近年来,随着我国城市地铁建设的迅速发展,盾构施工法作为一种安全高效的隧道挖掘技术得到了广泛的应用。其中土压平衡式盾构法又以其技术及经济上的优越性,成为地铁施工技术的主流。土压平衡式盾构顺利施工的前提是要将压力舱内土体搅拌成均匀的状态,因而压力舱内设有用于搅拌的刀盘梁以及搅拌翼板,这导致了土压平衡式盾构的刀盘扭矩是其它闭胸式盾构的2～3倍。在现代隧道施工长距离、大直径的趋势下,刀盘扭矩过大已成为限制土压平衡式盾构发展的一个主要因素,得到了工程界的重视。 在实际施工中,采用土体改良降低土压平衡式盾构刀盘扭矩的方法已经得到了较普遍的应用,但目前还主要依赖于工程经验,相关的理论研究还相对落后。由于对土体改良降低扭矩的机理不明确,盾构机生产商在针对实际隧道工程计算盾构机刀盘所需的装备扭矩时往往没有考虑这一影响因素,从而造成了经济上不必要的浪费。 本文针对以上的问题,作了以下方面的工作: (1) 针对土压平衡式盾构机刀盘的特点,深入地分析了压力舱内刀盘扭矩,推导了土压平衡式盾构机刀盘扭矩各主要组成部分的计算公式,建立了盾构机刀盘扭矩的力学模型;利用所建模型,通过分析得到影响刀盘扭矩的关键性土性参数。 (2) 针对盾构土体改良技术,在盾构用气泡剂与土体性质适应性理论研究的基础上,开发研制了针对砂性土和粘性土的气泡添加剂。 (3) 结合工程实际,采用自制的气泡对砂性土进行了试验研究,分析气泡性质、气泡混合土性质以及气泡混合土所需搅拌扭矩之间的关系;通过对试验结果的分析,得出气泡稳定性以及发泡倍率对刀盘扭矩的影响规律。