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目前,國外在軟土地區箱涵頂進施工中均對箱涵頂進工具管開挖面前的土體進行加固,以保證在箱涵高度范圍內的土體能夠自立穩定。為降低工程造價,上海市中環線虹許路—北虹路地下立交隧道工程是世界上首次在軟土地區采用不加固軟土方法進行管幕-箱涵頂進施工的工程,為維持開挖面土體平衡,工具管網格的合理設計是工程成敗的關鍵。以此工程為背景,從力學原理出發,利用網格內土體在穩定的前提下摩擦力與土壓力始終平衡——自平衡原理,建立平衡微分方程,推導出工具管內土壓力、土-鋼板接觸面正應力、剪應力隨工具管長度的分布及衰減規律——指數方程,由此方程可解出維持開挖面穩定所需的工具管網格臨界長度,并建立網格的長、寬和高之間應滿足的定量關系。影響網格長度的主要因素有網格前的土壓力、土與網格壁的摩擦特性和土體性質等,分析表明,網格臨界長度隨土壓力的增大而增大,隨摩擦系數的增大而減小,為對數方程,所建立的公式可為工程設計提供理論依據。