文档介绍：第 3 1卷, 第 4期中国铁道科学 Vo l1 31 No1 4
2 0 1 0 年 7 月 CH INA RAILWAY SCIEN CE July, 2010
文章编号: 1001- 4632 ( 2010) 04- 0053- 06
基于位移反分析法的盾构掘进面土压力计算
邹春华1 , 周顺华1 , 徐正良2 , 孙玉永3
( 1. 同济大学交通运输工程学院, 上海 201804; 2. 上海市城建设计研究院, 上海 200001;
3. 铜陵学院土木建筑系, 安微铜陵 244000)
摘要: 在盾构掘进过程中, 由于刀盘的挤压作用, 土仓压力不等于掘进面土压力。为研究二者的关系,
提出基于位移反分析法的盾构掘进面土压力计算方法。建立模拟盾构掘进的 AN SY S 三维模型, 结合盾构前方土
体( 或构筑物) 的实测变形数据, 调用 A NSY S 优化分析模块计算盾构掘进面土压力。该方法的适用区域为: 位
移监测点位于主要受掘进面土压力挤压作用区域的土体内。以上海地铁 7 号线上行线隧道斜下穿既有地铁 2 号
线下行线隧道盾构施工工程为例, 采用该方法对掘进面土压力进行计算分析。结果表明: 该方法在本工程中的
适用范围为盾构掘进刀盘距既有隧道中心线 6~ 18 m 的区域; 掘进面土压力约为土仓压力的 11 17 倍。
关键词: 盾构隧道; 掘进面; 土仓压力; 土压力; 位移反分析
中图分类号: U 4591 3: U 451 2; U 4551 43: T U 432 文献标识码: A
土压平衡盾构掘进施工过程中, 盾构掘进面土为数值模拟计算盾构推进施工中施加于掘进面的土
压力是直接作用于盾构前方土体的应力。掘进面土压力取值提供理论依据。
压力过大, 前方土体将产生很大的隆起变形, 同时
会增加刀盘的磨损; 掘进面土压力过小, 前方土体 1 土仓压力与掘进面土压力
将产生过大的下沉变形, 并会增加盾构通过后的地
面下沉。在盾构施工工程中, 一般取土仓压力为施 11 1 土仓压力设定
工控制参数, 并认为土仓压力与掘进面土压力是相土压平衡盾构平衡原理如图 1 所示, 土仓中的
等的。但由于掘进面土压力是仓内土体及刀盘共同压力须与掘进面土体的静止土压力平衡以维持掘进
作用的反映, 掘进面土压力往往不等于土仓压力。面土体的稳定, 减少对土层的扰动。
因此有必要研究盾构掘进过程中, 实际作用于盾构
前方土体的掘进面土压力与作为施工控制参数的土
仓压力之间的关系[ 1] 。目前学者对土仓压力进行了
实测分析和理论研究[ 2-6] 。在研究盾构施工对周边
环境影响时, 多采用数值模拟的手段进行, 而在盾
构掘进数值模拟分析中, 施工加于盾构刀盘前方土
体的顶推力通常取为土仓压力, 并没有考虑土仓压
力与掘进面土压力之间的差异, 因此造成数值计算
结果误差大, 甚至是错误的。
图 1 土压平衡盾构原理示意图
20 世纪 70 年代出现并不断完善的位移反分析
方法, 已成为解决复杂岩土工程问题的有效方法之
土体的静止土压力 P0 的理论计算值为
一[ 7] , 并应用于盾构隧道的分析研究[ 8-10] 。本文将
P0 = P c + Pw