5.2.10 土舱最终压力值以经验公式计算得出后的压力值为基础，再根据监测数据进行调整。
5.3 掘进参数
5.3.1 盾构掘进参数的选取应当体现出工程施工的特点和影响因素的作用，并考虑具体分析问题的需要。当盾构隧道采用土压平衡模式进行掘进，掘进过程中由盾构数据采集系统记录盾构操作过程中的全部掘进参数。
5.3.2 对于施工参数的管理，在现场施工过程中应重点关注：①土舱压力；②推进速度；③总推力；④排土量；⑤刀盘转速和扭矩；⑥注浆压力和注浆量。
5.3.3 土压平衡盾构的土舱压力一般根据刀盘正面的侧向土压力乘以传递系数来设定，土舱压力控制采取以下两种操作模式：
1 ) 通过螺旋输送机来控制排土量的模式：即通过土压传感器检测，改变螺旋输送机的转速控制排土量，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时盾构的推进速度人工给定，掘进过程中根据需要可以不断转化控制模式，以保证开挖面的稳定；
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2 ) 通过推进速度来控制进土量的模式：即通过土压传感器检测来控制盾构千斤顶的推进速度，以维持开挖面土压稳定的控制模式。此时螺旋输送机的推进速度人工事先给定。 5.3.4 水土压力的计算 1）土压力计算
我国铁路隧道设计规范及相关文献中，在Terzaghi理论基础上提出了岩体综合分类方法，将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道，不同类型隧道采用不同的土压力计算方法。城市地铁隧道一般埋深较浅，一般可以判定为浅埋隧道，计算土压力适合采用浅埋隧道土压力计算方法，可采用上覆土重理论或太沙基理论进行计算。
上覆土重理论计算简图见图6.2.1，计算公式如下： ?
??h? (5.3.1) z??h?K (5.3.2)
x?——为竖向应力，kPa；其中： z?——水平应力，kPa； x??K)?/(1K?；——土体侧压力系数， ??——岩土泊松比； ?
?； ——土体重度，kN/mH——上覆土层厚度，m。
3
hσz=γhσx=kγh0HE0H
图5.3.1 上覆土重理论计算简图 太沙基理论计算简图见图，计算公式如下：
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HH
???c?B??)K?tan)(tan?K( ??1?e?qeBB (5.3.3) ?? H?tanK??22
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??——太沙基松动土压力，kPa其中：； H?/2??45cot?BD?22BDq为上覆荷；为隧道直径，为滑
动土体的宽度，m；，m
。普氏理论计算公式为： ? 2 载，Pa；
???Ph (5.3.4)
P kPa其中：；——普氏土压力，v?1??hbh)tan(45??b?h?hf；、m，为压力拱高度，m；为隧道高度、宽度，?? 002f???tan?f。为普氏系数，对松散土和粘性土取
v
q
HB10R/2φ45°-/245°+φ
图5.3.2 太沙基理论计算简图
2）水压力计算
盾构掘进过程中，刀盘并非完全开口，而是有60%～80%左右的支挡结构，刀盘向前推进时土舱内的压力介于原始土压力值附近，考虑水在土中流动时的阻力，掘进时地层中的水压力可以根据地层的渗透系数酌情进行折减。开挖面水压力计算公式为： ?
???hq?? (5.3.5) wwqq?0.5~1.0，粘性土中为根据土层渗透系数确定的经验值，砂土中其中，q?0~0.5q?0.1~0.5 ，风化岩层中。?；kN/m对于粘土层而言，通常采用水土合算将水压力计在土压力中；为水的容重，
3
w23
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h为地下水位距刀盘顶部的高度，m。
3）预留压力
由于施工存在诸多不可预见的因素，致使施工土压力小于原状土体中的静止土压力。根据施工经验，在对沉降要求比较严格的地段计算土压力时，通常在理论计算的基础上再考虑10~30kPa的压力作为预留调整压力。土压平衡盾构在软土中掘进时，由于静止土压力与主动土压力相差甚微，
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如以主动土压力控制，压力稍一降低，即有可能发生主动破坏，需适当增大预留压力。 5.3.5 排土量控制是盾构在土压平衡模式下工作的关键技术之一。根据对渣土的观察和监测的数据，要及时调整掘进参数，不能出现渣土量与理论值出入较大的情况，一旦出现，立即分析原因并采取措施。 QQ根据渣土车的实际排土量5.3.6 螺旋输送机的理论排土量由螺旋输送机的转速决定，QQ相
s0当，即体积刻度来确定， 应与0sQ?A?v?n (5.3.6)
0sA ——切削断面面积；式中：n ——松散系数； 0
v ——推进速度。5.3.7 渣土出土量必须与掘进的挖掘量相匹配，以获得稳定而合适的
土舱压力值，使盾构工作处于最佳状态。当通过调节螺栓输送机转速仍达不到理想的出土状态，可以通过改变渣土的可塑性来调整。 5.3.8 盾构总推力按下式计算：
F?F?F?F?F?F?F(kN) (5.3.7)
641325F ——盾构推进时的正面推进阻力；式中：1F——盾构外壳与周围地层的摩擦阻力； 2F——管片与盾尾间的摩擦阻力； 3F ——盾构机切口环的贯入阻力；4F ——变向阻力；524
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F——后接台车的牵引阻力。 6一般情况下认为盾构机推进时的正面推进阻力F和盾构外壳与周
围地层的摩擦阻力F之和占盾构总推力的95%～99%，其它几项阻力在总推力中所占比重极小，
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可忽略不计。F和F的简化计算公式如下： a、盾构机推进的正面阻力：
1
2
21
?D?HKF? (5.3.8)
4H ——盾构轴线埋深，m式中：；D——刀盘直径，m； K——土体的侧压力系数；
3
。——土体重力密度，kN/mγ 、盾构外壳与周围地层的摩擦阻力：
b?1???D(1?K)H?D?Ff(2?K)L?fG (5.3.9) ?
?? ??232??f ——盾体与周围土体之间的摩擦系数；式中： K——主动土压力系数； L——盾构机壳体的长度，m； G——盾构主机的重量，kN。
α
由公式(8-2-8)～(8-2-11)可得盾构总推力的计算公式为：
3
??1D????D(1?K)H?D(2H?f??FK)L?fGK (5.3.10) ??
??432??盾
构设计时，盾构机的实际装备推力通常在公式(8-2-12)计算结果的基础上，考虑2～3倍的安全系数。
5.3.9 刀盘扭矩按下式进行计算：
T?T?T?T?T?T?T?T(kN?m) (5.3.11)
7346125T 式中：——刀盘正面与土体之间的摩擦阻力扭矩；1T——刀盘背面与压力舱内土体的摩
擦阻力扭矩； 225
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T——刀盘侧面与土体之间的摩擦阻力扭矩； 3T——刀具切削土体时的地层抗力产生的扭矩； 4T——刀盘搅拌阻力扭矩； 5T——刀盘主密封摩擦阻力扭矩； 6T——主轴承摩擦阻力扭矩。
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TTTT之和约占总刀盘扭矩的根据已有研究成果及实例计算、经验估计等，、、和1432TTTT的简
化计算公式如下：以上，因此刀盘扭矩计算时一般忽略其他几项。 、和、9523a、刀盘正面与土体之间的摩擦阻力扭矩
3
?D??)(1KfT??H5.3.12)
112 η——刀盘开口率。式中：b、刀盘背面与压力仓的土体摩擦阻力扭矩： 3?D??)?T?H(1KKf5.3.13) ( 1212K——刀盘背面摩擦阻力扭矩计算与刀盘正面相比的调节系数，一般取式中：
(
K?0.6～0.8 1 c、摩擦阻力扭矩： 2?D?HWf?K?T)(15.3.14) ( 34 W m。式中：——刀盘圆周侧面的宽度， 、刀具切削土体时的地层抗力产生的扭矩：dv12max5.3qDT?.15) ( u48neV ；——盾构机的最大推进速度，式中：m/minn——刀盘的额定转速，r/min； q——土体的单轴抗压强度，kPa。 26
1
max
e
u
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由公式(8-2-12)～(8-2-15)可得盾构刀盘扭矩的计算公式为： ?
??vDHW(1?K)1??22??max)(1?K)???fDDKH(1?qT ??
u18n124??e5.3.16)
(实际设计时，刀盘扭矩通常在公式(6-2-16)计算结果的基础上考虑1.1～1.4倍的安全系数。
5.4 刀具更换
5.4.1 应预先确定刀具更换的地点与方法，并做好相关准备工作。
5.4.2 刀具更换宜选择在工作井或地质条件较好、地层较为稳定的地段进行。
5.4.3 在不稳定地层更换刀具时，必须采取地层加固或压气法等措施，确保开挖面稳定。 5.4.4 带压进仓更换刀具前，必须完成下列准备工作： 1 ） 对带压进仓作业设备进行全面检查和试运行； 2 ） 采用两种不同动力装置，保证不间断供气；
3 ） 气压作业区严禁采用明火，当确需使用电焊气割时，应对所有设备加强安全检查，还必须加强通风并增加消防设备。
5.4.5 若带压开仓后发现掌子面不够稳定，则应辅以带压作业的方式进仓。启动带压开仓具体条件如下：
1 ） 开仓后发现刀盘开口及切口环处没有彻底封闭，掌子面及切口以上土体仍然存在坍塌可能； 2 ） 掌子面前方土体注浆加固没有达到预期效果； 3 ） 清仓过程中发现掌子面因渗水带动土体脱落。 5.4.6 带压更换刀具必须符合下列规定：
1 ） 通过计算和试验确定合理气压，稳定工作面和防止地下水渗漏； 2 ） 刀盘前方地层和土舱满足气密性要求；
3 ） 由专业技术人员对开挖面稳定状态和刀盘、刀具磨损状态进行检查，确定刀具更换方案与安全操作规定；
4 ） 作业人员应按照刀具更换专项方案和安全操作规定更换刀具； 5 ） 保持开挖面和土舱空气新鲜；
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