一种基于N值的土压平衡盾构土仓压力调控方法

摘要

本发明公开了一种基于N值的土压平衡盾构土仓压力调控方法，包括：S1：获取当前地质段各土层的标贯击数；S2：若该地质分段为软硬不均地层，采用全覆土理论计算竖向土压力，否则进入S3；S3：若各土层标贯击数的加权平均值N<8，采用全覆土理论计算竖向土压力，否则进入S4；S4：若盾构机顶部埋深H≥2D，采用太沙基土拱理论计算竖向土压力，否则采用全覆土理论计算竖向土压力；S5：根据竖向土压力计算盾构机掌子面前方的静止和主动土压力；S6：将静止和主动土压力作为上下限，若土仓压力在该范围内则正常掘进，否则调整掘进速度和螺旋输送机转速，直至土仓压力位于上下限之间，开始正常掘进。本发明能保证土仓压力的合理性。

说明书

技术领域

本发明涉及土压平衡隧道施工技术领域，尤其涉及一种基于N值的土压平衡盾构土仓压力调控方法。

背景技术

随着地下轨道交通、引水隧洞的迅猛发展，土压平衡盾构隧道日益剧增，在土压平衡盾构掘进过程中，刀盘切削下来的土体进入到土仓内作为一种支撑媒介可以抵抗作用在刀盘上的水土压力。合理的土仓压力可以有效地稳定盾构掌子面，避免地层出现失稳。但当土仓压力过大时，会造成地面隆起，当土仓压力过小时，又会引起地表沉降过大，甚至塌陷。然后在实际盾构施工过程中，土仓压大小的调控全凭盾构司机的施工经验，带有很强的主观性，难以准确调控。土仓压力调控的不合理给盾构掘进安全带来了巨大的挑战。

发明内容

针对现有技术盾构土仓压力难以准确调控的问题，本发明提供一种基于N值的土压平衡盾构土仓压力调控方法，可以保证土仓压力的合理性，为盾构的安全掘进提供保障。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于N值的土压平衡盾构土仓压力调控方法，包括：

S1：根据地质勘察，沿着盾构隧道轴线方向进行地质段划分，进行标准贯入试验测定地质段中各土层的标贯击数N

S2：判断该地质分段是否为软硬不均地层，若为软硬不均地层，则采用全覆土理论计算竖向土压力，否则进入步骤S3；

S3：统计地质段内盾构拱顶以上各土层标贯击数的加权平均值N，如果N小于预设值，采用全覆土理论计算竖向土压力，否则进入步骤S4；

S4：如果盾构机顶部埋深H≥2D，采用太沙基土拱理论计算竖向土压力，否则采用全覆土理论计算竖向土压力；其中，D表示盾构机刀盘的直径；

S5：根据S2～S4计算得到的竖向土压力，计算盾构机掌子面前方的主动土压力和静止土压力；

S6：将主动土压力作为下限，静止土压力作为上限，判断土仓压力是否在该范围内，若在该范围，正常掘进，否则进入S7步骤；

S7：调整掘进速度和螺旋输送机转速，直至土仓压力位于上下限之间，开始正常掘进。

进一步地，步骤S1中的地质分段长度为50m～100m。

进一步地，步骤S3中的预设值为8。

进一步地，采用全覆土理论计算竖向土压力的计算公式为：

σ

式中：σ

进一步地，采用太沙基土拱理论计算竖向土压力的计算公式为：

式中：σ

进一步地，步骤S5中的主动土压力为：

σ

式中：σ

进一步地，步骤S5中的静止土压力为：

σ

式中：σ

进一步地，步骤S7中的调整过程为：当土仓压力小于主动土压力σ

有益效果

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

1、本发明所述的基于N值的土压平衡盾构土仓压力调控方法，可为盾构施工中土仓压力的设置提供较为可靠的理论依据，摆脱以往全凭工程经验的弊端，避免了土仓压力调控的盲目性；

2、本发明所述的基于N值的土压平衡盾构土仓压力调控方法，可以根据具体的地质概况及埋深情况，实时动态地调控盾构掘进过程中土仓压力，进而可避免地表隆起和地层塌陷事故的产生，保证了盾构的安全掘进。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为盾构掘进示意图；其中：1、螺旋输送机；2、盾构土仓；3、地层；

图2为本发明实施例的施工流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明的技术方案为依据开展，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，对本发明的技术方案作进一步解释说明。

本实施例提供一种基于N值的土压平衡盾构土仓压力调控方法，应用场景如图1所示，调控流程如图2所示，包括以下步骤：

S1：根据地质勘察，沿着盾构隧道轴线方向进行地质段划分，进行标准贯入试验测定地质段中各土层的标贯击数N

本实施例中，每个地质分段长度为50m～100m。

S2：判断该地质分段是否为软硬不均地层，若为软硬不均地层，则采用全覆土理论计算竖向土压力，然后进入步骤S5；否则进入步骤S3；

其中，采用全覆土理论计算竖向土压力的计算公式为：

σ

式中：σ

S3：统计地质段内盾构拱顶以上各土层标贯击数的加权平均值N，即

S4：如果盾构机顶部埋深H≥2D，采用太沙基土拱理论计算竖向土压力，否则采用全覆土理论计算竖向土压力；其中，D表示盾构机刀盘的直径；

其中，采用太沙基土拱理论计算竖向土压力的计算公式为：

式中：B自然拱跨度，c是上覆各土层土体的平均粘聚力，K

S5：根据S2～S4计算得到的竖向土压力，计算盾构机掌子面前方的主动土压力σ

σ

式中：K

S6：将主动土压力作为下限，静止土压力作为上限，判断土仓压力是否在该范围内，若在该范围，正常掘进，否则进入S7步骤。

S7：调整掘进速度和螺旋输送机转速，直至土仓压力位于上下限之间，开始正常掘进；

其中，掘进速度和螺旋输送机转速的调整过程为：当土仓压力小于主动土压力σ

以上实施例为本申请的优选实施例，本领域的普通技术人员还可以在此基础上进行各种变换或改进，在不脱离本申请总的构思的前提下，这些变换或改进都应当属于本申请要求保护的范围之内。