论文基于复合地层中盾构机掘进参数确定方法是关于盾构机方面的的相关大学硕士和相关本科毕业论文以及相关世界上最大盾构机直径论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要：采用盾构法进行隧道施工是近年来地铁隧道常见的施工模式,在不同的地质条件下,选用的盾构机及使用的掘进参数均不一样,合理选择施工参数,对盾构的掘进速度,地面沉降控制等均有重大影响,本文根据南京地铁十号线D10-TA06标的施工经验,总结盾构右线的施工经验并提供后期的施工参数,对类似的工程具有一定的指导意义.
关键词：盾构；土压平衡盾构机；盾构施工参数；地面沉降
1.工程概况
南京地铁十号线D10-TA06标位于南京市浦口区江浦街道,标段全长近3.8km,包括“两站三区间”,其中城西路站～凤凰大街站区间,凤凰大街站～龙华路站区间采用盾构法施工,盾构机从城西路站始发,到达凤凰大街站后过站,二次始发,最终到达龙华路站解体,吊出.
本标段选择了两台海瑞克生产的土压平衡式复合盾构机,盾构机主要由刀盘、前盾、中盾、盾尾、螺旋输送机、管片拼装机、设备桥、1-5号拖车组成.
2.工程地质条件
2.1 工程地质及水文地质
城-凤区间属于为长江漫滩、堆积平原.场地内地势较平坦.主要地层从上到下依次为：①-1杂填土、①-2-2素填土、①-3淤泥、②-1b2-3粉质黏土、②-2b4淤泥质粉质黏土～粉质黏土、②-2e2粉质粘土混卵砾石、②-3b3-4粉质粘土、④-2b2粉质粘土、④-3b1-2粉质粘土、④-4e-2卵砾石、K2P -2强风化粉砂质泥岩～泥质粉砂岩、K2P -3中风化粉砂质泥岩-泥质粉砂岩.
为确定施工参数,以右线前100环隧道掘进进行分析,该段地质条件复杂,上部主要为淤泥,中部为卵砾石,下部为风化岩,属上软下硬复合地层,地质剖面如图1所示.
根据钻探揭示的地层结构特征,本标段的地下水类型主要为松散岩类孔隙水（孔隙潜水、微承压水）和基岩裂隙水,本段卵砾石层中含承压水.
2.2工程地质评价及对盾构掘进影响
该段隧道埋深较浅,隧道掘进地层属上软下硬复合地层,夹杂的卵砾石层为富水地层,且卵砾石强度较高,地质条件极差,对盾构掘进主要影响为：
（1）盾构掘进缓慢,掘进方向易发生偏差
该段开挖面底部岩层多为中风化、强风化粉砂质泥岩,开挖面混杂大量卵砾石.在软硬不均的地层中掘进时,推力和扭矩变化较大,盾构主机有着向地层较软一侧偏移的惯性, 特别是当盾构机需要向硬岩一侧调线时,姿态将更难控制,甚至造成盾构机“卡壳”.
（2）刀具磨损严重,但开舱换刀风险高
开挖面上部的粘性土层粘粒含量高, 掘进参数控制不当极易造成刀盘结泥饼,造成滚刀偏磨,加之在中、微风化岩层中掘进滚刀磨损严重,加剧了刀具的损耗,甚至崩裂刮刀,开舱换刀的几率大大高于在均质土层中换刀的几率.
（3）喷涌严重,清碴量大
在开挖面④-4e-2卵砾石层中卵砾石含量超过50%,砾石层中混含粉质粘土,黏土中小颗粒的组分含量较多, 而介于其中的颗粒成分则较少. 这种独特的组分特征, 使其既具有砂土的特征,亦具粘性土特征,同时也为小颗粒从大颗粒的孔隙中涌出提供可能性.加之卵砾石层裂隙水发育,富含微承压水,岩层中补勘经常出现浆液流失现象因此,当盾构掘进参数控制不当时,螺旋出土器会出现涌水、涌碴情况,每环掘进都要花费大量的人力、 物力及宝贵的时间来清理碴土.
3.选用施工参数及效果分析
3.1 土压力
土压平衡控制的要点就是维持开挖面稳定,确保土仓内的土压力平衡开挖面的地层土压力和水压力.根据《铁路隧道设计规范》,综合考虑围岩分级,埋深及周边环境,右线前100环隧道土压力设定值P0按浅埋隧道计算.
设定土压力值P0应控制在以下范围内：（水压力+主动土压力）3.1.1 静止土压力计算
在浅埋隧道中,静止土压为原状的天然土体中,土处于静止的弹性平衡状态,这时的土压力为静止土压力.在任一深度 处,土的铅垂方向的自重应力 为最大主应力,而水平应力 为最小主应力.
（公式1）
（公式2）
式中 ——侧向土压力系数, ；
——岩体的泊松比.
3.1.2 主动土压力与被动土压力计算
在浅埋隧道的施工过程中,由于施工的扰动,改变了原状的天然土体的静止的弹性平衡状态,从而使刀盘前方土体产生主动或被动土压力.
根据盾构机的特点及盾构机施工的原理,结合我国铁路隧道设计施工的具体经验,施工采用朗金理论计算主动土压力与被动土压力.
当盾构机推力偏小,土体处于向下滑动的极限平衡状态,具体如下图所示：
此时土体内的竖直应力相当于大主应力,水平应力相当于小主应力.水平应力为维持刀盘前方的土体不向下滑移需要的最小土压力,即土体的主动土压力.画出土体的应力圆,此时水平轴上处的E点与应力圆在抗剪强度线切点M的连线和竖直线间的夹角为破裂角.由图3可知：
式中 ——深度为z处的地层自重应力；
——土的粘着力；
——地层深度；
——地层内部摩擦角.
当盾构机的推力偏大,土体处于向上滑动的极限平衡状态,具体如下图4所示：
此时刀盘前方的土压力 相当于大主应力 ,而竖向应力 相当于小主应力 .画出土体的应力圆,当应力圆与抗剪强度线相切时,刀盘前方的土体被破坏,向前滑移.此时作用在刀盘上的土压力 即土体的被动土压力.
破裂角 由图可知：
式中 ——深度为z处的地层自重应力,
——土的粘着力；
——地层深度；
——地层内部摩擦角.
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参考文献：
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