李海福

（中国水利水电第十四工程局有限公司, 云南 昆明 650000）

本文就对于某隧道地址条件，创建泥水盾构掘进参数计算模型，并且得到一定规律。

1 工程概况

某越江隧道工程使用双管单层型的方式，主要包括南北两线穿过湘江。过江段的盾构隧道长度为2722.52 单线米，其中的南线长度为1347.58m，北线长度为1374.94m。掘进的方式使用泥水盾构，隧道的管片外径为11.3m，管片的内径为10.3m，管片的厚度为50cm，环宽为2m，环向一共有九块。

掘进区域中的地层主要包括中风化砾岩、强风化砾岩等，盾构掘进的区域就在两者中。根据此隧道的物探报告，全面分析隧道掘进区域中裂隙的密度带。通过分析表示，隧道掘进区破碎带主要包括裂隙密集带，掘进区域中具有四个较大的异常带，属于裂隙密集带，分别为北西向及北东向的走向，其他的裂隙密集带小，分布没有规律。裂隙密集带中的内岩体破碎，缺乏良好整体性。和区域地质资料相互结合进行分析，场地附近具有较多的断裂构造，对隧道沿线位置的岩体破碎造成了影响，节理裂隙的发育也有所影响，风化的程度比较高，并且分布不均匀。具有多条裂隙密集带穿越隧道轴线，裂隙带的走向为北西乡及北东向[1]。

和隧道掘进区域地质异常、地层资料及隧道的设计文件相互结合，选择北线K1+050 到K1+240 段掘进参数成为分析段，也就是管片环数为315-410 环之间。参数分析段地层的类型属于中风化砾岩，隧道线路坡度从西到东分别为0.4%。区域中具有较差地址条件区域，也就是裂隙密集带F2。以此区域中的地质条件，使实验分析带划分成为正常区域及裂隙密集区域。

2 计算盾构掘进参数

利用对掘进施工过程中的实际测量数据进行整理和统计，得到超大泥水平衡盾构参数的设定技术[2]。

2.1 计算切口水压

根据泥水平衡盾构来说，其重点为匹配多种掘进参数。在各个参数中，设置切口压力和控制技术尤为重要。为了降低开挖面土体扰动，在盾构推进挖土及衬砌拼装的过程中，要始终保持密封仓中的压力比正面主动侧压力及水压力的和大。分析掘进参数，得到切口压力计算方法，并且在后期盾构掘进施工过程中进行完善及验证。隧道顶部切口水压设置值能够以常用土力学计算公式进行计算，上限值根据静止土压力计算，下限值根据主动土压力计算，实际值的计算为(上限值+下限值)/2-0.2bar。

以盾构掘进的区域，顶部切口水压包括江中段及岸上段。切口水压上限值的计算公式为：

其中Pfu指的是隧道顶部切口水压的上限值，P1指的是地下水压力，P2指的是静止土压力，P3是指变动土压力，K0指的是静止土压力的系数。

切口水压下限值的计算公式为：

Pf1指的是隧道顶部切口水压的下限值，K0指的是变动土压力[3]。

2.2 切口水压的完善

通过切口水压计算公式表示，切口水压的值和隧道上部水位具有密切的关系，要对河流水位的变化进行全面的考虑，尤其是因为潮汐导致的影响，要重视水位检测频率。根据切口水压计算公式表示隧道上部水面标高有1m 的变化，那么切口水压就要调整0.1bar。另外，在长时间持续降雨或者防水的特殊情况，要提高隧道切口水压的值。在隧道盾构掘进穿越钱覆土段的时候，切口水压要根据上述公式中的值，避免出现冒浆的情况，使切口水压降低。以此表示，切口水压取值能够在此隧道工程中使用，超大泥水平衡盾构穿越浅覆土地段的时候会出现轻微的冒浆情况，根据以上所出现的泥水切口压力计算方法实现掘进参数的设置[4]。

2.3 泥水平衡盾构掘进过程

其一，盾构机开挖第一环节，这个时候的相应位置土体被杀死，以此实现土体被挖掘过程的模拟，还能够使预设机身壳单元进行激活，机身和土体接触的单元也激活。

其二，盾构机开挖到第二环距离的时候，盾构机机身也施加位移。

其三，盾构机在完全进入到土层之后，盾构机机尾已经完成一环衬砌的拼装。

其四，完成第一环衬砌，并且同步注浆。这个时候，使注浆单元层的位置机身单元杀死，实现盾尾迁移的模拟，将此机身和土体的接触进行接触。对注浆力学性质在空间及时间中的变化考虑，所以使注浆充分考虑非线性弹性材料。

其五，在开挖盾构机一段时间之后，盾构机后方拖车随着盾构机运动，拖车施力位置也运动，表示拖车对于衬砌作用属于连续静荷载，实现开挖模拟。

2.4 配置模型地层

以相似比原理选择模型底层，对比实际底层，内摩擦角、重度、弹性模量、粘聚力要满足相似比，模拟实验过程中使用灰度淤泥质粘土和灰色粉西沙[5]，表1 为土体力学参数。

表1 土体力学参数

3 模拟实验的设计

实验系统主要包括驱动系统、模型盾构、实验土箱及测试系统。泥水平衡盾构模型机的直径为40mm，通过一台小型土压平衡盾构模型改造。试验土箱为长方体。因为此实验台的尺寸比较小，数据收集系统较为简单，推进系统泥浆压力能够通过在泥水仓压力埋设计算，利用人工测量推进距离。

对比推进段实验结果，并且使试验值和模型理论计算上下限制和沉降检测数值实现对比，能够得到泥水仓压力和地表关系规律。图1 为0-10cm 推进段的泥水仓压力。

图10-10cm 推进段的泥水仓压力

盾构在开始10cm 试推进过程中，因为泥浆管路反复堵管，要不断的进行管路疏通，因为无法正常创建泥浆压力，泥水仓内部泥浆利用刀盘间隙涌出，降低泥水仓压力。实际的泥水仓压力比理论计算下限要低，但是因为盾构在高底层强度出洞加固体范围中，检测底层沉降值较低。

盾构在进入到模拟江中浅埋试验段之后，泥水仓压力上下的浮动比较大，是因为管道严重堵塞，从而导致压力波动。通过实验过程表示，在泥水仓压力浮动值长时间比理论值±20%要长的时候，会出现堵管及冒浆的情况。和其相互对应的沉降分析可以看出来，压力波动较大时候的沉降监测值及隆起值也比较大[6]。

4 结语

在盾构穿越底层过程中，要实现盾构掘进参数的优化和控制，使盾构总推力得到提高，解决总推力降低的问题，避免刀盘每转切深降低，以此使盾构机能够快速的穿越到裂隙密集区域中。提高泥水进浆量，对掌子面稳定性进行保证。