土壓盾構土艙壓力設定與控制

土壓平衡盾構土倉壓力設定與控制主講教師：郭軍電話箱：stygj@163.com提綱1前言2土壓力概念3土壓力計算方法與分析4土倉壓力設定與控制5結論與思考1前言1.1土壓平衡盾構的施工機理

盾殼支承著圍巖并保護著刀盤旋轉，在推進油缸作用下，刀盤旋轉切削開挖面土體，刀盤上被切割、破碎的碴土，經過刀盤上的開口進入密閉的土倉，利用端部伸入土倉下部的螺旋輸送機排土；通過控制螺旋輸送機轉速或盾構推進速度，達到土倉內土壓力與開挖面地層土壓力動態(tài)平衡。

核心：開挖面穩(wěn)定機理，即土倉內土壓力抵抗開挖面地層水土壓力使開挖面穩(wěn)定。1.2土倉壓力設定問題

設定合適的土倉壓力確保開挖面的穩(wěn)定，關系到盾構施工效率和工程環(huán)境安全。

開挖面地層穩(wěn)定性較好時，土倉壓力過大時會引起刀盤扭矩和推力增大、推進速度下降，存在盾構掘進效率降低、設備能耗和損耗加大等問題；

開挖面地層穩(wěn)定性較差時，土倉壓力不足則會發(fā)生開挖面的涌水或坍塌，造成地層水土流失過多，導致地層沉降難以控制等問題。1.3開挖面穩(wěn)定和土倉壓力設定相關理論

開挖面穩(wěn)定是通過保持盾構刀盤支承的壓力倉內泥土壓力來獲得。盾構推進時，其前端刀盤旋轉切削地層土體進入土倉。當土體充滿土倉時，其被動土壓與開挖面上的土、水壓基本相同，開挖面實現平衡。

土倉壓力設定，有采用開挖面地層的主動土壓力、靜止土壓力或松弛土壓力的方法等。作為上限值，以盡量控制地表面的沉降為目的而使用靜止土壓力；作為下限值，可以允許產生少量的地表沉降，但可確保開挖面的穩(wěn)定為目的而使用主動土壓力。

土倉壓力是利用開挖下來的碴土充滿土倉來建立的，通過使開挖的碴土量與排出的碴土量相平衡的方法來保持。必須使開挖土體充滿土倉，并使排土量與開挖土量相平衡。

由于圍巖的土量或碴土容重會有一定的變化，另外，由于添加劑的種類、添加量或排土方式等因素的影響，碴土的容重也會發(fā)生變化，所以要恰當地掌握排土量是比較困難的。僅單獨根據排土量的管理來控制開挖面坍塌或地基沉降是困難的，最好是根據土倉壓力管理和開挖土量管理同時進行。

1.4研究土倉壓力的意義

實際工程實踐中土倉壓力設定采用經驗數據的現象較多，往往會出現土倉壓力設定時或大或小的偏差，不利于施工控制。因此，掌握土倉壓力設定和控制方法，對盾構施工具有一定的指導意義。2土壓力概念2.1土中一點的應力狀態(tài)

三個法向應力分量：σx、σy、σz

六個剪應力分量：τxy=τyx、τyz=τzy、τzx=τxz

靜止壓力被動土壓力主動土壓力土壓力一、土壓力類型按擋土結構的位移方向、大小及土體所處的平衡狀態(tài)2.2土壓力及類型

由于土體自重、土上荷載或結構物的側向擠壓作用，擋土結構物所承受的來自墻后填土的側向壓力。墻體位移條件是影響土壓力的最主要的因素。墻體位移的方向和相對位移量決定所產生的土壓力的性質和土壓力的大小。

(a)靜止土壓力(b)主動土壓力(c)被動土壓力（Earthpressureatrest)（Activeearthpressure)（Passiveearthpressure)

土壓力值介于上述三種極限狀態(tài)下的土壓力值之間。土壓力的大小及分布與作用在擋土結構上的土體性質、擋土結構本身的材料及擋土結構的位移有關，其中擋土結構的位移情況是關鍵因素。土壓力與擋土結構位移d的關系產生被動土壓力所需要的位移量大大超過產生主動土壓力所需要的位移量。

二、影響土壓力的因素Ea＜E0

＜＜Ep2.3土壓力與墻身位移的關系

（右圖）2.4墻體位移對土壓力的影響土壓力的類型取決于：墻體是否發(fā)生位移以及位移的方向；墻后土體所處的應力狀態(tài)。擋土墻所受土壓力的大小并不是一個常數，而是隨位移量的變化而變化。

位移對土壓力的影響及三種土壓力主動被動擋土墻不向任何方向發(fā)生位移和轉動時，墻后土體處于彈性平衡狀態(tài)，作用在墻背上的土壓力稱為靜止土壓力。擋墻沿墻趾向離開填土方向轉動或平行移動，且位移達到一定量時，墻后土體達到主動極限平衡狀態(tài)，填土中開始出現滑動面，這時擋土墻上的土壓力稱為主動土壓力。擋墻在外力作用下向墻背填土方向轉動或平行移動時，土壓力逐漸增大，當位移達到一定量時，潛在滑動面上的剪應力等于土的抗剪強度，墻后土體達到被動極限平衡狀態(tài)，填土內開始出現滑動面，這時作用在擋土墻上的土壓力增加至最大，稱為被動土壓力。

2.5靜止土壓力可按土體處于側限條件下的彈性平衡狀態(tài)計算。2.6朗肯土壓力理論基本條件：墻背光滑；墻背垂直、剛性；填土表面水平、半無限、均勻。假設：墻后各點均處于極限平衡狀態(tài)2.7主動土壓力2.8被動土壓力E0H靜止土壓力的分布第二節(jié)靜止土壓力計算

水平向的自重應力

例5-1已知某擋土墻高4.0m，墻背垂直光滑，墻后填土面水平，填土重力密度為γ=18.0kN／m3，靜止土壓力系數Ko=0.65，試計算作用在墻背的靜止土壓力大小及其作用點，并繪出土壓力沿墻高的分布圖。

靜止土壓力計算的關鍵是靜止側壓力系數的確定。K0可由室內的或現場的靜止側壓力試驗來測定。對于砂或正常固結的粘土，可根據有效內摩擦角來確定例5—1已知某擋土墻高4.0m，墻背垂直光滑，墻后填土面水平，填土重力密度為γ=18.0kN／m3，靜止土壓力系數Ko=0.65，試計算作用在墻背的靜止土壓力大小及其作用點，并繪出土壓力沿墻高的分布圖。解:按靜止土壓力計算公式，墻頂處靜止土壓力強度為：墻底處靜止土壓力強度為：

土壓力沿墻高分布圖如圖所示，土壓力合力Eo的大小通過三角形面積求得：靜止土壓力E0的作用點離墻底的距離為：

建筑物地下室的外墻、地下水池的側壁、涵洞的側壁以及不產生任何位移的擋土構筑物，其側壁所受到的土壓力可按靜止土壓力計算。第三節(jié)

朗肯土壓力理論

朗肯土壓力簡介土的極限平衡條件半空間的應力狀態(tài)土壓力的計算方法

朗肯土壓力理論的假設：

1.擋土墻背面豎直2.墻背光滑3.墻后填土面水平習題：計算下圖的靜止土壓力該點達極限平衡需滿足什么條件？0zK0z彈性平衡狀態(tài)時的莫爾圓自重應力豎直截面上的法向應力一、朗肯土壓力的基本原理

1.土體在水平方向伸展單元體在水平截面上的法向應力z不變，而豎直截面上的法向應力x卻逐漸減小，直至滿足極限平衡條件（稱為主動朗肯狀態(tài)）。0zK0za主動朗肯狀態(tài)時的莫爾圓

2.土體在水平方向壓縮單元體在水平截面上的法向應力z不變而豎直截面上的法向應力x卻逐漸增大，直至滿足極限平衡條件（稱為被動朗肯狀態(tài)）。0zK0zp被動朗肯狀態(tài)時的莫爾圓AOτσ主動狀態(tài)σxmin=eaσx=K0σzσzσxmax=ep被動狀態(tài)0zK0zap三種狀態(tài)時的莫爾圓

1.無粘性土二、朗肯主動土壓力計算EaH無粘性土的主動土壓力強度分布圖

2.粘性土臨界深度EaH粘性土的主動土壓力強度分布圖adebc

例5-2有一擋土墻高5m，墻背垂直光滑，墻后填土面水平。填土的物理力學性能指標為：c=10.0kPa，φ=300，γ=18.0kN／m3。試計算主動土壓力大小及作用點位置，并繪出主動土壓力強度沿墻高的分布圖。

例5-2有一擋土墻高5m，墻背垂直光滑，墻后填土面水平。填土的物理力學性能指標為：c=10.0kPa，φ=300，γ=18.0kN／m3。試計算主動土壓力大小及作用點位置，并繪出主動土壓力強度沿墻高的分布圖。

解因擋土墻墻背垂直光滑，墻后填土面水平，滿足朗金土壓力條件，故可按下式計算土壓力其中主動土壓力系數為

墻頂點l處的主動土壓力強度為：

由于σa1為拉應力，墻背與填土脫開，故應求臨界深度zo：

墻底點2處主動土壓力強度為土壓力分布圖形如圖所示，主動土壓力的大小為三、朗肯被動土壓力計算

1.無粘性土Ep無粘性土的被動土壓力強度分布圖H

2.粘性土Ep粘性土的被動土壓力強度分布圖例題5-3有一擋墻高6m，墻背豎直、光滑，墻后填土表面水平，填土的重度γ=18.5kN/m3，內摩擦角φ=20°

，粘聚力c=19kPa。求被動土壓力并繪出被動土壓力分布圖。

解（1）計算被動土壓力系數。（2）計算被動土壓力，

例題5-3有一擋墻高6m，墻背豎直、光滑，墻后填土表面水平，填土的重度γ=18.5kN/m3，內摩擦角φ=20°，粘聚力c=19kPa。求被動土壓力并繪出被動土壓力分布圖。

解（2）計算被動土壓力，

（3）計算總被動土壓力例題5-3有一擋墻高6m，墻背豎直、光滑，墻后填土表面水平，填土的重度γ=18.5kN/m3，內摩擦角φ=20°，粘聚力c=19kPa。求被動土壓力并繪出被動土壓力分布圖。

解，

（3）計算總被動土壓力Ep的作用方向水平，作用點距墻基為z，則（4）被動土壓力分布如圖5-9所示。E0H靜止土壓力的分布5.3靜止土壓力計算

水平向的自重應力

EaH無粘性土的主動土壓力強度分布圖EaH粘性土的主動土壓力強度分布圖adebcEp無粘性土的被動土壓力強度分布圖HEp粘性土的被動土壓力強度分布圖

1、填土面作用均布荷載

當擋土墻后填土面有連續(xù)均布荷載作用時，土壓力的計算方法是將均布荷載換算成當量的土重。四、幾種常見情況的土壓力

Ea將垂直壓力項γz換以γz+q計算即可。

1、填土面作用均布荷載無粘性土

粘性土

例題5-4已知某擋土墻高6.00m，墻背豎直、光滑、墻后填土面水平。填土為粗砂，重度γ=19.0kN/m3，內摩擦角，在填土表面作用均布荷載q=18.0kPa。計算作用在擋土墻上的主動土壓力。解（1）計算主動土壓力系數（2）計算主動土壓力

作用方向水平，作用點距墻基為z，則

2．墻后填土分層分層計算:若計算第i層土對擋土墻產生的土壓力，其上覆土層的自重應力可視為均布荷載作用在第i層土上。以粘性土為例，其計算公式為：若為無粘性土，上式中的第二項為零。由于各層填土重度不同，使得填土豎向應力分布在土層交界面上出現轉折由于各層填土粘聚力和內摩擦角不同，所以在計算主動或被動土壓力系數時，需采用計算點所在土層的粘聚力和內摩擦角例題5-5

擋土墻高5m，墻背直立，光滑，墻后填土水平，共分兩層，各土層的物理力學指標如圖所示，試求主動土壓力并繪出土壓力分布圖。

例題5-5

擋土墻高5m，墻背直立，光滑，墻后填土水平，共分兩層，各土層的物理力學指標如圖5-12所示，試求主動土壓力并繪出土壓力分布圖。解：（1）計算主動土壓力系數

（2）計算第一層的土壓力頂面底面

（3）計算第二層的土壓力

底面

頂面

（4）計算主動土壓力Ea的作用方向水平，作用點距墻基為z，則3．填土中有地下水當墻后土體中有地下水存在時，墻體除受到土壓力的作用外，還將受到水壓力的作用。計算土壓力時，可將地下潛水面看作是土層的分界面，按分層土計算。潛水面以下的土層因受到地下水的影響，可分別采用“水土分算”或“水土合算”的方法計算。3．填土中有地下水（1）水土分算法這種方法比較適合滲透性大的砂土層。計算作用在擋土墻上的土壓力時，采用有效重度；計算水壓力時按靜水壓力計算。然后兩者疊加為總的側壓力（2）水土合算法這種方法比較適合滲透性小的粘性土層。計算作用在擋土墻上的土壓力時，采用飽和重度，水壓力不再單獨計算疊加。當墻后填土中有水時，需考慮地下水位以下的填土由于浮力作用使有效重量減輕引起的土壓力減小，水下填土部分采用浮容重進行計算。在計算作用在墻背上的總壓力中應包括水壓力的作用。例題5-6用水土分算法計算圖5-14所示的擋土墻上的主動土壓力、水壓力及其合力。

解（1）計算主動土壓力系數（2）計算地下水位以上的主動土壓力頂面

（3）計算地下水位以下土層的主動土壓力及水壓力因水下土為砂土，采用水土分算法主動土壓力：頂面底面水壓力：頂面底面作用方向水平，作用點距墻基4/3=1.33m。（5）擋土墻上主動土壓力及水壓力如圖5-14所示。

底面（4）計算總主動土壓力和總水壓力（4）計算總主動土壓力和總水壓力Ea作用方向水平，作用點距墻基為z，則水壓力Pw作用方向水平，作用點距墻基4/3=1.33m。（5）擋土墻上主動土壓力及水壓力如圖5-14所示。習題解題步驟求土壓力系數求各分界點的土壓力強度求土壓力值(面積)求作用點位置3土壓力計算方法與分析3.1建立計算模型

隧道上方地面水平、地層均勻，土體自重應力q。

假定盾構土倉內充滿碴土，土壓力按線性分布。3.2土壓力類型分析

盾構土倉隔板支擋著土倉內的土體，土倉內土體產生的側向力作用在土倉隔板上，可將土倉隔板看作擋土結構；盾構刀盤有一定的開口率，土倉內的土體與刀盤前方的土體連通，土倉內土體支擋著刀盤前方土體，開挖面前方土體產生的側向力作用在土倉內土體上，同時土倉內土體產生的側壓力也反作用在開挖面前方土體上，可將土倉內土體看作擋土結構。這樣一來，近似符合土力學相關理論的假定條件，可按土力學相關理論進行分析3.2.1盾構推進狀態(tài)土壓力類型分析（1）盾構推進的某一瞬時，土倉內充滿碴土，當土倉內土體推擠前方土體時，開挖面前方的土體對土倉內土體產生被動土壓力；當土倉內土體相對前方土體靜止不動即位移為零時，開挖面土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時開挖面前方的土體對土倉內土體產生靜止土壓力；當土倉內土體在開挖面前方土體推力作用下向土倉隔板方向移動時，開挖面前方土體對土倉內土體產生主動土壓力。（2）盾構推進的某一瞬時，土倉內充滿碴土，盾構機向前產生了一定的位移，盾構土倉隔板對土倉內土體產生推擠，土倉內的土體對土倉隔板產生的土壓力為被動土壓力。3.2.2盾構停機狀態(tài)土壓力類型分析（1）盾構停機時，土倉內充滿碴土，土倉內土體不再向前推擠，土倉內土體相對前方土體靜止不動即位移為零時，開挖面土體處于彈性平衡狀態(tài)，此時開挖面前方的土體對土倉內土體產生靜止土壓力；開挖面土體不穩(wěn)定并向土倉方向位移時，作用在土倉內土體的側向力使土倉內土體產生一定的壓縮，可看作是向遠離開挖面方向有位移，此時，開挖面前方土體的土壓力為主動土壓力。（2）盾構停機時，土倉內充滿碴土，盾構土倉隔板對土倉內土體不產生位移，土倉內的土體對土倉隔板產生的土壓力為靜止土壓力。3.2.3小結

開挖面前方土體產生的土壓力在盾構推進時可能是主動土壓力、靜止土壓力或被動土壓力，也可能是介于主動土壓力與被動土壓力之間的某一個數值；在盾構停機時可能是主動土壓力或靜止土壓力，也可能是介于主動土壓力與靜止土壓力之間的某一個數值。

土倉內的土體產生的土壓力在盾構推進時是被動土壓力；在盾構停機時是靜止土壓力。3.3土壓力理論計算方法3.3.1開挖面前方土壓力理論計算開挖面前方土體容重γ，粘聚力c，有效內摩擦角φ，靜止土壓力系數為K0。（1）靜止土壓力時，p土=K0(q+γh)則：p土1=K0q，p土2=K0(q+γD)。（2）主動土壓力時，p土=(q+γh)tg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)則：p土1=qtg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)，p土2=(q+γD)tg2(45°-φ/2)-2ctg(45°-φ/2)。（3）被動土壓力時，p土=(q+γh)tg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2)則：p土1=qtg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2)，p土2=(q+γD)tg2(45°+φ/2)+2ctg(45°+φ/2)。

理論上，可通過地質勘察、土工試驗或推導得出開挖面前方土體的γ、c、φ和K0等物理力學指標；實際上，地質勘察布孔有一定的間距，不能完全得出每一開挖面前方土體的相關物理力學指標。研究開挖面前方土壓力時是將土倉內土體看作擋土結構物，只近似符合朗金土壓力理論的假定。這些都對開挖面前方土體土壓力計算的準確性會產生一定的影響。

盡管如此，以地質勘察報告的物理力學指標為依據，采用現有的土壓力理論對開挖面前方土壓力進行計算，其計算結果仍可用來作為土倉壓力設定的主要依據。

【算例1】

以隧道全斷面為砂土、粉土、粘土和淤泥質土等四種地層為例，采用試算法分析和說明開挖面前方土壓力的計算方法。假定隧道開挖直徑D為6m，隧道埋深15m，上覆土容重20kN/m3，上覆土均布荷載q=15m×20kN/m3=300kPa。

參考工程地質勘察報告中的試驗數據或相關文獻的經驗數據，獲取各地層的γ、c和φ等物理力學指標以及K0（也可用K0=1-sinφ），計算主動土壓力系數Ka=tg2(45°-φ/2)和被動土壓力系數Kp=tg2(45°+φ/2)；采用上述公式計算開挖面前方土壓力p土1、p土2

。

當開挖面前方土體有地下水時，還應考慮地下水對開挖面前方土體土壓力的影響：對砂土和粉土按分土分算，側向壓力為靜止水壓力和土壓力之和，地下水位以下的土壓力采用浮容重和有效應力抗剪強度指標計算；對粘性土按分土合算，地下水位以下的土壓力采用飽和容重和總應力抗剪強度指標計算。當隧道上方地面有建筑物或其它荷載時，還應考慮地面荷載引起的附加應力的作用，可采用近似方法將地面荷載換算成等值填土高度進行計算，其垂直應力與隧道開挖面以上的土體自重應力疊加。開挖面前方土體成層分布時，各層土的容重γ、粘聚力c，有效內摩擦角φ等不同，在進行土壓力計算時按各層高度及地層物理力學參數分層計算，土壓力分布在地層交界面處發(fā)生突變，土壓力呈折線分布。3.3.2土倉內土壓力理論計算

土倉內土體容重為γ倉，粘聚力為c倉，有效內摩擦角為φ倉，靜止土壓力系數為K0倉，盾構土倉上覆土荷載q由盾構殼體承受，土倉內土壓力由土倉內土體產生。

（1）靜止土壓力時，p倉’=K0倉γ倉h

則：p倉1=p倉1’=0，p倉2=p倉2’=K0倉γ倉D。

（2）被動土壓力時，p倉’=γ倉htg2(45°+φ倉/2)+2c倉tg(45°+φ倉/2)

則：p倉1=p倉1’=2c倉tg(45°+φ倉/2)，p倉2=p倉2’=γ倉Dtg2(45°+φ倉/2)+2c倉tg(45°+φ倉/2)

土倉內土體是開挖面土體經刀盤切削后，受不同程度壓縮和混合后的重塑土，土倉內土體物理力學性質與開挖面土體相比發(fā)生了一定的變化。

盾構土倉相對密閉，無法從土倉內采集出可試驗的土體，土倉內土體γ倉、c倉、φ倉和K0倉等物理力學指標無法通過試驗等手段得出，因此土倉內土壓力無法采用上述方法進行計算，不能作為土倉壓力設定的依據。盡管如此，對出土情況分析并參考經驗數據估計土倉內土體的物理力學指標，采用現有的土壓力理論對土倉內土壓力進行估算，其結果可應用于土倉壓力控制?！舅憷?】

以算例1的例子為例，采用試算法分析和說明土倉內土壓力的計算方法。假定土倉內的物理力學指標γ倉、c倉和φ倉以及土壓力系數K0倉和Kp倉與開挖面前方土體的相同，采用上述公式估算土倉土壓力p倉1、p倉2?！舅憷?與算例2結果比較】

3.4土壓力計算的分析

（1）開挖面前方土壓力p土分析

p土的大小與地層土體的γ、c和φ等物理力學指標以及荷載q有關，也與土壓力類型有關，在進行計算時應研究地層物理性質和土壓力類型。

當開挖面前方地層c、φ值較大時，地層抗剪強度高，地層穩(wěn)定性好，開挖面前方主動、靜止土壓力較??；

一般情況下，主動土壓力小于靜止土壓力，在地層c、φ值較小時，主動土壓力與靜止土壓力相差較小，而被動土壓力遠大于主動土壓力和靜止土壓力。

（2）土倉內土壓力p倉分析：p倉的大小與土倉內土體的γ倉、c倉和φ倉等物理力學指標有關，土倉內土體是經過刀盤切削后的碴土，物理力學指標又與碴土密實度、土體細顆粒含量大小等相關，同時受盾構施工狀態(tài)影響較大。

盾構推進時，土倉內土壓力為被動土壓力，c倉較大時上部土壓力p倉1較大，φ倉較大時下部土壓力p倉2較大；

盾構停機時，土倉內土壓力為靜止土壓力，上部土壓力p倉1為零，下部土壓力p倉2較小。

（3）土壓力p土與p倉比較分析：

盾構停機狀態(tài)時p土＞p倉。

盾構推進狀態(tài)，開挖面前方土壓力為主動土壓力或靜止土壓力時p土2＜p倉2，c值較小時p土1＞p倉1，c值較大時p土1＜p倉1；開挖面前方土壓力為被動土壓力時p土＞p倉。

當土倉內充滿與原狀土基本一致的土體時，p倉與p土的理論計算結果很難達到基本相同，難以實現真正的土壓平衡模式，即開挖面前方土體不穩(wěn)定或受到擠壓。4

土倉壓力設定與控制4.1土倉壓力設定方法

在土壓平衡盾構土倉隔板上安裝有土壓力傳感器，土倉壓力值由土壓傳感器測得并輸送給可編程控制器（PLC），PLC將測得的土壓力值與設定的土倉壓力值相比較后輸出電信號調控液壓控制系統(tǒng)中的比例流量閥，以此改變螺旋輸送機轉速或推進液壓缸的伸出速度，使土倉壓力的測定值與設定土倉壓力相等。

盾構在土壓平衡模式施工時，以開挖面前方土體土壓力計算值為主要依據，土倉壓力設定值與開挖面前方土體土壓力基本相等；通過控制土倉壓力的實測值與設定值基本相等，實現開挖面土壓力平衡。4.1.1計算開挖面前方土壓力

（1）獲取地層物理力學指標。地質勘探、土工試驗或參考經驗數據，得出γ、c、φ以及地下水頭高度等。

（2）計算隧道上方覆土自重應力和地面荷載引起的附加應力等。

（3）確定土壓力系數。靜止土壓力系數K0（K0=1-sinφ），主動和被動土壓力系數Ka=tg2(45°－φ/2)、Kp=tg2(45°+φ/2)。

（4）計算開挖面前方土壓力。3.1.2確定土倉壓力設定值

結合盾構施工狀態(tài)與工程實踐經驗，并對開挖面前方地層的穩(wěn)定性和沉降控制要求等綜合分析，確定開挖面前方土壓力的類型，以土倉壓力與開挖面前方土壓力基本相等的原則，參照開挖面前方土壓力計算結果，確定合適的土倉壓力設定值。

盾構隧道開挖后，圍巖的應力釋放和變形發(fā)展具有空間和時間效應，圍巖變形不是瞬時就達到其最終值，而是隨著時間的推移逐漸完成的，利用圍巖變形的時空效應，在土體變形的初期階段采用盾構殼體或管片及管片背后的注漿體來支承圍巖，通過調整盾構施工速度縮短圍巖未支承的時間，可以減少地層土體的變形，因此，允許圍巖有一定變形且滿足沉降要求時，可適當減小土倉壓力設定值，有利于盾構推進參數控制和掘進效率提高。實際上，這種利用圍巖變形的時空效應以適當減小土倉壓力的做法在施工中會經常用到。

（1）理論計算的被動土壓力往往比較大，結合工程實踐，土倉壓力的設定值一般不會達到被動土壓力的數值。

（2）一般情況下：

地層穩(wěn)定性較好且地面沉降要求不高，可用介于主動和靜止土壓力之間的某個數值為土倉壓力設定值；

地層穩(wěn)定性較好但地面沉降要求較高或地層穩(wěn)定性較差但地面沉降要求不高，可用靜止土壓力為土倉壓力設定值；

地層穩(wěn)定性較差且地面沉降要求較高，可用略高于靜止土壓力的某個數值為設定土倉壓力值。

（3）由于開挖面前方地層地質的復雜性以及土壓力理論的假定對計算結果的影響，開挖面前方土壓力的理論計算與實際土壓力存在一定的偏差，實際施工中還應通過地面沉降等監(jiān)測數據的分析對土倉壓力設定值進行適當修正。4.2

土倉壓力控制方法與技術措施

實際工程施工中，經常會遇到土倉壓力傳感器顯示土倉壓力不穩(wěn)定、土倉內上下壓力差大、土倉內壓力線性分布規(guī)律不明顯以及土倉內不能完全充滿碴土等情況，土倉內土體性質不穩(wěn)定或形成的土倉壓力與開挖面前方土壓力不平衡。因此，需利用土倉內的碴土并采取措施建立滿足平衡條件的土倉壓力，對土倉壓力進行控制。4.2.1土倉壓力控制方法

開挖面前方土體的性質可通過地層加固等手段進行改善，但受加固條件和成本控制等的影響，一般情況下不可取，僅在特殊部位（如始發(fā)和到達端頭等）采取地層加固措施。開挖面前方土體性質一般情況下不可人為改變，要實現土壓平衡模式掘進，就需要通過改善土倉內土體性質，并采用輔助技術措施改變土倉內土壓力的大小，使土倉壓力的大小與開挖面前方土壓力大致相等，因此，根據開挖面前方土壓力的大小設定好土倉壓力后，重點應進行土倉內土壓力控制。

采用土壓力理論計算方法，估算土倉內土體的靜止土壓力和被動土壓力，以此為指導，采取技術措施對土倉壓力的實測值進行控制。

（1）在盾構推進狀態(tài)，對粘聚力較大（細顆粒含量較高）的粘土地層，要采取措施降低土倉內上下部的土壓力；而對粘聚力較?。氼w粒含量較低）的地層，則要采取措施增大土倉內上部土壓，降低土倉內下部土壓。

（2）在盾構停機狀態(tài)，土倉上下部的土倉壓力都要采取措施適當增大。

通過監(jiān)測數據對土倉壓力設定值進行修正是必要的，但由于地面沉降等往往有滯后效應，盾構開挖過程中在開挖面前方產生的地層沉降會在盾構通過之后隨時間的推移逐步發(fā)展到地面，這就使通過施