[发明专利]基于出土率的土压平衡盾构螺机加压介质平衡确定方法

说明书

本发明涉及盾构施工技术领域，特别涉及基于出土率的土压平衡盾构螺机加压介质平衡确定方法；包括：绘制土压平衡盾构掘进原理图以及螺机排土作用示意图；获取土压平衡盾构施工的数据，根据盾构施工过程中地层条件的差异，计算螺机排出的相对于天然状态土体体积；根据土压平衡状态原理，计算盾构掘进时的出土率；将计算得到的盾构掘进时的出土率与技术指标进行比较，当计算得到的盾构掘进时的出土率满足对应的技术指标时，可得土压平衡盾构掘进处于的实际平衡状态。本发明通过对盾构掘进时的土量平衡进行理论分析，采用出土率来维持土量平衡理论，综合考虑了土压平衡盾构施工的实际数据以及地层的复杂性，以使土压平衡盾构掘进处于平衡状态。

技术领域

本发明涉及盾构施工技术领域，特别涉及基于出土率的土压平衡盾构螺机加压介质平衡确定方法。

背景技术

土压平衡盾构掘削工作时，推进力通过开挖下来的并充满土仓的土体(渣土)、刀盘开口将压力传到掌子面，通过螺机(下面统称螺机)(与土仓联通)精确控制开挖渣土的排出速度，使其与盾构掘进的速度成比例以保持支护掌子面的压力等于或略高于周围地层的压力。即开挖下来的渣土作为加压介质保持掌子面的稳定(平衡)。螺机是土压平衡盾构的重要组成部分,它主要用来从盾构密封仓内将刀盘切削下来的泥土排出盾体,同时保持密封仓内土压力,维持掌子面土体的稳定。即盾构掘进施工时的土仓内进土量与出土量的介质平衡。介质平衡依靠螺机转速与盾构掘进速度的匹配来实现，具体是通过螺机排土量的控制来实现上述的平衡状态。螺机排土量过大，会导致开挖面地层损失大从而极易引起地层坍塌或地表沉降过量的问题；螺机排土量过小，会使土仓压力迅速增大，进而使掌子面产生过大压力，引起地表隆起破坏。

泥土室内一般还设置相应搅拌机构，以促使渣土的塑性流动，便于在螺机内形成具有密封效果的柱塞，通过盾构千斤顶的推进力和密封柱塞对泥土室内搅拌后的泥土加压再通过刀盘上的缝隙将该泥土压力传递并作用于整个开挖面，控制螺机的排土量，就可使开挖面上的压力始终处于动态平衡而保持开挖面稳定从而控制地表沉降量。因排土量控制不当而致使掌子面失稳的事故屡有发生，因此很有必要对排土量控制这个基本问题进行研究分析。目前的一些研究(例如：王洪新等.土压平衡盾构平衡控制理论及试验研究[J]，土木工程学报，2007，5(40)：61-68)提出了通过改变输送机转速或推进速度来控制排土量的思路，但对其土量平衡状态分析则不够全面，并且参数的相关性大多数是基于模型试验进行验证的，忽略了地层的复杂性，因此不能为实际盾构施工提供较高的参考价值。为此，本发明针对盾构掘进时的土量平衡进行理论分析，提出了基于出土率的土压平衡盾构螺机加压介质平衡确定方法，该方法基于出土率来维持土量平衡理论，以使土压平衡盾构掘进处于平衡状态。

发明内容

本发明的目的在于提供基于出土率的土压平衡盾构螺机加压介质平衡确定方法，以解决上述技术中提出的问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

基于出土率的土压平衡盾构螺机加压介质平衡确定方法，包括：

根据土压平衡盾构现场施工报告，绘制土压平衡盾构掘进原理图以及螺机排土作用示意图；

获取土压平衡盾构施工的数据，确定螺机的具体参数，并根据盾构施工过程中地层条件的差异，计算有效出土比以及螺机排出的相对于天然状态土体体积；

根据土压平衡状态原理，计算土压平衡盾构掘进的挤压量、土压平衡盾构掘进的挤压率以及盾构掘进时的出土率；

根据土压平衡盾构掘进的出土率可能性划分土压平衡盾构掘进处于不同状态级别，其中，土压平衡盾构掘进处于不同状态级别包括土压平衡盾构掘进处于平衡状态、土压平衡盾构掘进处于欠平衡状态和土压平衡盾构掘进处于不平衡状态，针对土压平衡盾构掘进处于不同状态级别，分别预设对应的技术指标，并将计算得到的盾构掘进时的出土率与技术指标进行比较，当计算得到的盾构掘进时的出土率满足对应的技术指标时，可得土压平衡盾构掘进处于的实际平衡状态。