V泥水为开挖面泥水比重; R为顶管半径。
再者,理论上注浆压力应略大于地层土压与水压之和p0,以达到对环向空隙的有效充填,相关文献表示可取为:
p?(1.1~1.15)p0
国内外对盾构注浆压力与地面沉降量之间关系的研究表明:当注浆压力等于隧道轴线埋深处的地层应力时,减少地层损失和地面沉降量效果的最为显著,采用太沙基的土压力计算方法较为合理。
但是相对于顶管,此处存在几个问题:
1.太沙基土压力计算方法在使用时假定土体并未排水,而顶管施工时要求降水至顶管底部下方最少50cm;
2.不论是太沙基土压力计算方法还是普式理论,其适用前提是岩体可以形成土压力拱,一般而言,盾构埋深可以达到这个深度,所以可以使用两者,而顶管埋深较之盾构浅。那么具体这个深度是多少呢?下面我们具体介绍一下塌落拱。
该理论认为,在一定深度开挖时,隧道上方岩体可形成拱,所以隧道结构物并非承受了其上方地面至埋深处所有土体的荷载,而是承受了一部分,此时土体荷载存在一个有效高度,并非埋深。其界定如下所述。
普氏理论指出:
hk?b/f
b?bt?Ht?tan(45???0/2)
式中:
hk为塌落拱高度(m);
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b为塌落拱的半跨度(m);
Ht为为隧道的净高(m)。
普氏系数
围岩分类(级) VI(I) 普氏系数V(II) 5 f的取值
III(IV) 1.5~2 II(V) 1 I(VI) IV(III) 3~4 f ?6 ?0.6 当埋深大于2倍或2.5倍塌方高度时,才能用普氏理论或太沙基公式计算。 所以,计算顶管时不能使用太沙基土压力计算方法,考虑到顶管埋深较浅(小于塌落拱高度),注浆压力可虑直接趣取为上覆土体荷载
Pe??H
即将顶管视为超浅埋。
若顶管埋深较超浅埋深(大于塌落拱高度,小于2倍或2.5倍塌落拱高度),可以考虑谢家烋理论公式。
Pe??H(Bt?H?tan?)
式中:
?:侧土压力系数;
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?:土体计算摩擦角;
?:顶板土柱两侧内摩擦角,取值表如下:
围岩级别 I~III IV V VI (0.7~0.9)? (0.5~0.7)? (0.3~0.5)? ? 0.9显然,注浆压力不应小于Pe。
最后我们讨论一下注浆量的问题。
注浆量的确定是以盾尾建筑空隙量为基础,并考虑了注浆材料向土体中渗漏、超挖、地层、线路及掘进方式等因素,以保证达到充填密实的目的。
注浆量的计算公式为:
Q=VT
式中:
V为计算空隙量; T为注浆率。
Q??/4?(D?d)2?m?T
式中:
D为理论掘削外径; d为管片外径; m为盾构推进长度。
而实际上,T的取值需要考虑注浆材料的特殊性、注入压力、土质及施工中损失的加成系数、超挖等等情况,需以实际情况为基础设定。根据相关文献,上海地区注浆量的合理量为管土间隙的7~8倍。
实际施工中靠注入速度来控制注浆量,因此需计算注入速度。根据每环注入
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量和每行程推进时间计算注入速度:
g=Q/t
式中:
g为注入速度; Q为每环注入量; t为每行程推进时间(s)。
本文最原始的目的在于讨论顶管施工的防水,虽然注浆主要作用并不是防水,但实际上亦起到防水作用,所以本文后半部分皆在讨论注浆的问题。
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