谈土压平衡盾构掘进模式与盾构平衡压力的选取

1、引言

2、土压平衡盾构掘进模式

土压平衡盾构掘进模式主要有敞开式掘进模式（土舱内无渣土）、半敞开式掘进模式（土舱内有将近一半的渣土）、气压掘进模式（土舱上部分是气体并有一定压力、下部分是渣土）、土压平衡盾构掘进模式。如果将敞开式掘进模式当做一模盾构的话，土压平衡盾构都是双模盾构；如果将气压掘进模式也当做一模盾构的话，土压平衡盾构都是三模盾构。这只是一句玩笑话，土压平衡盾构就是一模的“土压平衡盾构”，只是土舱内的介质不同而已。

3、土压平衡盾构的压力选取

土压平衡盾构一般根据开挖面的理论平衡压力选取，当土舱内压力低于开挖面压力时为欠压掘进（体现为掘进超方，地表及建构筑物沉降），当土舱内压力等于开挖面压力时为土压平衡掘进（体现为掘进即不超方也不欠方，不隆起不沉降），当土舱内压力高于开挖面压力时为超压掘进（体现为掘进欠方，地表及建构筑物隆起）。

当土压平衡盾构下穿风险源时一般采取土压平衡掘进模式，土舱内压力与开挖面水土压力相平衡。

开挖面土压力计算详见微信公众号中《盾构平衡压力理论计算与应用技术》论文。此论文主要内容是针对直角型刀盘和周边圆弧型刀盘平衡压力选取不同，直角型刀盘是土舱内压力与前方侧向水土压力平衡，圆弧型刀盘是土舱内压力是刀盘上方自重应力向侧向水土压力变化的过程。由于土舱内不同深度压力的计算值不同，盾构开挖面由于开挖形成不同、岩土深度与参数不同，开挖面的压力也不同，因此，土舱内压力与开挖面压力只能保证一点或一条线、一个面相等，其他位置压力不同，要想保证土压平衡，只能是土舱内有些点高于开挖面水土压力，有些点低于开挖面水土压力，这样超方与欠方体积平衡，才能保证真正的土压平衡，即不隆起也不沉降。

开挖面水土压力的计算详见微信公众号中《饱和土有效应力原理下的水土压力分算与合算的统一计算》。开挖面的水土压力计算按照此论文计算才是正确的，通过引入岩土给水度参数，由力的平衡原理推导出新饱和土有效应力原理，优化了太沙基有效应力原理，实现了水土压力分算与合算的统一计算。研究一年多来，有些大师也认为此理论公式是正确的，如果被社会认可，将是理论土力学的一大进步，只是有些所谓的专家、学者是看不懂的，他们总认为太沙基有效应力原理是正确的，用太沙基有效应力原理来看待这篇论文，当然是不正确的。由新饱和土有效应力原理可推导出地下建筑的浮力计算公式，浮力是在阿基米德定律上的折减，内容详见微信公众号中《新饱和土有效应力原理下的地下建筑浮力计算》。

确实，如果新饱和土有效应力原理正确，由太沙基有效应力原理推导出来的诸多理论都应由新饱和土有效应力原理重新推导。太沙基有效应力原理不是不可以推翻的，如果新饱和土有效应力原理正确，将推进理论土力学的发展，不会再让数学、力学学者们对土力学不屑与诟病。不要认为推翻就是全面打倒，如果正确推翻实际上是一种进步，没有太沙基有效应力原理何来推翻，太沙基有效应力原理是理论土力学的核心是任何人、任何理论无法磨灭的。就向哥白尼提出“日心说”，推翻了“地心说”一样，但“日心说”中太阳是宇宙的中心的观点也是错误的，但所有人都认为哥白尼提出“日心说”是伟大的。太沙基有效应力原理是不正确的，可详见微信公众号《谈太沙基有效应lt 原理的是是非非》。

4、土压平衡盾构压力的平衡

综上所述，原状土的水土压力可以通过新饱和土有效应力原理计算，土舱内经改良的渣土由于是流塑状态，渣土中的压力绝大部分是水压力，土压力很小，这可以通过试验证明，详见本人微信号中的毕业论文。

由于开挖面水压力、土压力与土舱内渣土的平衡压力的水压力、土压力值不同，因此必须确保开挖面水压力和土压力的总和与土舱内渣土的水压力和土压力总和相等，才能达到真正的土压平衡掘进模式。此时开挖面水土压力与土舱水土压力相等，渣土中的水压力一般高于开挖面原状土的水压力，此时土舱内的水将向原状土中渗透，由于盾构掘进需要一直添加渣土改良剂，土舱内渗向原状土中的水会及时补充。但当盾构掘进停止时，土舱内的水会继续向原状土中渗流，导致土舱内渣土水流失，再次掘进可能会造成土舱内渣土结泥饼。因此，提出加入低浓度聚丙烯酰胺水溶液的渣土改良方法，提高渣土的保水率，渣土外面的水即不会浸入渣土中（造成喷涌）渣土中的水也不会流失（造成结泥饼）。渣土改良详见微信公众号中《一种土压平衡盾构通用型渣土改良剂及渣土改良方法》。

5、总结