2.4在砂性土層中盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定性研究

1、第二章第二章四、在砂性土層中盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定性研究四、在砂性土層中盾構(gòu)開(kāi)挖面穩(wěn)定性研究1刀頭之間開(kāi)挖面穩(wěn)定性課題的提出刀頭之間開(kāi)挖面穩(wěn)定性課題的提出當(dāng)泥水盾構(gòu)工法用于砂性土層時(shí)，對(duì)于開(kāi)挖面的穩(wěn)定機(jī)理，通常都是將作用于開(kāi)挖面的地壓分為地下水壓和有效土壓兩部分，并用泥水壓力對(duì)它們進(jìn)行抗衡。對(duì)于其中的有效土壓部分，當(dāng)開(kāi)挖面有不透水性泥膜完全形成，而且將泥膜介入到開(kāi)挖面處的壓力抗衡時(shí)，常通過(guò)泥水壓和地下水壓之間的差壓的有效作用，來(lái)謀求開(kāi)挖面的

2、穩(wěn)定。并采用這種思考方式來(lái)設(shè)定泥水壓力和對(duì)泥水質(zhì)量進(jìn)行管理。但是，切削刀頭每隔15～45秒的間隔時(shí)間就對(duì)開(kāi)挖面進(jìn)行一次切削，因此開(kāi)挖面在一定程度上受到泥水的滲透并使地下水產(chǎn)生流動(dòng)，提高開(kāi)挖面土體的孔隙水壓。特別是原來(lái)被認(rèn)為在泥膜形成性好、有效泥水壓易形成的透水性小的砂性土層，對(duì)于象現(xiàn)場(chǎng)這樣長(zhǎng)距離的排水情況，不如大幅度提高孔隙水壓，使有效泥水壓力變得很小。因此，提高這樣的孔隙水壓成為開(kāi)挖面穩(wěn)定的首要問(wèn)題。(1)在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖面土體中孔隙水壓的

3、上升狀況在日本福岡市高速地鐵1號(hào)線博多至機(jī)場(chǎng)之間的延伸工程，采用直徑10.2m泥水盾構(gòu)掘進(jìn)，覆土深度為5～10m。根據(jù)當(dāng)時(shí)隨著掘進(jìn)測(cè)定的孔隙水壓的變化和土體擾動(dòng)的事例為依據(jù)，探討過(guò)?？紫端畨旱陌l(fā)生量和開(kāi)挖穩(wěn)定之間的關(guān)系。在量測(cè)斷面的孔隙水壓計(jì)和變位計(jì)的設(shè)置位置及土質(zhì)構(gòu)成情況見(jiàn)圖14。圖15是隨著盾構(gòu)的掘進(jìn)在量測(cè)斷面CE上的各地層孔隙水壓的變化情況。圖15中，遇到開(kāi)挖面經(jīng)過(guò)的土層即花崗巖風(fēng)化砂土(滲透系數(shù)為1104cms)，其中的孔隙水壓

4、(CEP4和CEP5)隨著盾構(gòu)的接近逐漸上升，從通過(guò)開(kāi)挖面的前一天開(kāi)始就急劇上升。此外，在通過(guò)開(kāi)挖面前30min(約60cm距離)，盾構(gòu)中心位置的孔隙水壓(CEP5)為0.1857MPa，對(duì)于設(shè)定的泥水壓力0.19MPa來(lái)說(shuō)，有效泥水壓就顯得很小，僅為0.0043MPa。在沖積砂性土(滲透系數(shù)為1103cms)和洪積砂性土(滲透系數(shù)為1103cms)的孔隙水壓中(CEP1、CEP2、CEP3)，即使盾構(gòu)接近幾乎也不發(fā)生變化。這是因?yàn)樯皩?/p>

5、處在開(kāi)挖面地層外，并且滲透系數(shù)比開(kāi)挖面土層為花崗巖風(fēng)化砂土的要大一位數(shù)。圖16量測(cè)斷面處孔隙水壓和沉降歷時(shí)變化曲線(2)盾構(gòu)刀頭對(duì)開(kāi)挖面的擠壓力及在刀頭之間開(kāi)挖面穩(wěn)定性方面產(chǎn)生的問(wèn)題點(diǎn)與開(kāi)挖面穩(wěn)定有著密切關(guān)系的刀頭，其對(duì)開(kāi)挖面的擠壓力相當(dāng)于作用在全部刀頭上的合計(jì)推力。但在盾構(gòu)施工中，直接測(cè)定刀頭合計(jì)推力的事例是極少的。即使在上述日本福岡地鐵也不進(jìn)行直接測(cè)定，因此用圖14所示的土質(zhì)常數(shù)和下述方法推定刀頭的合計(jì)推力。作用在全部刀頭上的合計(jì)推

6、力Fb從(1)式中求得。此外，將Fb換算成開(kāi)挖面平均單位面積的刀頭壓力fb從(2)式中可求得。即：Fb=Ft(FpFsFs1Fc)(1)fb=(2)式中：Fb—作用在全部刀頭上的合計(jì)推力(tf)Ft—總推力3900(tf)Fp—盾構(gòu)殼體和土體的摩擦阻力827(tf)Fs—管片和盾構(gòu)殼體的摩擦阻力33(tf)Fs1—由泥水壓力產(chǎn)生的反作用力1552(tf)Fc—后方車架的牽引阻力20(tf)Fb—刀頭壓力(tf)A—盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)的斷面積81

7、.7(m2)所以，開(kāi)挖面平均單位面積的刀頭壓力fb為：Fb：=3900(82733155220)=1468(tf)fb：=146881.7=18.0(tfm2)其次，除了盾構(gòu)中心位置的地下水壓，靜止土壓pK0=1sinφ=0.5由此：p=K0(γ1h1……γshs)(3)=0.5(2.23.33.93.45.6)=9.2(tfm2)因此，刀頭壓力可以推定為18.0tfm2。它是比靜止土壓9.2tfm2大得多的壓力擠壓開(kāi)挖面。此外，如果