果冻浆工法顶推施工中的减阻措施

推力

在盾构机设计过程中，推力计算是极其重要的一环。如果推力不足或者遇到不可预见的阻力，可能导致工程进展缓慢，甚至需要在地下进行昂贵且复杂的重建工作。因此，通过仔细的前期计算以及评估和分析已完成项目的经验数据来避免这种情况是非常重要的。

在计算盾构机的推力时，需要考虑多个因素，包括盾壳与不同土壤类型之间的摩擦系数、盾构刀盘的阻力以及前进过程中的各种外部阻力。盾体摩擦力与刀盘阻力是推进油缸受到的最主要的反力 。

盾体摩擦力

盾体的摩擦力是盾构机在前进过程中需要克服的主要阻力之一。覆盖层、建筑物和施加的径向和水平载荷以及盾构的自重会在盾体周围产生摩擦力，这些摩擦力必须通过推进油缸的力量来克服。通过锥形结构、盾构超挖或润滑（例如果冻浆）可以减少这些摩擦力。

盾体表面摩擦力主要来自于盾体与周围土壤之间的摩擦。摩擦力的大小与土壤类型和盾体的几何参数有关，盾体表面摩擦力WM计算公式如下：

• μ为摩擦系数，根据土壤类型不同而变化；

• r为盾体半径（m）；
• L为盾体长度（m）；
• pv为垂直荷载（kN/m2）；
• ph为水平荷载（kN/m2）；ph=pv x K0；
• Gs为盾体自重（kN）；
• K0为地压系数

对比实验
在下面的对比试验中，未使用润滑液铁块与水泥板之间的摩擦力为4.55(kgf)；使用膨润土悬浮液后,摩擦力为3.01(kgf)；使用果冻浆时，摩擦力降低至0.53(kgf)。果冻浆可以有效减少盾体与周围土壤之间的摩擦力。

刀盘阻力

刀盘受到的阻力主要是由于为了平衡水土压力而施加的泥浆压力、土压、或者气压而引起的。这部分的支撑推力可以表示为：

• A0为支撑面面积（m2）;
• po为盾体冠部的支撑压力（kN/m2）;
• pu为盾体底部的支撑压力（kN/m2）；
• pwcrown, pwinvert为盾体冠部和底部的水压（kN/m2）；
• WE为土壤阻力，近似等于土压（kN）；
• WST为刀盘面受到的阻力（kN）。

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除了盾体摩擦力，刀盘阻力，盾构机在掘进过程中还会受到盾尾刷摩擦力、刀具贯入阻力、转向阻力、后配套牵引阻力，此外，还需要留有安全裕量。当推进过程中发现推力上升，可以综合判断各参数的变化，找出原因所在，采取相应措施，保证隧道掘进的效率和安全性。