盾构水平偏角变化对盾构-土相互作用影响

为了探明盾构掘进过程中机-土相互作用的机理,指导盾构姿态的控制和调整,针对水平偏角变化对盾构与土相互作用的影响这一问题,对作用于盾壳周围土压力的理论计算方法以及水平偏角预测模型进行研究。首先基于地基反力曲线,通过等效弹簧近似建立盾构与土的相互作用模型,同时基于几何分析可计算盾构水平偏角变化过程中周围土层发生的位移,从而得到作用于盾构外壳的周围土压力的理论计算方法。然后引用改进的松动土压力计算方法,得到盾构初始土压力的计算方法,解决盾构水平偏角计算的初始边界问题,并结合土对盾构作用荷载的计算方法得到盾构水平偏角计算方法。基于所建立的理论计算模型,对盾构机质量、地层类型以及地层开挖损失率等因素对盾构-土相互作用的影响进行分析和讨论。最后,结合济南地铁R2线盾构隧道工程,对盾构的水平偏角以及相关掘进参数进行实时监测,并与盾构水平偏角理论值进行对比分析。研究结果表明：盾构质量以及地层开挖损失率对盾构在水平面上进行姿态的影响较小;不同地层类型以及地层的土压力系数对盾壳与土相互作用的影响较大;通过工程应用发现盾构水平偏角理论值的变化趋势与实测值基本一致,但由于盾构自身施加的调姿弯矩无法完全作用于盾构机,因此理论值普遍大于实测值。