盾构隧道始发与到达端头加固理论与实践(原创)

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土压水压简化薄板理论计算模型图加固土体强度计算公式国外:XXJETGROUT协会（JJGA）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。20124tkPDt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）：2max211.3238tpDtkmax24cPDtk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θ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31.5MkM抗32()sinkMMradcDtD抗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；a:盾构隧道半径。传统端头加固的理论计算方法2sin1sin1cotmRaC松动圈隧道arcos()()42acaH横向加固范围计算公式()cosLaHa1HkRa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：331122123max,,,,1616ttckkktttt梯形荷载加固土体ayxρφoatxzqabq极坐标转化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2111111042BBACA1021122max133(5)16abbaaqqaqqta11116tkt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202222222042BBACA2222222222max35133(13)(15)16163abbaqqaqqatata22216tkt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2max35416243babaabqqqqaqqaattt0a333ckt端头土体纵向加固长度要求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管片帘布橡胶板车站内衬围护结构加固土体长度同步注浆液满足条件：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）无水始发管片挡土墙车站内衬帘布橡胶板加固土体长度满足条件：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（无地下水）无水到达