一种复合地层盾构隧道最小埋深确定方法技术领域
本发明涉及隧道施工技术领域，具体涉及一种复合地层盾构隧道最小埋深确定方
法。
背景技术
伴随着我国经济社会的发展，作为重要交通建设手段的隧道也越来越多，而作为
隧道中机械化程度最高的盾构隧道也得到蓬勃发展，近年来我国修建（在建）的盾构法隧道
总里程已达数千公里。对盾构隧道来说，最小埋深的确定是隧道设计的核心问题，直接关系
到工程交通功能的实现、建设成本节约及施工安全。目前，国内普遍使用的方法是基于泥浆
劈裂原理，即通过确定盾构刀盘前方最大泥浆劈裂压力反算得到最小埋深的方法。该方法
在淤泥或淤泥质土等软弱地层中适用性较好，但在粘土、风化岩层等非淤泥质地层及复合
地层中并不适用，急需一种合适的此种地层最小埋深的确定方法，以便使隧道的接线更加
优越、成本更加经济、施工更加安全。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构简单，设计合理、施
工方便的复合地层盾构隧道最小埋深确定方法，适用于粘土、风化岩层等非淤泥质地层及
复合地层中，计算所得埋深比传统方法更小，使隧道接线更加灵活，使隧道长度进一步缩
短，节约工程成本。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：它的施工步骤如下：
1、根据盾构隧道的接头构造，确定其所能承受的最大剪切力；
2、由最大剪切力与同步注浆压力之间的关系，确定合理的注浆压力标准，作为隧道注
浆的控制压力；
3、依据同步注浆压力计算得到隧道的动态浮力；动态浮力与静态浮力之和为隧道施工
过程中受到的极限上浮力；
4、根据上覆土的剪切破坏力，确定限制隧道上浮的地层限制上浮力；限制上浮力与隧
道自重之和为隧道结构的抗浮力；
5、通过比较极限上浮力和抗浮力得到上覆土的厚度，即为最小隧道埋深；
6、最小埋深通过下式计算得到：
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式中![]()
为随到最小埋深；![]()
地层粘聚力；![]()
地层内摩擦角；![]()
管片外径；![]()
为管片重度；
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为管片上浮对上覆土的作用力；![]()
为地层侧压力系数；![]()
为地层剪切破坏面与水平的夹角。
进一步地，所述的接头构造其承受的最大剪切力，主要为螺栓能够承受的极限剪
切力。
进一步地，所述的最大剪切力与同步注浆压力之间的关系，是指同步注浆压力提
供的管片最大剪力与螺栓承受的最大剪力相等时的注浆压力。
进一步地，所述的隧道注浆的控制压力，是在不破坏隧道或造成隧道破坏性上浮
时的注浆压力值。
进一步地，所述的隧道的动态浮力，是指隧道在掘进过程中，需要根据外界条件不
断调整隧道的注浆压力，根据动态的注浆压力，确定隧道的实际动态浮力。
进一步地，所述的静态浮力为在浆液和水的悬浊液中隧道承受的浮力。
进一步地，所述的极限上浮力为动态浮力与静态浮力之和，是隧道在施工过程承
受的浮力。
进一步地，所述的上覆土为隧道结构上部的地层，应为粘土、风化岩层等硬土和硬
岩及其复合地层。
进一步地，所述的上覆土的剪切破坏力为隧道上浮带动上覆土剪切破裂面的剪
力，可根据岩土力学相关内容计算得到。
进一步地，所述的限制上浮力为上覆土剪切破坏力所能提供给隧道最大抗浮力。
进一步地，所述的隧道结构的抗浮力为隧道限制上浮力与自重之和。
进一步地，所述的极限上浮力和抗浮力的关系为极限上浮力达到抗浮力时，上覆
土的厚度即为隧道的最小埋深。
采用上述方法后，本发明有益效果为：本发明所述的一种复合地层盾构隧道最小
埋深确定方法，适用于粘土、风化岩层等非淤泥质地层及复合地层中，计算所得埋深比传统
方法更小，使隧道接线更加灵活，使隧道长度进一步缩短，节约工程成本，本发明具有结构
简单，设置合理，施工成本低等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本
发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可
以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的横向示意图。
图2是本繁忙的纵向示意图。
附图标记说明：
图对本发明作进一步说明：
1-隧道埋深；2-上覆土顶部；3-覆盖层以上的水面；4-盾构隧道；5-注浆填充区域；6-上
覆土剪切破坏面；7-浮力影响地层区域；8-浮力不影响地层区域；9-剪切破坏力；10-盾构
机；11-同步注浆位置；12-隧道管片接头；13-盾构掘进前方地层；14-接头剪切力；15-注浆
压力。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
参看如图1和图2所示，本具体实施方式采用以下技术方案：它的施工步骤如下：根
据隧道管片接头12的构造，确定其所能承受的最大剪切力，即接头剪切力14；接头剪切力14
与同步注浆填充区域5、同步注浆位置11和注浆压力15之间的关系，确定合理的同步注浆位
置11的压力标准，作为隧道注浆的注浆压力15；依据注浆填充区域5、同步注浆位置11和注
浆压力15计算得到盾构隧道4的动态浮力；动态浮力与静态浮力之和为隧道施工过程中受
到的极限上浮力；根据浮力影响地层区域7的上覆土剪切破坏面6上的剪切破坏力9，确定限
制盾构隧道4上浮的地层限制上浮力；限制上浮力与隧道自重之和为盾构隧道4的抗浮力；
通过比较极限上浮力和抗浮力得到最小的隧道埋深1；最小埋深通过下式计算得到：
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式中![]()
为随到最小埋深；![]()
地层粘聚力；![]()
地层内摩擦角；![]()
管片外径；![]()
为管片重度；
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为管片上浮对上覆土的作用力；![]()
为地层侧压力系数；![]()
为地层剪切破坏面与水平的夹角。
进一步地，所述的上覆土剪切破坏面6的左右两侧下方为浮力不影响地层区域8。
进一步地，所述的盾构隧道4的最左端设有盾构机10，盾构机10的左侧为盾构掘进
前方地层13。
进一步地，所述的接头剪切力14，主要为螺栓能够承受的极限剪切力。
进一步地，所述的接头剪切力14与注浆压力15之间的关系，是指同步注浆填充区
域5、同步注浆位置11提供的管片最大剪与螺栓承受的接头剪切力14相等时的注浆压力。
进一步地，所述的注浆压力15，是在不破坏隧道或造成隧道破坏性上浮时的注浆
压力值。
进一步地，所述的隧道的动态浮力，隧道在掘进过程中，需要根据外界条件不断调
整隧道的注浆压力15，根据动态的注浆压力，确定隧道的实际动态浮力。
进一步地，所述的静态浮力为在浆液和水的悬浊液中隧道承受的浮力。
进一步地，所述的极限上浮力为动态浮力与静态浮力之和，是隧道在施工过程承
受的浮力。
进一步地，所述的上覆土为浮力影响地层区域7，应为粘土、风化岩层等非淤泥质
地层及复合地层。
进一步地，所述的上覆土的剪切破坏力为隧道上浮带动上覆土剪切破裂面6的剪
切破坏力9，可根据岩土力学相关内容计算得到。
进一步地，所述的限制上浮力为剪切破坏力9所能提供给隧道最大抗浮力。
进一步地，所述的隧道抗浮力为隧道限制上浮力与自重之和。
进一步地，所述的极限上浮力和抗浮力的关系为极限上浮力达到抗浮力时，浮力
影响地层区域7的厚度即为最小的隧道埋深1。
本具体实施方式的有益效果：本具体实施方式所述的一种复合地层盾构隧道最小
埋深确定方法，适用于粘土、风化岩层等非淤泥质地层及复合地层中，计算所得埋深比传统
方法更小，使隧道接线更加灵活，使隧道长度进一步缩短，节约工程成本，本发明具有结构
简单，设置合理，施工成本低等优点。
以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发
明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，
均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。