掘进控制与管理：盾构施工中的土仓压力与地表沉降关系

掘进控制程序如图8.3.1所示。

图8.3.1　掘进控制程序图

在盾构掘进中，保持土仓压力与作业面压力（土压、水压之和）平衡是防止地表沉降，保证建筑物安全的一个很重要的因素。

1.土仓压力值的选定

（1）获取地层物理力学指标。地质勘探、土工试验或参考经验数据，得出γ（土体重度）、c（黏聚力）、φ（内摩擦角）以及地下水头高度等。

（2）计算隧道上方覆土自重应力和地面荷载引起的附加应力等。

（3）确定土压力系数。静止土压力系数，主动和被动土压力系数。

土仓压力值P值应能与地层土压力P和静水压力相抗衡，在地层掘进过程中根据地质和埋深情况以及地表沉降监测信息，进行反馈和调整优化。地表沉降与工作面稳定关系及相应措施对策见表8.3.1。

表8.3.1　地表沉降与工作面稳定关系及相应措施与对策

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2.土仓压力的保持

土仓压力主要通过维持开挖土量与排土量的平衡来实现。可通过设定掘进速度、调整排土量，或设定排土量、调整掘进速度两条途径来达到。

排土量的控制是盾构在土压平衡工况模式下工作时的关键技术之一。

理论上螺旋输送机的排土量　sQ是由螺旋输送机的转速来决定的。当推进速度和P值设定，盾构可自动设置理论转速N：

通常，理论排土率用表示。

渣土的排出量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的支撑压力值，使掘进机的工作处于最佳状态。当通过调节螺旋输送机的转速仍不能达到理想的出土状态时，可以通过改良渣土的塑流状态来调整。

3.渣土具有的特性

在土压平衡工况模式下渣土应具有以下特性：① 良好的塑流状态；② 良好的黏—软稠度；③ 低内摩擦力；④ 低透水性。

一般地层岩土不一定具有这些特性，从而使刀盘摩擦增大，工作负荷增加。同时，密封仓内渣土塑流状态差时，在压力和搅拌作用下易产生泥饼、压密固结等现象，从而无法形成有效对开挖仓密封和良好的排土状态。当渣土具有良好的透水性时，渣土在螺旋输送机内排出时无法形成有效的压力递降，土仓内的土压力无法达到稳定的控制状态。

当渣土满足不了这些要求时，需通过向刀盘、混合仓内注入添加剂对渣土进行改良，采用的添加剂种类主要是泡沫或膨润土。