最小极限平衡压力之间,让地层土拱效应起作用,降低刀盘、刀具等的磨损。对于前大后小盾体的盾构机提出盾构在穿越软弱地层或重大危险源地段在盾体周围以平衡压力注入一定量的粘土,可有效降低盾体上方地表的沉降。对土压平衡和泥水平衡盾构施工有一定的指导作用。