盾构机始发端头土体稳定性的计算模型的研究.pdfVIP

地F铁道文集 盾构机始发端头土体稳定性的计算模型研究 谢保锋 (广州地铁总公司) 摘要：盾构施工过程巾，往往需要对盾构端头土体的稳定性进行计算以便确定土体加固的必 要件，保证盾构的顺利始发。本文结合广州地铁一号线盾构工程的实践，按照实用，可靠、简便 的原则，对盾构端头土体的稳定性计算方法进行研究，便于以后类似工程借鉴。 关键词： 盾构施工、端头上体、稳定性计算模型 一、刖若 在盾构机开始推进之前，必颈确保打开盾构洞门后土体的稳定性。否则，一旦发生洞门土体 塌方，轻则影响施I：L朗，重则可能造成盾构始发井被塌方土体“淹没”， 从而损坏始发井内工 程设施．延误盾构施1一工期和增大工程投资，造成严 重后果(参见图1)。当盾构洞fJ土体不能自稳时，则必 须采取措施进行加固(简称“盾构端头土体加固”)。因 此，如何对盾构端、大土体的稳定性进行评价，从而确定 十体加固的必要性，足盾构施上过程巾必须解决的|、口J 题。数值计算方法的发展及i1算机在1：程界的普及应用 虽然已经很好的解决r这一问题，具有良好的精度和可 靠性。但是数伉计算方法往往需要投入较多的时间和精 力，在实际应用中显得很不方便。对于作为盾构施工辅 助措施的后构端头Ll奉加固』二程来说，需要建立一种简 便、可靠、灾I叶j、l司时也能达到令人满意的效果的计算 模型米评价盾构端头十体的稳定性。本文结合广州地铁 一号线盾构上稃端头土体加固r程的实践，对此进行分析研究。 二、问题的提出 图l盾构端头土体加固示意图 研究盾构端头上体加固，旨先斜确定打井洞门后届构端头土体是否能够fj稳即加固的必要 性。某些情况r，土体的稳定性可凭J一稃经验进行判断。例如，在软弱土层中，土体自稳性较差， 一般均需进行加固：在强度较高、整体，F1．较好的岩层中，其It稳性较好，一般一E必进行加固。但 当地质条件：午于曲首之间时，则有必要通过计算米确定土体的Iil稳件。此时，必须建立合理的计 算模型进行土体稳定性的计算。 三、计算模型的建立 l、极限平衡原理 根据上体的极限平衡理论，当土体处于从平衡转向运动的过渡状态即极限二ftl-tt态时，土体 中存在一破坏向并与最人主虚力作用面成定角度11I； 在此破坏面上满足极限甲衡条件 S=R n：啊、+竺 ‘) 其中 s：破坏面上的剪力 R：破坏面上土体的抗剪强度 2、土体稳定忤汁算模型 494 地下铁道文集 打开盾构洞门后，端头土体处将发生位移并有nJ能达到主动朗金状态。此时，端头上体破坏时的 最大主应力在竖直方向。据此可建立盾构端头土体稳定性评价的计算模型并按其滑动体形态分别 说明如下： 1)组合楔体模型 此模型按平面问题对盾构端头土体的稳定性进行分析。假发滑动土体为一平面组合楔体(如图2 所示)，则有： a u t R=∑(c。一)+(q+w．+w2)．Cos l a．t R=E／c．一．)+(q+wI+耽)·Cos 其中 q：地面超载 c。：各层七的内聚力 10滑动面在各层土体中的截距 巾：土体的内摩擦角 w。：滑动体I的单位长度重量 w，：滑动体TI的单位长度雹量 a：滑动面倾角 图2组合楔体模犁 土体自稳的判断标准为安全系数： R=罢 其中： F、1．0