盾构机推力计算
盾构机选型
一、工程概况宁和城际轨道交通NH-TA06标包含一站一区间，分别为华新路站、春江新城站～华新路站区间。
隧道长度：春江新城站～华新路站区间左右线总长度为3262.842m（左线长1635.5m，右线长1627.342m）；左右线间距: 13m～14.6m；隧道覆土厚度最小约11.1m，最大约49.61m；平面最小曲线半径为450m,区间最大坡度为22‰。
两区间隧道内净空：φ5.5m，管片外径φ6.2m.管片采用强度等级C50，抗渗等级P12。
宽度1.2m，厚度为350mm。
错缝连接，28个M30螺栓，强度等级为5.8级，螺母强度等级8.0级。
二、本段工程施工的难点1、本标段区间隧道主要穿越强风化凝灰岩、中风化凝灰岩、中风化安山岩。
2、盾构机在上软下硬地段掘进，由于下断面岩石强度大、上端面土层强度低，易发生开挖面失稳、隧道抬头、超挖量过大引起地层沉降等现象；3、沿线下伏J3l层全~中风化凝灰岩、安山岩，均具有强度高、低压缩性的特性。
天然状态下强度高，最高强度可达94MPa，对盾构刀具的磨损大，强度要求高，隧道穿越该岩层时应选择适宜强度的刀具，并及时检查、更换。
4、区间地层系上统龙王山组凝灰岩、安山岩，裂隙发育，局部岩体呈碎裂状，构造裂隙处有地下水分布，其透水性及赋水性受裂隙发育情况影响分布不均，局部水量较大。
三、对盾构机的设计要求基本功能要求⑴要求盾构具有开挖系统、开挖面稳定辅助支撑装置、出碴系统、碴土改良系统、人闸气压装置、管片安装系统、注浆系统、动力系统、控制系统、自动测量导向系统、超前钻探和注浆（自动计量）等基本功能。
⑵对地层的适应性及开挖能力的要求区间隧道主要穿越强风化凝灰岩、中风化凝灰岩、中风化安山岩。
盾构设计时应重点考虑以下问题：①具有土压平衡和气压平衡掘进功能；②具有足够的破岩能力；③足够的刀盘驱动扭矩和推力；④合理的刀盘及刀具设计，恰当的刀盘开口率和合理的开口位置；⑤具有高水压状态下的防水密封能力；⑥能够对较大的岩土进行破碎，有效防止堵管；⑦刀盘、刀具、盾壳、等具有足够的耐磨性；⑧具有盾体防扭转能力；⑨足够能力的同步注浆系统；⑩碴土改良系统；⑪盾构的防喷涌功能；⑫防止刀盘中心结泥饼；⑬合理的人舱设计；⑭超前钻探和注浆。
盾构推进计算
5.1盾构推进力⑴、盾构推力盾构机推进必须确保盾构足够的推力来维持和平衡土压平衡压力T1、开挖阻力T2、盾壳与围岩摩擦阻力T3、后配配套牵引力等等。
通常，上述值比盾构推力要低，盾构推进油缸的配置受管片形式的影响，盾构机一般必须保证盾构圆周压力均等（有时盾构底部压力稍高），避免盾构油缸尾部衬垫作用在管片接缝处，为保证这些，一般盾构机都安装了超出正常配置的额外推进油缸，然后降低盾构系统工作压力，该压力在正常推进时采用，只有在艰难地层时才采用额外推力。
①计算原理盾构千斤顶应有足够的推力克服盾构推进时所遇到的阻力，这些阻力主要有：a、盾构四周与地层间的摩擦阻力或粘结力F1；b、盾构刀具切入土层产生在切削刀盘上的推进阻力F2；c、开挖面正面作用在切削刀盘上的推进阻力F3d、盾尾处盾尾板与衬砌间的摩擦阻力F4；e、盾构后面台车的牵引力F5；以上各种推进阻力的总和用下式表示，在使用时，须考虑各种盾构机械的具体情况，并留出一定的富裕量，即为盾构千斤顶的总推力。
地层所需推力F b=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力其中：F水土压力—刀盘表面水土压力F摩擦力1—盾构克服上部土体摩擦力所需推力F摩擦力2—盾构克服与围岩间摩擦力所需推力F切入力—开挖所需推力（刀具）切入力F牵引力—后配套牵引推力R—盾构半径（m）D—隧道深度（m）L—盾构长度（m）F r—盾构与土层间摩擦系数（0.25）W o—土体比重（20kN/m3）W t—盾构重量（t）W b—后配套重量（t）F rb—后配套与管片间摩擦系数A t—单把刀具表面积C o—土体粘滞系数S r—土体内摩擦角1）、作用在盾构上的平均土压力地层所需推力F b=∑F=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力=941t+706t+100t+161.3=1908.3tF水土压=(R2×∏)×最大土压平衡压力=（3.172×∏）×3kN/m3=9233 kN=941tF水土压=D×W o×L×(2×∏×R÷4)×F r=20×20 kN/m3×7.5×(2×∏×3.7m÷4)×0.25=6933 kN=706tF摩擦力2=W t×F r=220t×0.25=80tF牵引力=W b×F rb=100×0.2=20tF切入力=刀具数量×A t×(D×W o×tan2(450+S r/2)+2×C o×tan(450+S r/2))=73×0.0094㎡×(30×20 kN/m3×tan2(62.50)+2×30 kN/m3×tan(62.50))=1596.81 kN=161.3tF b=∑F=F水土压力+F摩擦力1+F摩擦力2+F牵引力+F切入力=941t+706t+80t+20t+161.3t=1908.3t实际配备装机推力系统最大压力350bar时：3892t设计准则：最大突破压力大于2.0×所需推力最大操作推力大于1.5×所需推力⑵、刀盘扭矩切削刀盘装备扭矩要考虑围岩条件、盾构要型式、盾构机构造和盾构机直径等因素来确定，总扭矩N b=N1+N2+N3+N4式中：N1—开挖阻力矩；N2—切削刀盘正面，外围面及后面围岩间的摩擦阻力矩；N3—机械及驱动阻力矩；N4—开挖土砂搅拌混合阻力矩；根据实例可知刀盘装备转矩与盾构机直径大小有很大关系，一般可按下式计算：N b=D3×2.0式中：D——盾构直径（m）土压平衡连续开挖所需最大扭矩：N b=D3×2.0=6.34 3×2.0=509.9tm(约5500kN-m)实际配备装机扭矩：N=593.1tm一般在盾构推进中，盾构机的设计推进都比实际推进要大得多，盾构的实际推进与地表土质、地面载荷、周围环境而密切的关系，当地面周围的环境比较空旷，对地面的沉降要求不高（不在+10～-30）时，在盾构机械性能（最大推进力和最大扭矩范围内）允许的前提下，可适当的提高盾构的推进力，加大施工进度。
盾构机推力和扭矩计算
盾构机推力和刀盘扭矩的地层适应性评价1、推力计算盾构的推力应包含以下几个部分：1）盾壳和土层的摩擦力 FM其中μ为盾壳和土体间的摩擦系数，根据经验值取0.25。
计算得：FM=8074KN2）盾构推进正时面推进阻力其中Di 为盾构机内径Ps 为设计掘削土压（kN/m2）设计掘削土压Ps=地下水压+土压+预压其中地下水压在粘土层处相对于隧道中部的水头最大约11.5m ，那么水压力为115kN/m 2；土压按静止土压力计算：Po=Ko γH上式中：Po—静止土压力H—覆土厚度Ko—静止土压系数Ko=1－sin φ式中：φ—有效内摩擦角经计算Po=127 kN/m2预压力一般取30 kN/m2Ps=115+127+30=272kN/m2M BA S NL F F F +F +F =+∑()[]4/11h h V V M P P P P L D F +++⨯⨯⨯=πμBA F 214BA i s F D p π==9109.3 KN3）盾尾密封的摩擦力（经验值，周向每米密封的摩擦力） （管片外径6.4m ）4）拖拉后配套的力 FNL （经验值）5）总推力计算ΣF=17943.3KN在盾构上坡和转弯时盾构的推力按直线水平段的1.5倍考虑，盾构的实际推力应为：ΣF=17943.3×1.5=26914.95KN盾构机实际配备推力：S -488/S -698盾构机实际推力分别为34210KN 和50668KN 。
均能满足盾构的实际需要.2、扭矩计算1）刀具切削扭矩推进速度：刀盘转速： （根据类似工程选取经验值） 刀盘每转切深：岩土的抗压强度： ；刀盘直径： Dd=6.68mT 1=0.5x[100x0.0667x(6.68x0.5)2]=37.2KNm214BA i s F D p π=2S 'F i s F D π=S'10/F KN m=KN F NL 750=h m V /8.4max =rpm n 2.1=cm n V h 67.6/max ==100u q KPa =()[]2max 15.05.0⨯⨯⨯⨯=d u D h q T2）刀盘自重产生的主轴承旋转反力矩:其中：刀盘自重：主轴承滚动半径：滚动摩擦系数：3）刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩 其中：推力载荷 ；刀盘不开口率： a=0.4；刀盘半径；P t =0.4x3.14x3.34x102=428KNT 3=428x1.3x0.004=2.23KN.m4）密封装置摩擦力矩式中：密封与钢之间的摩擦系数：；密封的推力：；密封数：密封的安装半径：5）刀盘前表面上的摩擦力矩； g R G T μ⨯⨯=12570G KN =m R 3.1=004.0=g μ2570 1.30.00429.6.T KN m=⨯⨯=g t R P T μ⨯⨯=3d t P R P ⨯⨯⨯=2παm R 14.32=()1/2102/d h h P P P KN m =+=2142m m m R n F T ⨯⨯⨯⨯=μπ2.0=m μKPa F m 5.1=3=n m R m 25.11=mKN T m .8.825.135.12.02214=⨯⨯⨯⨯=π()d p P R T ⨯⨯⨯⨯⨯=32532μπα其中土层和刀盘间的摩擦系数：；T5=2/3x(0.7x3.14x0.15x3.343x102)=835KN.m6）刀盘圆周的摩擦反力矩其中刀盘边缘宽度：；刀盘圆周土压力：T 6=2x3.14x6.68x0.45x205x0.15=580KN.m7）刀盘背面的摩擦力矩刀盘背面的摩擦力矩由土腔室内的压力所产生，假定土仓室内的土压力为Pd8）刀盘开口槽的剪切力矩其中土的抗剪应力：在切削腔内，由于碴土含有水，取C=15KPa ，内摩擦角为 T 8=2/3x3.14x23x3.343x(1-0.7)=538KN.m9）刀盘土仓内的搅动力矩T 9其中刀盘支撑柱直径：；刀盘支撑柱长度；支撑柱数量刀盘支撑柱外端半径：；刀盘支撑柱内端半径：所以，刀盘总扭矩15.0=p μp z d P B D T μπ⨯⨯⨯⨯=26m B 45.0=()11/4205z h h v v P P P P P KPa =+++=()3722722.94.3p d T R P KN m απμ=⨯⨯⨯⨯⨯=()απτ-⨯⨯⨯⨯=132328R C T 15102523d C C P tg tg KPa τφ=+=+⨯︒=︒=5φ()b d z b n r r P L T ⨯+⨯⨯⨯=2/219φm b 6.0=φm L z 1.1=4=b n m r 4.12=m r 7.01=()m KN T .5.44442/7.04.136.1601.16.09=⨯+⨯⨯⨯=，此为额定扭矩。
盾构掘进及主要参数计算
作用于管片顶部的荷载，采用松弛土压力，以考 虑地基的拱效应。
考虑地面超载作用，相关公式如下：
v
B1 ( c / B1 ) (1 ek0 tanH / B1 ) k0 tan
p e k0 tan H / B1 0
/4/2
B1 R0 cos(
2
)
H1
H
p0
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广州盾建
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土压力(kPa)
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监测断面的地质条件
本次隧道围岩压力监测拟结合工秳地质条件和地 面建筑物情况开展研究。
1、 监测断面的地质条件
监测断面从上到下主要 为：人工填土局<1>， 粉土<4> 、可塑状粉 质粘土〈5-1〉，硬塑粉 质粘土〈5-2〉；隧道洞 身为全风化带〈6〉，洞 底为强风化带〈7〉。
研究结果表明：
目前设计中常用的惯用设计法土压力计算模型是 合理的，泰沙基（Terzaghi）松弛土压力不实测 土压力基本接近，实测稳定土压力不计算土压力 分布觃律是吻合的。
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管片内力不发形的现场监测试验研究
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(2) 掘迚推力 F
盾构的掘迚总推力是由各种推迚阻力的总和来确 定。推迚阻力主要由以下几项构成：
计算值 计算值与稳定后 (kPa) 实测值相对误差(%)
520 拱顶316° 98.3
528 拱腰249° 98.1
525 拱底228° 143.5
521 拱底180° 123.1
522 拱腰103° 70.8
511
拱腰92°
93.4
23.6
硬岩地层盾构机推力计算
1、盾体的摩擦力F1=0.25πDL（2P a+2K0P a+K0γD）×μ1+W×μ1式中：D——盾构机直径L——主机长度W——盾构机主机重量（KN）γ——掘削断面上的土体浮重度（KN/m³）K0——掘削断面上土体的静止土压系数，取值0.5μ1——地层与盾构机外壳间摩擦系数，通常取μ1=0.5tanφφ——掘削断面上土体的摩擦角（°）n Pa——作用在盾构机上顶部的竖直土压强度（kpa），Pa=∑γiHii=1 n—地表至盾构机外壳上顶区域内的不同浮重度的土层数γi——第i层的浮重度（KN/m³）H i——第i层的厚度F1=0.25×3.14×6.45×9.135×（2×300+2×0.5×300+0.5×20×6.45）×0.31+3100×0.31≈14790KN2、盾尾与管片间的摩擦力F2=n1×Ws×μ2+π×D0×b×p2×n2×μ3n1——盾尾内管片环数Ws——1环管片的重量（Kn）μ2——管片与盾尾间的摩擦系数μ3——管片与盾尾密封刷的摩擦系数D0——管片外径b——盾尾密封刷与管片的接触长度n2——盾尾密封刷的层数p2——盾尾密封刷内油脂压力F2=2×282×0.3+3.14×6.2×0.1×300×4×0.15=520KN3、开挖面的支撑力开挖面的支撑力按公式（3）计算，对于土压平衡盾构计算公式如下×P SF3=π×D24式中：P S——设计掘进土压，此处去200KPaF3=3.14×6.45²×200/4=6532KN4、后配套拖车的拖拉力后配套的拖拉力由公式（4）计算F4=W4×μ4式中W4——后备套的自重（KN）μ4——后备套拖车与轨道的摩擦系数F4=1500×0.15=225KN5、刀具上的推力现按照轨道方式计算推力，滚刀共40刃，按每把单刃滚刀的最大承载力按250KN计算。
盾构掘进主要参数计算方式
目录1、纵坡..................................................2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法..................深埋隧道土压计算................................浅埋隧道的土压计算..............................主动土压力与被动土压力........................主动土压力与被动土压力计算：..................地下水压力计算..................................案例题..........................................施工实例1....................................施工实例2....................................3、盾构推力计算.........................................4、盾构的扭矩计算 ...................................... 1、纵坡隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以水平距离如图所示：隧道纵坡=（200-100）/500=2‰注：规范要求长达隧道最小纵坡>=%,最大纵坡=<%2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者总结出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：a、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道（一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋)；b、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力；c、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力；d、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力；e、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑～的压力值作为调整值来修正施工土压力；f、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为：σ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整式中，σ初步设定－初步确定的盾构土仓土压力；σ水平侧向力－水平侧向力；σ水压力－地层水压力；σ调整－－修正施工土压力。
盾构机计算书
φ6340mm隧道掘进机型号TM634 PMX设计计算书株式会社小松制作所地下建机事业本部小松(中国)投资有限公司2010年4月目录页数1、计算条件 (3)1.1工程条件 (3)1.2地质条件 (3)1.3计算模型 (4)1.4盾构机规格 (5)2、盾构机刀盘所需扭矩计算 (5)2.1 计算条件 (5)2.2 各参数的计算 (6)2.3 所需扭矩计算 (7)3、盾构机掘进时所需推力计算 (8)3.1 计算条件 (8)3.2 各参数的计算 (9)3.3 推力计算 (10)4、盾构机壳体强度计算 (11)4.1 计算条件 (11)4.2 各参数的计算 (11)4.3 土荷载计算 (12)4.4 盾构机壳体水平方向变位量的计算 (13)4.5 载荷的计算 (13)4.6 弯曲扭矩[M]及轴力[N]的计算结果 (14)4.7 盾构机壳体应力σ的计算结果 (15)5、切削刀具寿命的计算 (19)5.1 地质概况 (19)5.2 地质计算模型化 (19)5.3 主切削刀计算 (19)5.3.1 磨损高度与运转距离的关系 (19)5.3.2主切削刀、刮刀的磨损系数 (20)5.3.3刀具磨损计算公式 (21)5.3.4刀具磨损计算结果 (22)6、三排园柱滚子轴承计算 (23)6.1 盾构机规格 (23)6.2 载荷计算 (24)6.2.1土载荷的计算 (24)6.2.2 作用与三排园柱滚柱轴承上的载荷的计算 (24)6.3、三排园柱滚柱轴承寿命计算： (25)6.3.1三排园柱滚柱轴承规格 (25)6.3.2 三排园柱滚柱轴承寿命计算 (25)1、计算条件：1.1、工程条件：(1) 隧道长度 m(2) 隧道最小转弯半径 250m(3) 盾构机开挖直径φ6340m m(4) 管片外径φ6200m m(5)管片内径φ5500m m(6)管片宽度 1200mm(7)管片厚度 350mm(8)分块数 5+1块(9)管片重量 4.5t / 块(10)隧道坡度‰1.2、地质条件：(1)土质淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、砂质粉土、粉砂、中粗砂(2)隧道覆土厚度 5～30 m(3)地下水位GL- 0.5 m(4)间隙水压 MPa(5)透水系数 cm/sec(6)标准贯入值（N值）(7)内摩擦角 deg(8)粘着力 kN/cm2(9)含水率（W%）(10)地面负荷 6 tf/m2(11)地层反力系数 kN/m21.3、计算模型说明：由于整个计算全部采用在埋深30m ，承受最大水压力，因此计算偏与安全。
浅谈盾构机反力架结构的设计及应用
浅谈盾构机反力架结构的设计及应用摘要：盾构始发时，需要安装一个为盾构机提供反作用力的构件，即反力架。
在盾构始发施工时，反力架的支撑作用位置一般有两种: 一种是采用直撑直接作用于后方端墙，另一种是采用斜撑作用于底板。
本文首先分析了盾构机反力架结构的设计原则，然后结合具体工程案例详细阐述了盾构机反力架结构的设计及应用要点。
关键词：盾构机；反力架结构；支撑；受力；强度一、盾构机反力架结构的设计原则反力架支撑属于压杆，最佳受力状态便是尽量使截面在各个方向上的惯性矩相等，即（Iy=Iz），因此在此采用圆环形截面做支撑结构也是理想选择。
材料确定之后，接下来便要对支撑的结构进行合理的设计，总的设计原则便是让反力架整体变形达到最小。
设计步骤为：1、分析各杆件的类型，计算出各杆件的临界荷载；2、对于反力架进行受力分析，确定出支撑点的最佳位置，使反力架整体变形最小；3、布置好支撑位置后，验算反力架工字钢的强度与刚度，保证二值在规范允许范围内；4、对支撑本身进行加固，形成一个桁架结构，使整个支撑可看成一个刚体，确保整体稳定性。
二、盾构机反力架结构的设计实例（一）工程概况某地铁工程共包括两个盾构区间，其中分布 2 个盾构井和 3#二衬竖井，均采用地下连续墙结构；采用两台盾构机分别从两个盾构井始发掘进，掘进断面土层主要为粉质粘土，局部存在砂层和卵砾石层，根据地层条件选用土压平衡式盾构机。
由于盾构机初始掘进时反作用力很大，因此对反力架的结构设计要求较高。
（二）反力架结构设计1、主梁部分反力架主梁分为竖梁、横梁及八字梁部分，反力架竖梁采用两榀70#H型钢并行加工焊接而成，横梁与八字梁采用20mm厚的钢板焊接成700mm×400mm的矩形结构形式，中间50cm设置一道肋板。
2、支撑部分反力架支撑采用ф600mm×12mm的钢管。
一头焊接于主梁上，一头焊接于预埋钢板上。
根据断面结构可采用斜支撑方式，斜撑数量2道，钢管斜撑的斜撑角度为30°。
盾构机推力和扭矩计算
盾构机推力和刀盘扭矩的地层适应性评价1、推力计算盾构的推力应包含以下几个部分：1）盾壳和土层的摩擦力 FM其中μ为盾壳和土体间的摩擦系数，根据经验值取0.25。
计算得：FM=8074KN2）盾构推进正时面推进阻力其中Di 为盾构机内径Ps 为设计掘削土压（kN/m2）设计掘削土压Ps=地下水压+土压+预压其中地下水压在粘土层处相对于隧道中部的水头最大约11.5m ，那么水压力为115kN/m 2；土压按静止土压力计算：Po=Ko γH上式中：Po—静止土压力H—覆土厚度Ko—静止土压系数Ko=1－sin φ式中：φ—有效内摩擦角经计算Po=127 kN/m2预压力一般取30 kN/m2Ps=115+127+30=272kN/m2M BA S NL F F F +F +F =+∑()[]4/11h h V V M P P P P L D F +++⨯⨯⨯=πμBA F 214BA i s F D p π==9109.3 KN3）盾尾密封的摩擦力（经验值，周向每米密封的摩擦力） （管片外径6.4m ）4）拖拉后配套的力 FNL （经验值）5）总推力计算ΣF=17943.3KN在盾构上坡和转弯时盾构的推力按直线水平段的1.5倍考虑，盾构的实际推力应为：ΣF=17943.3×1.5=26914.95KN盾构机实际配备推力：S -488/S -698盾构机实际推力分别为34210KN 和50668KN 。
均能满足盾构的实际需要.2、扭矩计算1）刀具切削扭矩推进速度：刀盘转速： （根据类似工程选取经验值） 刀盘每转切深：岩土的抗压强度： ；刀盘直径： Dd=6.68mT 1=0.5x[100x0.0667x(6.68x0.5)2]=37.2KNm214BA i s F D p π=2S 'F i s F D π=S'10/F KN m=KN F NL 750=h m V /8.4max =rpm n 2.1=cm n V h 67.6/max ==100u q KPa =()[]2max 15.05.0⨯⨯⨯⨯=d u D h q T2）刀盘自重产生的主轴承旋转反力矩:其中：刀盘自重：主轴承滚动半径：滚动摩擦系数：3）刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩 其中：推力载荷 ；刀盘不开口率： a=0.4；刀盘半径；P t =0.4x3.14x3.34x102=428KNT 3=428x1.3x0.004=2.23KN.m4）密封装置摩擦力矩式中：密封与钢之间的摩擦系数：；密封的推力：；密封数：密封的安装半径：5）刀盘前表面上的摩擦力矩； g R G T μ⨯⨯=12570G KN =m R 3.1=004.0=g μ2570 1.30.00429.6.T KN m=⨯⨯=g t R P T μ⨯⨯=3d t P R P ⨯⨯⨯=2παm R 14.32=()1/2102/d h h P P P KN m =+=2142m m m R n F T ⨯⨯⨯⨯=μπ2.0=m μKPa F m 5.1=3=n m R m 25.11=mKN T m .8.825.135.12.02214=⨯⨯⨯⨯=π()d p P R T ⨯⨯⨯⨯⨯=32532μπα其中土层和刀盘间的摩擦系数：；T5=2/3x(0.7x3.14x0.15x3.343x102)=835KN.m6）刀盘圆周的摩擦反力矩其中刀盘边缘宽度：；刀盘圆周土压力：T 6=2x3.14x6.68x0.45x205x0.15=580KN.m7）刀盘背面的摩擦力矩刀盘背面的摩擦力矩由土腔室内的压力所产生，假定土仓室内的土压力为Pd8）刀盘开口槽的剪切力矩其中土的抗剪应力：在切削腔内，由于碴土含有水，取C=15KPa ，内摩擦角为 T 8=2/3x3.14x23x3.343x(1-0.7)=538KN.m9）刀盘土仓内的搅动力矩T 9其中刀盘支撑柱直径：；刀盘支撑柱长度；支撑柱数量刀盘支撑柱外端半径：；刀盘支撑柱内端半径：所以，刀盘总扭矩15.0=p μp z d P B D T μπ⨯⨯⨯⨯=26m B 45.0=()11/4205z h h v v P P P P P KPa =+++=()3722722.94.3p d T R P KN m απμ=⨯⨯⨯⨯⨯=()απτ-⨯⨯⨯⨯=132328R C T 15102523d C C P tg tg KPa τφ=+=+⨯︒=︒=5φ()b d z b n r r P L T ⨯+⨯⨯⨯=2/219φm b 6.0=φm L z 1.1=4=b n m r 4.12=m r 7.01=()m KN T .5.44442/7.04.136.1601.16.09=⨯+⨯⨯⨯=，此为额定扭矩。
盾构关键参数详细计算
第七节 关键参数的计算1．地质力学参数选取MCZ3-HG-063A 7-7-1，作为该标段盾32.5m ，盾构机壳体计算38.75m ，地下稳定水位2.5m 。
地质要素表 表7-7-1隧道基本上在<4－1>、<5Z-2>和<6Z-2>地层中穿过，为相对的隔水地层。
按上述条件对选用盾构的推力、扭矩校核计算如下：2.盾构机的总推力校核计算：土压平衡式盾构机的掘进总推力F ，由盾构与地层之间的摩擦阻力F 1、刀盘正面推进阻力F 2、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F 3组成，即按公式F=( F 1+F 2+F 3).K c式中：K c ——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1计算可按公式 F1= *D*L*CC —凝聚力，单位kN/m 2 ，查表7-7-1，取C= 30.6kN/m2L—盾壳长度，9.150mD—盾体外径，D=6.25m得： F1=π*D*L*⋅C=3.14159⨯6.25⨯9.15⨯30.6＝ 5498 kN2.2 水土压力计算D——盾构壳体计算外径，取6.25m；L——盾构壳体长度，9.15m；pe1——盾构顶部的垂直土压。
按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。
qfe1——盾构机拱顶受的水平土压；qfe1＝λ×pe1pe2——盾构底部的垂直土压。
按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。
qfe2——盾构底部的水平土压。
qfe2＝λ×pe2qfw1——盾构顶部的水压qfw2——盾构底部的水压λ——侧压系数，取0.37；计算qfe1 qfe2qfw1qfw2pe1＝12×1.95×9.8＋13×1.88×9.8＋（32.5-12-13）×1.91×9.8 ＝609.2kN/m2pe2＝609.2 ＋6.25×1.91×9.8＝726.2 kN/m2qfe1＝0.37×609.2＝225.4 kN/m2qfe2＝0.37×726.2＝268.7 kN/m2qfW1＝(32.5-2.5) ×9.8＝294 kN/m2qfW2＝294+6.25×9.8=355.3 kN/m22.3 盾构机前方的推进阻力F 2作用于盾构外周和正面的水压和土压见图7-7-2所示。
盾构土压力计算范文
盾构土压力计算范文首先，盾构土压力的计算需考虑到多种因素，包括土体类型、土体密度、盾构施工的深度等。
在进行计算前，需要明确以下几个基本概念：1.盾构土压力：指盾构施工中土体对盾构壁面施加的压力。
2.盾构机推力：指盾构机在施工中向前推进所需的推力。
3.土重：指单位体积土体的重量，在计算中一般采用土体干容重来表示。
根据经验公式，可以计算出盾构土压力的近似值。
一般情况下，盾构土压力可以由以下公式计算得出：P=Kp*δ*H其中，P表示盾构土压力，Kp为压力系数，δ为土体干容重，H为盾构掘进深度。
在公式中，压力系数Kp的取值与土体类型有关。
一般来说，Kp的取值范围在0.6-1.0之间，具体数值需要根据实际情况进行确定。
土体干容重δ可以通过室内试验获得，或者通过经验值进行估算。
例如，当土体类型为黏土时，一般可以取δ=18.5kN/m3；当土体类型为砂土时，可以取δ=16.5kN/m3盾构掘进深度H即为盾构壁面与地面的垂直距离，为施工中一个重要的参数。
通过以上公式的计算，我们可以得到盾构土压力的近似值。
然而，在实际工程中，由于实际情况相对复杂，单纯依靠公式得出的结果可能存在一定的误差。
因此，在实际工程中，一般会进行更为精确的计算，考虑更多的因素。
这包括盾构机的推力、推进速度、土体的变形特性等等。
在计算中可能涉及到更复杂的力学理论，需要进行更为详细的工程力学分析。
总之，盾构土压力的计算对于盾构施工过程中的安全性和效率起着至关重要的作用。
通过明确计算公式、考虑各种因素并进行精确计算，可以更加准确地估计盾构土压力，为盾构工程的顺利进行提供重要参考。
盾构机推力扭矩计算依据
“ 6.34m 土压平衡di型地铁盾构（液压系统）①6340 土压平衡di型盾构推力扭矩计算书2．设计依据①6.34m 土压平衡盾构掘进机的设计根据上海地区的软土地质条件和工程条件进行，土质主要包括灰色淤泥质粘土层、灰色粘土层、粉质粘土、砂质粉土等。
2.1 地质条件隧道需穿越的地层主要是灰色淤泥质粘土层、灰色粘土层、灰色粉质土层，其特点：饱和、流塑，属高压缩性土，受扰动后沉降大，易发生流砂。
（见图一）其主要力学指标：a. 平均值：N= 2〜8b. 内摩擦角：①二7.5 °〜19.5 °c. 凝聚力：C= 4.0 〜25.0kpad .渗透系数：©0= 1.77 X 10一5〜1.58 x 10_4cm/sec－ 5 －4K H20=2.02 X 10－5〜2.49 X 10－4cm/sec3.2 推进系统3.2.1 盾构的载荷条件及盾构总推力3.2.1.1 盾构的载荷条件盾构在地下推进时，盾构壳体所受荷载基本有以下几种：垂直土压、水平土压、地下水压、土体抗力、自重、地面荷载、施工荷载、其它荷载。
图四给出了盾构外周以及正面受力情况，盾构受力主要由土压和水压构成。
地面荷载由实际情况来定，计算时一般取20kN/m3。
丫 t —地下水位上部的土体容重 （kN/m 2）； 丫 ’一地下水位下部的土体容重 （kN/m 2）。
土体抗力的计算与垂直土压的计算相似水平土压（土体侧压）的计算可把垂直土压乘上侧压系数q e =X P e水压通常指地下水位以下的静止水压，即(3)依据上述情况可以计算盾构在推进过程中的受力进而可以计算盾构推进所需推力P g —自重抵抗土压 (kN/m 2); P w1 —顶部垂直水压 (kN/m 2)；P w2—底部垂直水压 (kN/m 2); q e1 —顶部土体侧压 (kN/m 2)； q e2 —底部土体侧压 (kN/m 2); q w1—顶部侧向水压 (kN/m 2)；q w2—底部侧向水压 (kN/m 2)； q fe1 —顶部水平土压 (kN/m 2)；q fe2 底部水平土压(kN/m 2)； q fw1 —顶部水平水压 (kN/m 2)；q fw2 —底部水平水压 2(kN/m )。
盾构机反力架计算书
盾构机反力架计算书太平桥站盾构始发反力架支撑计算书一、工程情况说明二、反力架及支撑示意图12中板反力架底板反力架底板2-2侧墙121-1计算说明：1、根据以往施工情况，始发盾构机推力按照800T进行计算，其中底部千斤顶油压按照200bar，两侧按照140bar，顶部千斤顶不施加推力；2、通过管片和基准钢环调节，每组千斤顶所在区域按照均布荷载进行计算；3、水平支撑采用200mm及250mm宽翼缘H型钢，分别支撑与车站底板及侧墙上，斜撑采用200mm宽翼缘H型钢，45度角撑于车站底板上；4、反力架经几次始发使用，梁自身抗弯和抗剪无问题，本次不予计算。
三、力学模型图A44.7t/mDC89.4t/mB44.7t/m盾构机在顶推过程中反力架提供盾构向前掘进的反力，通过焊接在反力架上的型钢支撑，将力传递到车站结构上。
为保证反力架能够提供足够的反力，以确保前方地层不会发生较大沉降。
要求型钢支撑强度足够。
四、计算步骤1、模型简化假设千斤顶推力平均分配到四个支撑边，即每边承受200t的压力。
2、轴力验算1）底边σ1F/AF/(8A12A2)2000000/(8642829218)28.6M Pa200mmH型钢截面面积A1=6428mm2250mmH型钢截面面积A2=9128mm2σ1σma某210MPa2）右侧边σ2F/AF/(10A1)2000000/(106428)31.1MPaσ2σma某210MPa3）顶边σ3F/AF/(4A1)2000000/(46428)77.8MPaσ3σma某210MPa4）左侧边σ42F/A2F/(62A1)22000000/(626428)51.9MPaσ4σma某210MPa综上，支撑抗压能力满足要求。
3、斜撑螺栓抗剪能力检算对于支撑于底板的斜撑，采用螺栓加焊接钢板的形式固定于底板，每个斜撑底部有13个φ20螺栓。
τ4F4200000054.4MPa23313A33313π20螺栓许用切应力τ100MPa，可知，螺栓抗剪能力满足要求。
盾构选型及参数计算方法
盾构选型及参数计算方法盾构选型及参数计算方法1.1、序言盾构是一种专门用于隧道工程的大型高科技综合施工设备，它具有一个可以移动的钢结构外壳（盾壳），盾构内装有开挖、排土、拼装和推进等机械装置，进行土层开挖、碴土排运、衬砌拼装和盾构推进等系列操作，使隧道结构施工一次完成。
它具有开挖快、优质、安全、经济、有利于环境保护和降低劳动强度的优点，从松散软土、淤泥到硬岩都可应用，在相同条件下，其掘进速度为常规钻爆法的4～10倍。
较长地下工程的工期对经济效益和生态环境等方面有着重大影响，而且隧道工程掘进工作面又常常受到很多限制，面对进度、安全、环保、效益等这些问题，使用盾构机无疑是最好的选择。
些外，对修建穿越江、湖、海底和沼泽地域隧道，采用盾构法施工，也具有十分明显的技术和经济优势。
采用盾构法施工，盾构的选型及配置是隧道施工中关键环节之一，盾构选型应根据工程地质水文情况、工期、经济性、环境保护、安全等综合考虑。
盾构的选型及配置是一种综合性技术，涉及地质、工程、机械、电气及控制等方面。
1.2盾构机选型主要原则1.2.1盾构的选型依据盾构选型主要应考虑以下几个因素：1）工程地质、水文条件及施工场地大小。
2）业主招标文件中的要求。
3）管片设计尺寸与分块角度。
4）盾构的先进性、适应性与经济性。
5）盾构机厂家的信誉与业绩。
6）盾构机能否按期到达现场。
1.2.2 盾构的型式1）敞开式型盾构敞开式型盾构是指盾构内施工人员可以直接和开挖面土层接触，对开挖面工况进行观察，直接排除开挖面发生的故障。
这种盾构适用于能自立和较稳定的土层施工，对不稳定的土层一般要辅以气压或降水，使土层保持稳定，以防止开挖面坍塌。
有人工开挖盾构、半机械开挖盾构、机械开挖盾构。
2）部分敞开式型盾构部分敞开式型盾构是在盾构切口环在正面安装挤压胸板或网格切削装置，支护开挖面土层，即形成挤压盾构或网格盾构，施工人员可以直接观察开挖面土层工况，开挖土体通过网格孔或挤压胸板闸门进入盾构。
盾构掘进主要参数计算方式
盾构掘进主要参数计算方式Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】目录1、纵坡隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以如图所示：隧道纵坡=（200-100）/500=2‰注：规范要求长达隧道最小纵坡>=%,最大纵坡=<%2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者总结出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：a 、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道（一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋)；b 、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力；c 、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力；d 、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力；e 、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑～的压力值作为调整值来修正施工土压力；f 、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为： σ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整 式中，σ初步设定－ 初步确定的盾构土仓土压力； σ水平侧向力－水平侧向力； σ水压力 －地层水压力； σ调整 －－ 修正施工土压力。
g 、根据经验值和半经验公式进一步对初步设定的土压进行验证比较，无误时应用施工之中；h 、根据地表的沉降监测结果，对施工土压力进行及时调整，得出比较合理的施工土压力值。
深埋隧道土压计算深埋隧道σ水平侧向力= q ××ω q —水平侧向力系数见表1i=，当B>5m ，取i=；S —围岩级别，如Ⅲ级围岩，则S=3浅埋隧道的土压计算 2.2.1主动土压力与被动土压力 盾构隧道施工过程中，刀盘扰动改变了原状天然土体的静止弹性平衡状态，从而使刀盘附近的土体产生主动土压力或被动土压力。
土压盾构相关参数计算
盾构关键参数的计算1.1 说明盾构工作过程的力学参数计算是一个非常复杂的问题，由于地质因素、土层改良方法、掘进参数等一系列因素的影响，在盾构参数计算方法上存在很多不确定因素。
至今应用的盾构参数计算方法在很大程度上只是处于研究、探索阶段，甚至很大程度上是一些经验性的计算方法。
以下的计算在参考盾构生产厂家提供的有关计算资料及其它相关文献资料的基础上，根据南京地铁三号线地质勘察报告，结合我单位南京地铁二号线盾构施工经验，按照盾构厂商提供的设计方案来进行关键参数的校核计算。
1.2 推力计算1.2.1 盾构外荷载的确定由于盾构工程沿线的隧道埋深差别很大，在埋深最深处的隧道顶部的覆土厚度约为33m ，而在较浅处的隧道顶部距地面约为9.3m 。
根据常用算法，盾构的外部荷载将按照最大埋深处的松动土压和两倍盾构直径的全土柱高产生的土压计算，并取两者中的最大值作为盾构计算的外部荷载。
在新庄站—市政府站区间最大埋深位置在K19+342处，此处隧道处于全断面岩层中，上部覆土为②-1b2-3、②-1c2-3、②-2b4、③-1h1-2、③-2b2、③-3e1、③-3a1-2地层，埋深约33m ，所以对盾构计算取此断面埋深为最大埋深值。
软土计算中地质参数均按照此断面的③-3a1-2号地层选取如下：岩土容重：3/9.18m KN =γ 岩土的内摩擦角：φ=17.60土的粘结力： c=47KN/m2覆盖层厚度： mH 33max =地面荷载：2020/P KN m =水平侧压力系数：45.0=λ盾构外径：m D 4.6= 盾构主机长度： m L 38.7= 盾构主机重量： W=350t 经验土压力系数：01K =松动土压（泰沙基公式）计算：()()()()1010/0/0111/B H tg K B H tg K s e P e tg K B c B P φφφγ--⨯+-⨯⨯-⨯=其中B1=R ×ctg[(45°+φ/2)/2] =3.2×ctg[(45°+17.6°/2)/2] =6.3m代入上式得 P5=︒⨯.617)3.6/319.18(3.6tg －×[1－e -1×tg17.6°×(33/6.3)]+20×e -1×tg17.6°×(33/6.3)=228.7(KN/m 2)计算两倍掘进机直径的全土柱土压： Pq=γ×2×D=18.9×2×6.4=242(KN/m2)q sP P >qP ∴取作为计算的数据。
泥水平衡顶管主要技术指标和主要参数
泥水平衡顶管主要技术指标和主要参数泥水平衡顶管技术（Slurry Balance Shield）是一种常用于城市地铁、隧道等地下工程中的盾构施工方法。
泥水平衡顶管技术通过控制泥浆的注入和排出来维持盾构施工面前方的土层平衡，以防止土层塌方。
在盾构机推行的同时，通过切割头在地面上进行局部切割，挤进圆形钢筋混凝土管片，并将泥浆从管片间隙中排出。
以下是泥水平衡顶管的主要技术指标和主要参数介绍：1.盾构机直径（Diameter of Shield Tunnel Boring Machine）盾构机的直径决定了顶管隧道的直径，常见的盾构机直径有3米、6米、9米等。
根据工程需要选择合适直径的盾构机。
2.正常推进速度（Normal Speed of Advancement）盾构机在泥水平衡顶管过程中的正常推进速度通常以米/小时计算，根据施工进度和工程要求进行调整。
3.盾构机推力（Thrust Force）盾构机推力是指盾构机在推行过程中施加在盾构机前方的力量，用于推动盾构机向前推进。
推力大小受到土层的稳定性和工程现场情况的影响。
4.泥浆压力（Slurry Pressure）泥水平衡顶管中，泥浆是通过泥浆注浆系统注入到工作腔室，然后通过管路由切削头部分进入施工面的。
泥浆压力决定了泥浆的注入速度和土层平衡的维持情况，需要根据施工现场土层的性质进行合理调节。
5.泥浆流量（Slurry Flow）泥浆流量是指泥浆在泥水平衡顶管中的流动速率，以立方米/小时计算。
根据盾构施工进度和土层的性质进行控制，保持土层的平衡状态。
6.泥浆密度（Slurry Density）泥浆密度是指泥浆中的固体颗粒含量和泥浆的比重，以千克/立方米计算。
合理的泥浆密度可以提供足够的泥浆压力，同时防止土层塌方。
7.泡沫比率（Foaming Ratio）泡沫比率是指在泡沫注浆中，泡沫液体与注浆液体的比率。
合理的泡沫比率可以减轻盾构机推进时的摩擦力，提高施工效率。
盾构法施工方法加固方案及强度计算
(b)刀盘正面的侧向土压力
(4)盾构在地层中沿设计轴线推进，在推进的同时不 断出土和安装衬砌管片； (5)及时的向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和 固定衬砌环的位置； (6)盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也 可穿越工作井再向前推进。
碴土储舱和料斗 龙门吊车
泥浆处理设备
车站
竖井
皮带运输机
盾构机
电瓶车 斗车 泥浆注入车 管片运输车螺旋输送机
盾构法施工方法、加固方案及强度计算
一、概述
盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，在护盾 的保护下，在机内安全的进行开挖和衬砌作业，从 而构筑成隧道的施工方法”。 其施工主要步骤为： (1)在盾构法隧道的起始端和终端各建一个工作井； (2)盾构在起始端工作井内安装就位； (3)依靠盾构千斤顶推力将盾构从起始工作井的墙 壁开孔处推出。
2 0
Cu Dd
D
Cu
D
2
(
2
)
M 3 ——滑移圆弧线CD段的抗滑力矩
M 3
0
Cut Dd
D
CutD 2
式中 Cu ——加固前土体地粘结力； Cut ——加固后土体地粘结力； H ——上覆土体的高度；
sin 1 t
D
抗滑移的安全系数K2
K2
M M
1.5
2．盾构的掘进 (1)盾构千斤顶总推力与刀盘扭矩计算 ①土压平衡式盾构 a．盾构千斤顶总推力 推进土压平衡式盾构所需克服的阻力有：
泥水加压式盾构按泥浆系统压力控制方式可分为 直接控制型(日本型)和间接控制型(德国型)两种 基本类型。 ①直接控制型(日本型)泥水加压式盾构的泥浆压 力控制由一套自动控制泥浆平衡的装置来实现。
清水槽
P1 泥浆调整槽
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盾构机的推力和扭矩计算盾构机的推力和扭矩计算包括软土和硬岩两种情况进行。
在软土中掘进时盾构机的推力和扭矩的计算地层参数按〈6〉岩石全风化带选取，由于岩土体中基本无水，所以水压力的计算按水土合算考虑。
选取可能出现的最不利受力情况埋深断面进行计算。
根据线路的纵剖面图，〈6〉层埋深不大，在确定盾构机拱顶处的均布围岩竖向压力P e时，可直接取全部上覆土体自重作为上覆土地层压力。
盾构机所受压力：P e = 丫h+ P oP0i= P e + G/DLP i=F e xxR=(P+ 丫.D)入式中：入为水平侧压力系数，入= h为上覆土厚度，h= 丫为土容重，丫= t/m 3G为盾构机重，G=340 tD为盾构机外径，D= m ; L为盾构机长度，L= m ; P 0为地面上置何载，P o=2 t/m 2; P oi为盾构机底部的均布压力；P i为盾构机拱顶处的侧向水土压力；P2为盾构机底部的侧向水土压力；P e=X +2= t/m 22 2P oi=+34O/ (x) =m P i=x =m2P2 =+ xx =m盾构推力计算盾构的推力主要由以下五部分组成：F F i F2 F3 F4 F5式中：F i为盾构外壳与土体之间的摩擦力；F2为刀盘上的水平推力引起的推力F3为切土所需要的推力；F4为盾尾与管片之间的摩阻力F5为后方台车的阻力1F l 一(P e P01 P P2)DL .4式中：：土与钢之间的摩擦系数，计算时取0.31 F1(26.83 33.37 14.8918.3) 6.25 8.32 0.3 1144.23t4F2 ,4(D2P d)式中：P d为水平土压力，P d( h D)2D 6.28h 12.8 15.93m2 22F d 0.47 1.94 15.93 14.52t/mF2/ 4(6.282 14.52) 445.48tF3/4(D2C)式中：C为土的粘结力，c=mF3 (6.252 4.5) 138.06t4F4 W c c式中：VC、卩c为两环管片的重量(计算时假定有两环管片的重量作用在盾尾内，当管片容重为m3管片宽度按计时，每环管片的重量为)，两环管片的重量为考虑。
卩C=F448.24 0.3 14.47tF5 G h sin g G h cos式中：G h为盾尾台车的重量，G~ 160t;B为坡度，tg 9 =卩g为滚动摩阻，卩g=F5160 0.025 0.05 160 1 12.00t盾构总推力：F 1144.23 445.48 138.06 14.47 12.00 1754.24t盾构的扭矩计算盾构配备的扭矩主要由以下九部分组成。
在进行刀盘扭矩计算时:M M1 M2 M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 M 9式中：M为刀具的切削扭矩；M为刀盘自重产生的旋转力矩M为刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩；M为密封装置产生的摩擦力矩M为刀盘前表面上的摩擦力矩；M为刀盘圆周面上的摩擦力矩M为刀盘背面的摩擦力矩；M为刀盘开口槽的剪切力矩M为刀盘土腔室内的搅动力矩a •刀具的切削扭矩MR0 1 2M i Chrdr M1 (C h max R0)0 2式中：C「：土的抗剪应力，2C「=C+P d x tg © =+x tg20 °=mh max:刀盘每转的最大切削深度，h ma=8cm/转R0:最外圈刀具的半径，R0=1 2 2M1-(9.78 8 10 2 3.142) 3.83t m2b. 刀盘自重产生的旋转力矩MM=GRl g式中：G:刀盘自重，计算时取刀盘的自重为G=55tR :轴承的接触半径，计算时取为R=卩g：滚动摩擦系数，计算时取为卩g=M=55xx = . mc. 刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩M2M=WR 卩z W p=an R P d式中：W：推力荷载；a：刀盘封闭系数，a =尺：轴承推力滚子接触半径，RF ；F C :刀盘半径，R=卩z：滚动摩擦系数，卩z= ；P d:水平土压力，P d=mW=nXX =；M=xx = t . md. 密圭寸装置产生的摩擦力矩M2 2M4=2 冗卩F (n i Rn i +rbRn2)式中：卩m：密圭寸与钢之间的摩擦系数，卩n=；F:密圭寸的推力，F=mn i、n2 :密圭寸数，n i=3 n 2=3；Rn2：密圭寸的安装半径，Rn= R m2=；M= 2 nxxx( 3X +3X) = t • me. 刀盘前表面上的摩擦力矩MM5 2( p R3P d)3式中：a：刀盘开口率，a =；卩P：土层与刀盘之间的摩擦系数，卩P= R :刀盘半径，R=M5 2(0.30 0.15 3.143 1 4.52 ) 41.96t m3f .刀盘圆周面上的摩擦力矩MM=2 n RBP 卩P式中：R:刀盘半径，R= ; B:刀盘宽度，B=P Z:刀盘圆周土压力P Z= (P e+P)1+P1+F2) /4= (+++) /4=m2M=2 nXXXX = • mg. 刀盘背面的摩擦力矩MM=2/3[ (1- a)n 戌卩P X ]M=2/3 (XnXXXX) = • mh. 刀盘开口槽的剪切力矩MM8- C R33式中：C T：土的抗剪应力，因碴土饱和含水，故抗剪强度降低，可近似地取C==1 t/m，© =5°; C T =C+P X tg © =1+X tg5= t/mM8- 2.27 3.143 0.30 45.88t m3i .刀盘土腔室内的搅动力矩MM=2n( R2— R>2) LG式中：d i :刀盘支撑梁外径，d i=；d2 ：刀盘支撑梁内径，d2= mL：支撑梁长度，L= mM9=2 n（）XX = t • m刀盘扭矩M为M~M之和M=++++++++=• m在硬岩中掘进时盾构机的推力和扭矩的计算地质参数按照<9>层选取,<9> 层为岩石微风化带.盘形单刃滚刀的参数如下:直径d=（17 英寸），R=刃角 a =60°每转切深h=1 cm刀盘直径D=盘形滚刀刀间距， B n=2htg © /2式中：©为岩石的自然破碎角，查表选取© =155°B m=2X 1 X tg155/2= ~ 10cm盾构推力的计算硬岩具有完全自稳能力。
在硬岩中掘进时，盾构机的拱顶、两侧、底部所受的压力均很小，对盾构机的推进影响不大，盾构机的推力主要消耗在滚刀贯入岩石所需要的推力上，所以可以近似的把滚刀贯入岩石的力看成盾构机的推力，其它在选取盾构机推力的富裕量时进行统筹考虑。
根据力平衡原理和能量守恒原理计算盘形滚刀的滚压推力，每个盘形滚刀的推力F总=mF力式中： F 力为单个滚刀贯入岩石所需要的力m为刀盘上安装的盘形滚刀（单刃）的数量F力4 K d R s(丄)0.5(£1.4h .2Rh h2tg-2 1.5 35 2式中：K d为岩石的滚压系数，查表取K d=R压为岩石的抗压强度，R压==623kg/cm2r i为盘形滚刀的刃角半径；r i =8cm9 i为盘形滚刀的半刃角；B i=30°©为岩石的自然破碎角，©=155°F力4 0.55 623 (—)0.5(聖)1.4 1 2 21.6 1 『tg15524.64t3 1.5 35 2m= D /(2 X B)式中：D为刀盘的外径，D=出为滚刀的刀间距，B=10cmm = (2 X 10X 10-2)=31本盾构机设计双刃滚刀19把，合计单刃滚刀38把，满足需要。
盾构机的总推力：F总=mF力=38X =盾构扭矩的计算硬岩掘进的扭矩主要由以下三部分组成：T T1 T2 T3式中：T1为刀盘滚动阻力矩计算T2为石碴提升所需要的扭矩T3为克服刀盘自重所需要的扭矩a. 刀盘滚动阻力矩计算T1T1 FB m m.式中：F为盘形滚刀的滚动力式中：E为与被滚压岩石自由面条件和形状有关的换算系数，EP力=卩压= h为每转切深，h =1cmR为盘形滚刀的半径，R=21.6 mmF 3 0.8 ” ------ 124.64 2.273 2 21.6 1出为盘形滚刀刀间距，B=10cm=42T1 2.27 0.1 m i 204.99t mi 1b •石碴提升所需要的扭矩T2T2=q n R h 1R式中：q为石碴容重，q=mR= mH=1 mm/n卩1为刀盘系数，卩1=T2=XnXXXX =c.克服刀盘自重所需要的扭矩T3T3=W/y 1R式中：W为刀盘自重，M55 t口 1 =R=T3=55XX = • m硬岩掘进所需要的力矩T= + += • m推力和扭矩的选取及验证软土中掘进：推力F=，扭矩T= • m硬岩中掘进：推力F=，扭矩T= t • m由于盾构在施工中经常需要纠偏、转向，因此盾构的推力实际上要比计算出来的大，按照经验数据，盾构实际配备的推力为计算值的倍。
F 1.5 F 1.5 175424 2631.36t按照《Mechanised Shield Tunnelling〉〉一书（作者:Bernhard Maidl ；MartinHerrenknecht ; Lothar Anheuser等)介绍的经验公式进行验算2F D kN式中：a为经验系数，按下图取500~1200D为盾构外径，D = mF (500 ~ 1200) 6.25219530 ~ 46875kN 1953 ~ 4687.5t本盾构机设计总推力为3421t，既大于理论计算值，又处于经验计算值之间, 说明盾构机的推力是足够的。
盾构外径当用刀盘扭矩的经验公式计算刀盘扭矩时T=a D3式中：a：扭矩系数，取a =T=x = t • m本盾构机额定扭矩T=450t • m，最大扭矩Tmax=530t • m可同时满足理论计算及经验计算的要求。
刀盘的驱动功率a.刀盘驱动所需功率:4 p / 530 10 19550 b. 液压马达所需总功率m 为液压马达数量，m=8每个马达功率为:P m — 652.91 81.61kWm 8c. 驱动电机的总功率：PP z 652.91/0.9 725kWd其中：n d 为电机效率，n d =本盾构机刀盘电机配备的功率为 945kV ,在满足上述计算要求的情况下,仍有较大富裕，以应付掘进过程中不明因素的影响。
盾构推进所需功率盾构机最大推进功率P T 可按：P T =F • V式中：F---总推力，F=3421tV---最大推进速度，V=8cm/minP T =3421 X 10X 8X 10-2/60= 式中：T c 为刀盘驱动的最大扭矩；T c =530 t • mn 为刀盘最大扭矩时的转速与盾构机设计的最大扭矩相对应的转速为 1 r/m ，则刀盘执行机构实P/ 际功率为:T c n9550 554.97kW—巴=554^1 m0.85 652.91kW其中：n m 为马达效率, n m =本盾构机的推进功率取值为55kW 可满足上述要求螺旋输送机参数的确定a .输送量Q理论出土量Q 可按:本盾构机的螺旋输送机的输送能力为 400nVh ，可满足计算要求 b .螺旋输送机驱动功率螺旋输送机所需功率:式中：W 0为物料阻力系数，取丫为土的容重，取m 3L 、 H 为螺旋输送机的水平长度和高度初定螺旋输送机的长度为10m 倾角为23°则:L=10 x cos23° = m H=10 x sin23 ° = m400 1 94所以，P L ----------- (3.2 9.205 3.907) 70.55kW 367电机所需功率：P k 吃 2 7055188kW总 0.75 本盾构机螺旋输送机驱动电机功率 315 kW,可以满足上述计算要求 皮带输送机的参数确定 式中：D 为盾构的开挖直径，D=V max 为盾构的开挖速度，V max =8cm/mi n x 60=ha 为土的松动系数取为，a =Q Lmax D 24 Q L 1.56.282 44.8 221.4m 3/h P LQ L 367 (W o H)皮带输送机的输送量应与螺旋输送机的输送量相匹配，按450 m3/h确定皮带输送机的参数进行计算a.确定带宽B式中：Q 为皮带输送机的输送量取450riVhK d 为端面系数，查表K d =355 匕为速度系数，查表K v =&为倾角系数，查表K . =1V 为带速，V=s取标准带宽，B=800mmb •皮带输送机的功率计算皮带输送机的功率即为电动滚筒的功率，电动滚筒的功率 N 可按:式中：K q 为满载驱动系数，K F ~,取K q =n 为效率，取n =N ）为电动滚筒的轴功率：N 0 K k L h V K z L h Q 0.00273Q H K f式中：K q 为空载运行功率系数，查表 K q =L h 为运行长度，L h =45mK z 为水平满载运行功率系数，查表 K z = X 10-5V 为带速，V=sH 为倾斜高度，H=查表取K f =N 0 0.0165 45 2.5 10.89 10 5 45 450 0.00273 450 0.5 2.89.65 N 1.4 15.35kW—450 \ 355 0.96 1 2.5 727mmK qN 。