1、土壓平衡模型盾構掘進試驗研究土壓平衡盾構掘進是軟土地區地鐵隧道施工的主要方法之一，然而，它在不同的土層中的適應性是不一樣的。為討論土壓平衡盾構機的盾構施工mm，盾構在 3種典型土層中的推動距離分別是 2400 mm(粘土)、2000 mm(砂土)和 2000 mm 以上(砂礫土)。 <CENTER</CENTER1.2 試驗數據的采集試驗需要采集的數據有：模型盾構機的推力和推動速度、刀盤扭矩、刀盤轉速、螺旋機轉速、土艙土壓力、土箱內土體土壓力等，這些數據采納各種傳感器通過 PLC 采集，可以實時地顯示所需要的數據和曲線，并能自動存儲下來，以供分析。2 掘進試驗及其試驗數據的分析2.

2、1 土艙內外土壓的相關關系分析土艙土壓力是土壓平衡盾構掘進過程中一個重要的監測數據，由于土艙土壓力的變化反映了盾構推動過程是否平穩，直接影響到開挖面的穩定。圖 3(a)(b)為盾構掘進試驗過程中土艙外土壓力與土艙內土壓力的差值隨推動距離的變化曲線，可以看出，盾構掘進過程中土艙內外存在肯定的土壓力差，刀盤開口率為 30%時在粘性土層中平均為 0.040.05 MPa，刀盤開口率為70%時在粘性土層中土壓力差的平均值為0.030.04 MPa，這表明在其它條件肯定的狀況下，該壓力差的大小與刀盤開口率大小有關，刀盤開口率大則土艙內外土壓力差值小，明顯開挖面前方的土壓力大于土艙內的土壓力，并且砂性土層

3、中土艙內外土壓力差值更明顯。 <CENTER</CENTER通過工程實測數據反映的規律與試驗反映出的規律是全都的。圖 4表示上海地鐵一號線某區間隧道(刀盤開口率為 30%)和上海雙圓隧道某區間(雙圓盾構刀盤開口率為 85%)實測的土壓力數據，土壓力計的埋深約為 10 m。在切口到達處，對于刀盤開口率為 30%的盾構來說，土艙內外土壓力差值達到近 0.08MPa，而開口率較大的雙圓盾構的土艙內外土壓力差值僅為 0.03 MPa，這說明開口率較大的土壓平衡盾構在推動過程中土層中產生相對較小的附加土壓力。2.2 掘進過程中刀盤扭矩的變化規律圖 5(a)，(b)反映了在不同的土層中掘進時盾

4、構刀盤扭矩的變化狀況以及刀盤開口率的大小對扭矩的影響。刀盤開口率的大小對扭矩有明顯影響，明顯，在粘性土層中和在砂礫土層中掘進時，盾構刀盤開口率為30%時的刀盤扭矩大于刀盤開口率為70%時的刀盤扭矩。另外，還可以發覺，刀盤扭矩的變化與土艙土壓力的變化趨勢基本全都，見圖 6。這說明刀盤切口處土體的應力水平(與土艙土壓力僅有一差值)對刀盤的扭矩有明顯影響，而切口處土體的應力水平與盾構的埋深有關。比較圖 5(a)和圖 5(b)還顯示，在粘性土和砂礫土層中刀盤的扭矩有很大區分，可見，土性對刀盤扭矩的大小有明顯影響。 <CENTER</CENTER2.3 掘進過程中盾構總推力的變化規律圖7和圖

5、8是掘進試驗過程中總推力的變化曲線，在粘性土層中總推力隨推動距離的增大而增大，這是由于在試驗平臺上隨著推動距離的增大盾構機本身和與之連接的鋼管節與土體接觸面積在增大，因而側摩阻力在增大，所以總推力隨著推動距離的增大而增大。實際上，在土壓平衡的狀況下盾構在同一勻稱土層中勻速推動時盾構機本身的側摩阻力是不變的，因此總推力不會隨著推動距離的增大而增大。可以看到在不同的土層中(粘性土、砂性土、砂礫土)，總推力有較大差別，這說明土性對總推力有明顯的影響。盾構掘進機在推動過程中，總推力主要用于克服土體作用于盾構掘進機刀盤上的正面阻力和土體作用于盾構掘進機殼體表面上的摩阻力，因此，除了土體本身的性質影響著盾

6、構掘進機總推力之外，土艙內土壓力的大小影響了刀盤上的正面阻力的大小，因而也影響總推力的大小。 <CENTER </CENTER圖 9 反映了總推力與土艙土壓力的相關關系，可以看出，土艙土壓力和總推力兩者幾乎在“同步”變化，這說明兩者之間有較強的的相關性。 <CENTER</CENTER2.4 盾構總推力和扭矩的關系圖 10 反映了試驗中盾構刀盤扭矩與盾構總推力的相關關系曲線。依據圖 10 可以看到，盾構在粘性土層掘進過程中，刀盤扭矩和盾構總推力也具有相當好的相關性，兩者的變化基本上是“同步”的。而圖 10(b)是大阪大川盾構隧道的實測數據，也表明刀盤扭矩與盾構推力之間有

7、良好的相關關系。 <CENTER</CENTER <CENTER</CENTER實際上，由圖 6 可以看到，土艙土壓力與刀盤扭矩之間存在著的很好的相關關系，依據前面的分析可知，影響扭矩的主要因素包括土性、刀盤前方土體的應力水公平，而土艙土壓力的大小間接反映了刀盤前方土體的應力水平，所以總推力與刀盤扭矩的關系，只是土艙壓力與刀盤扭矩關系的反映。試驗得出的盾構總推力和扭矩的關系與工程實測中得出的規律也是全都的。3 結 論通過在新建立的盾構掘進模擬試驗平臺上先后掘進粘土、砂土和砂礫土 3 種典型地層的兩次盾構掘進試驗討論，本文嘗試分析了土壓平衡模型盾構的刀盤扭矩、刀盤開口率、

8、推力以及土艙內外土壓力的變化規律，可得到以下結論：(1) 在盾構掘進過程中土艙土壓力與開挖面前方土體中(或刀盤面板上)土壓力存在肯定的土壓力差，開挖面前方的土壓力大于土艙內的土壓。土艙內外這個土壓力差值的大小與刀盤開口率大小有關。刀盤開口率較大，則對應的土艙內外土壓力差值較小;反之亦然。(2) 刀盤切口處土體的應力水平對刀盤的扭矩有明顯影響，而切口處土體的應力水平與盾構的埋深有關。另外，在粘性土和砂礫土層中刀盤的扭矩的大小有明顯區分，因此埋深、土性等是影響刀盤扭矩的重要因素。(3) 盾構掘進試驗表明刀盤扭矩的大小與刀盤開口率相關，刀盤開口率較小時刀盤扭矩矩較大，刀盤開口率較大時刀盤扭矩矩較小。

9、因此，開口率較大的刀盤對土層的適應性較好。(4) 土性對總推力有明顯的影響，盾構總推力也與土艙土壓力的大小相關，而土艙土壓力大小的設定與主要打算于隧道的埋深和土性等因素，所以，盾構選型或進行盾構總推力的設計計算時要考慮隧道的埋深和土性等因素。Tunnelling and Underground Space Technology, 1996,11(10):4550. 唐益群 宋永輝,周念清,等.土壓平衡盾構在砂性土中施工問題的試驗討論.巖石力學與工程學報,2022,24(1):5256.(TAND Yi-qun, SONG Yong-hui, ZHOU Nian-qing, et al.expe

10、rimental research on troubles of EPB shield construction in sandy soil. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2022,24(1):5256.) 樂貴平.淺談北京地區地鐵隧道施工用盾構機選型.現代隧道技術,2022,40(3):1430.(YUE Gui-ping. Selection ofshield machine for Beijing metro construction. Modern Tunnelling Technology, 2022,40(3

11、):14-30.) 丁志誠,張志勇,白 云.廣州地鐵隧道施工中的盾構選型及盾構改進應用.巖石力學與工程學報,2022,21(12):18201823. (DING Zhi-cheng, ZHANG Zhi-yong, BAI Yun. Application of shield selection and shield improvement in Guangzhou metro shield tunnel construction. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2022,21(12):18201823.) 程展林,吳忠

12、明,徐言勇.砂基中泥漿盾構法隧道施工開挖面穩定性試驗討論.長江科學院院報,2022,18(5):5364.(CHEN Zhan-lin, WU Zhong-ming, XU Yan-yong. Experimental study on stability of tunnel excavation surface in sand foundation by slurry shield method. Journal of Yangtze River Scientific Research Institute, 2022,18(5): 5364.) 傅德明,李向紅,等.大型盾構掘進模擬試驗平臺:中國,CN202210089260.7 .2022. (FU De-ming, LI Xiang-hong et al. Large-scale test platform for model shield driving. China: CN202210089260.7 . 2022.) 上海隧道工程股份有限公司.國家“863 方案”項目-盾構地層適應性設計理論、方法和模擬試驗平臺鑒定資料.上海:上海隧道工程股份有限公司,2022.(Shanghai Tunnel Engineering Company. The find