土舱内需要设置一定的土舱压力来平衡开挖面的水土压力，保持开挖面稳定，防止地面沉降和地下水涌流。土舱压力过大和过小都会破坏开挖面平衡：过大时，盾构推动前方土体，造成地面隆起；过小时，土体压进土舱，引起地面沉降，严重时会造成塌陷。

开挖面压力与土舱压力分布情况如图3-45所示。

图3-45　开挖面与土舱压力分布

1）开挖面土压力计算

盾构隧道土压力的计算有多种方法，而砂卵石地层显示出土拱效应作用。土舱内压力要维持开挖面稳定，至少要保证盾构前方形成的土拱稳定，根据太沙基理论（图3-46），开挖面顶部垂直土压力σT为：

式中γ——土体重度（kN/m3）；

b——土拱的半跨度（m），b=R·cot（π/8+φ/4）；

c——土体黏聚力（kPa）；

λ——侧向土体压力系数，试验表明λ=1～1.5，通常取λ=1；

φ——内摩擦角（°）；

h——隧道埋深（m）。

P0——地面荷载（kPa）。

图3-46　太沙基理论计算模型

①静止状态下土压力。

土体的静止土压力为：

式中　σf——垂直土压力（kPa）；(www.daowen.com)

τf——正向土压力（kPa）；

γ——土体重度（kN/m3）；

h——隧道埋深（m）；

K——静止土压力系数。

②掘进状态下土压力。

掘进状态下土压力采用朗肯土压力计算：

主动土压力：

被动土压力：

式中　Kp——主动土压力系数，Kp=tan2（45°-φ/2）；

Ka——被动土压力系数，Ka=tan2（45°+φ/2）。

2）土舱压力计算

工程中通过控制盾构机的开挖量和排土量（即推进速度、刀盘转速和螺旋输送机转速）来调节土舱压力，实现与开挖面压力的动态平衡。

根据研究，土体通过刀盘进入土舱，土压力会降低，开挖面压力和土舱压力之间有以下关系式：

式中　pt——土舱压力（kPa）；

pk——开挖面压力（kPa）；

χ——降压系数，与刀盘开口率η的关系为χ=0 .0184η-0 .0 001η2。