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1、5.1盾构推进力 ⑴、盾构推力 盾构机推进必须确保盾构足够的推力来维持和平衡土压平衡压力T1、开挖阻力T2、盾壳与围岩摩擦阻力T3、后配配套牵引力等等。通常，上述值比盾构推力要低，盾构推进油缸的配置受管片形式的影响，盾构机一般必须保证盾构圆周压力均等（有时盾构底部压力稍高），避免盾构油缸尾部衬垫作用在管片接缝处，为保证这些，一般盾构机都安装了超出正常配置的额外推进油缸，然后降低盾构系统工作压力，该压力在正常推进时采用，只有在艰难地层时才采用额外推力。 ①计算原理 盾构千斤顶应有足够的推力克服盾构推进时所遇到的阻力，这些阻力主要有： a、盾构四周与地层间的摩擦阻力或
2、粘结力F1； b、盾构刀具切入土层产生在切削刀盘上的推进阻力F2； c、开挖面正面作用在切削刀盘上的推进阻力F3 d、盾尾处盾尾板与衬砌间的摩擦阻力F4； e、盾构后面台车的牵引力F5； 以上各种推进阻力的总和用下式表示，在使用时，须考虑各种盾构机械的具体情况，并留出一定的富裕量，即为盾构千斤顶的总推力。 地层所需推力Fb=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力 其中： F水土压力—刀盘表面水土压力 F摩擦力1—盾构克服上部土体摩擦力所需推力 F摩擦力2—盾构克服与围岩间摩擦力所需推力 F切入力—开挖所需推力（刀具）切入力 F牵引力
3、—后配套牵引推力 R—盾构半径（m） D—隧道深度（m） L—盾构长度（m） Fr—盾构与土层间摩擦系数（0.25） Wo—土体比重（20kN/m3） Wt—盾构重量（t） Wb—后配套重量（t） Frb—后配套与管片间摩擦系数 At—单把刀具表面积 Co —土体粘滞系数 Sr—土体内摩擦角 1）、作用在盾构上的平均土压力 地层所需推力Fb=∑F=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力 =941t+706t+100t+161.3 =1908.3t F水土压=(R2×
4、∏)×最大土压平衡压力 =（3.172×∏）×3kN/m3 =9233 kN =941t F水土压=D×Wo×L×(2×∏×R÷4)×Fr =20×20 kN/m3×7.5×(2×∏×3.7m÷4)×0.25 =6933 kN =706t F摩擦力2=Wt×Fr =220t×0.25 =80t F牵引力=Wb×Frb =100×0.2 =20t
5、 F切入力=刀具数量×At×(D×Wo×tan2(450+Sr/2)+2×Co×tan(450+Sr/2)) =73×0.0094㎡×(30×20 kN/m3×tan2(62.50)+2×30 kN/m3×tan(62.50)) =1596.81 kN =161.3t Fb=∑F=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力 =941t+706t+80t+20t+161.3t =1908.3t
6、 实际配备装机推力系统最大压力350bar时：3892t 设计准则：最大突破压力大于2.0×所需推力 最大操作推力大于1.5×所需推力 ⑵、刀盘扭矩 切削刀盘装备扭矩要考虑围岩条件、盾构要型式、盾构机构造和盾构机直径等因素来确定，总扭矩Nb=N1+N2+N3+N4 式中：N1—开挖阻力矩； N2—切削刀盘正面，外围面及后面围岩间的摩擦阻力矩； N3—机械及驱动阻力矩； N4—开挖土砂搅拌混合阻力矩； 根据实例可知刀盘装备转矩与盾构机直径大小有很大关系，一般可按下
7、式计算： Nb=D3×2.0 式中：D——盾构直径（m） 土压平衡连续开挖所需最大扭矩： Nb=D3×2.0=6.34 3×2.0=509.9tm(约5500kN-m) 实际配备装机扭矩：N=593.1tm 一般在盾构推进中，盾构机的设计推进都比实际推进要大得多，盾构的实际推进与地表土质、地面载荷、周围环境而密切的关系，当地面周围的环境比较空旷，对地面的沉降要求不高（不在+10～-30）时，在盾构机械性能（最大推进力和最大扭矩范围内）允许的前提下，可适当的提高盾构的推进力，加大施工进度。 5.2土仓压力 ⑴、盾构掘进土仓压力的初
8、步计算与控制 一般在软土地层中区间隧道大都采用土压平衡模式掘进，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计算土仓压力。 ①、土压计算(受力简图6.2.1-1如下) 根据土压平衡工况的特点，确定并保持合理的土仓压力是关键因素。因此，土压平衡工况中
9、掘进参数的计算确定是以土仓压力为基准点来考虑，掘进控制程序也应以土仓压力的保持为目的，盾构在掘进过程中据此取得平衡压力的设定值，具体施工时，主要从以下二方面来控制： 1）理论计算 ① 土仓压力值P的计算 P值应能与地层土压力和静水压力相平衡，设刀盘中心地层静水压力、土压力之和为P0，P0=γ.h（γ—土体的平均重度，h—刀盘中心至地表的垂直距离），则P=K.P0，K—土的侧向静止土压力系数。 2）施工状况 ①千斤顶推进速度控制，一般控制在2～4cm/min。 ②螺旋排土器转数控制，最大为20rpm。 ③两者的组合控制。
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49、 掘进前，按照地质情况、水文情况、隧道的埋深测算出理论土压值，以理论土压值控制土仓内的压力，随着推进时产生的地面沉降、排土状况、刀盘扭距等情况及时修正土压值；根据盾构所在的位置的埋深、土层状况及地表监测结果进行调整。盾构推进过程中地表隆陷与工作面稳定的关系以及相应技术对
50、策见表1 表1 地表沉降与工作面稳定关系及相应对策 地表沉降信息 工作面状态 P与P0关系 措施与对策 备注 下沉超过基准值 工作面坍陷与失水 Pmax< P0 增大P值 Pmax、Pmin分别表示P的最大峰值和最小峰值 隆起超过基准值 支撑土压力过大， 土仓内水进入地层 Pmin> P0 减小P值 5.3盾构与隧道上浮 6盾构防水施工技术 一 、防水工程施工 为防止隧道内部渗漏，给竣工后隧道的运营管理和维修带来问题，盾构隧道工程的防水可分为两个阶段来进行防水处理。 第一阶段：施工阶段防水和管片
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