软土盾构掘进竖向姿态分析及控制策略研究

赵凯; 黄昕; 谢良甫; 王建虎; 晋智毅

doi:10.19606/j.cnki.jmst.2024927

矿业科学学报 ›› 2025, Vol. 10 ›› Issue (02) : 259 -270. DOI: 10.19606/j.cnki.jmst.2024927

软土盾构掘进竖向姿态分析及控制策略研究

赵凯, 黄昕, 谢良甫, 王建虎, 晋智毅

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摘要

针对盾构机穿越黄土、滨海软土等软弱地层时遇到的姿态难控制问题，基于修正椭球体理论提出适用于黏性土地层盾构隧道的松动土压力计算方法，通过等效土弹簧建立盾构机-土体相互作用理论模型，进行盾构机竖向位移、俯仰角变化分析与姿态纠偏方法研究。对比“引汉济渭”二期南干线盾构机穿越黄土塬施工监测数据，验证理论模型的准确性。参数敏感性分析表明：盾构机竖向位移与竖向力呈二次抛物线变化；盾构机俯仰角与竖直平面力矩呈三次抛物线变化，且随着力矩的增大，姿态由下俯变为上仰；随着地层软土比例增大，盾构机沉降与姿态下俯量增大；调整推进系统在盾尾上、下部产生更小推力差，可实现盾构机的沉降控制与俯仰角纠偏。