盾构始发与到达端头加固理论与实践

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1、中国矿业大学（北京）江玉生Tel:13601257487Email:yusheng.jiang@263.net盾构始发与到达端头加固理论与实践专题讨论1.为什么要进行端头加固？2.端头加固的理论计算方法是什么？3.端头加固的基本要求是什么？4.常用的加固方法及其优缺点和适用范围。讨论的主要内容端头加固的目的与意义⑴满足土体强度的要求⑵满足土体稳定性的要求①加固土体的静态稳定，包括施工期稳定性和长期稳定性。②加固土体的扰动影响，破洞门振动过大对土体的扰动等。⑶满足加固（土体）的渗透性要求（特别是水+沙+压力的情况）⑷满足加固（土体）的变形特征的要求（土压建立前和土压消失后）1、为什么

2、要进行端头加固？需要注意的问题强度和稳定性⑴参数的选取，特别是土体的抗拉强度和水土压力；⑵稳定性验算只适合于粘性土（滑移失稳理论）；⑶长期稳定性问题没有解决；⑷加固土体的扰动问题没有解决；渗透性问题⑴渗透系数10-7的根据？⑵水+沙+压力对加固长度的要求变形特征保持在土压建立起来之前（盾构始发）和消失之后（盾构到达）的一段时间里，上覆土体变形的可控。1.为什么要进行端头加固？传统的端头加固计算方法新的研究结果2.端头加固的理论计算方法加固土体强度要求：薄板弯曲理论计算加固体厚度传统端头加固的理论计算方法薄板理论计算模型图加固土体强度计算公式国外:日本JETGROUT协会（JJGA）

3、规范的计算公式，加固厚度为：其中：P:洞门中心处的水土合力；D：封门直径；σt：加固土体的极限抗拉强度；安全系数KO取1.5～2.0，计算系数β取1.2。传统端头加固的理论计算方法国内：（静力学理论）最大弯曲应力（中心处）：最大剪力（支座处）：传统端头加固的理论计算方法强度验算要求整体稳定性验算图传统端头加固的理论计算方法稳定性计算公式纵向加固范围（粘性土滑移失稳理论）抗滑安全要求：其中：M：滑动力矩；M抗：抗滑力矩；C：加固前土体的粘结力；△C：加固后土体的粘结力；H：上覆土体的厚度；P1：地面荷载传统端头加固的理论计算方法横向加固范围（土体扰动极限平衡理论）式中R:松动圈半径；

4、a:盾构隧道半径。传统端头加固的理论计算方法松动圈隧道横向加固范围计算公式传统端头加固的理论计算方法加固范围的确定端头加固计算方法的新结果计算模型水土合力梯形荷载矩形均布荷载三角形反对称荷载弹性薄板理论弹性薄板理论叠加后梯形荷载作用下加固土体内力加固土体纵向加固厚度剪应力理论拉应力理论荷载等效内力叠加加固计算示意图：端头土体纵向加固厚度：端头加固计算方法的新结果最大拉应力理论径向弯曲应力当时，取纵向加固厚度：端头加固计算方法的新结果最大拉应力理论环向弯曲应力当时，取纵向加固厚度：端头加固计算方法的新结果最大剪应力理论当时纵向加固厚度：端头加固计算方法的新结果端头土体纵向加固长度要求

5、盾构始发⑴无水⑵有水（特别是水+沙+压力）盾构到达⑴无水⑵有水（特别是水+沙+压力）3.端头加固基本的设计要求满足条件：强度+稳定性+变形特征（土压建立前）盾构始发端头加固长度（无地下水）无水始发满足条件：强度+稳定性+变形特征（土压建立前）+渗透性（水+沙+压力）盾构始发端头加固长度（有地下水）有水始发满足条件：⑴地层条件较差：必须加固端头土体，加固土体满足强度+稳定性+变形特征要求（土压消失后）。⑵地层条件较好：可以不加固或者局部加固端头土体，但必须采取相应措施，如合理控制盾构到达时掘进参数，增加封门处喷射混凝土厚度，待盾构刀盘顶至围护桩时再破除洞门等。盾构到达端头加固长度（无

6、地下水）无水到达满足条件：强度+稳定性+变形可控特征（土压消失后）+渗透性（水+沙+压力）盾构到达端头加固长度（有地下水）有水到达直径/m范围/mD＜11＜D＜33≤D＜55＜D＜8简图B1.01.01.52.0H11.01.52.02.5H21.01.01.01.0端头土体横向加固要求土体横向加固最小尺寸表3、端头加固设计基本要求旋喷桩加固袖阀管注浆加固水平注浆加固4.典型加固方法及其优缺点和适用范围垂直袖阀管水平袖阀管前进式注浆后退式注浆关于旋喷和搅拌加固问题旋喷加固提高土体的强度:0.8-1.2Mpa，0.5-1.0Mpa，旋喷范围内是没有问题的；土体的标惯值N＞２０－２５：

7、目前的旋喷技术很难达到设计的旋喷加固范围！旋喷垂直度误差问题--<1%：建筑桩基技术规范　－－垂直度<1%（适合于设计和施工）20米—0.2米建筑基坑支护技术规程–垂直度<0.5%（适合于设计和施工）20米–0.1米旋喷加固降低土体的渗透系数,理论上可以,由于上述误差的存在，实施起来困难，因此不建议在深度超过20米时还采用旋喷或搅拌加固方法，深度在15-20米之间应慎用！盾构开挖引起的震动仍能对加固土体的渗透系数和强度产生劣化影响；当水沙压力大于1.5Bar时，目前土