6340盾构机计算书

φ6340mm隧道掘进机型号TM634 PMX设计计算书目录页数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 (21)5.1 地质概况 (21)5.2 地质计算模型化 (21)5.3 主切削刀计算 (21)5.3.1 磨损高度与运转距离的关系 (21)5.3.2主切削刀、刮刀的磨损系数 (22)5.3.3刀具磨损计算公式 (23)5.3.4刀具磨损计算结果 (24)6、三排园柱滚子轴承计算 (25)6.1 盾构机规格 (25)6.2 载荷计算 (26)6.2.1土载荷的计算 (26)6.2.2 作用与三排园柱滚柱轴承上的载荷的计算 (26)6.3、三排园柱滚柱轴承寿命计算： (27)6.3.1三排园柱滚柱轴承规格 (27)6.3.2 三排园柱滚柱轴承寿命计算 (27)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、细砂(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。

图 1-1 根据小松公司的长期经验，切削刀的切削抵抗系数在粘土·淤泥质粘土土层（水土不分离）中最大（见表1-1切削阻力系数）。

因此采用最恶劣的粘土·淤泥质粘土土层（水土不分离）以及隧道上方的土体松弛高度以全覆土来计算盾构机各主要参数。

表1-1切削阻力系数0.5m p=58.8kN/m 21.4、盾构机规格盾构机主要参数如表1-2所示（详细的规格见盾构机技术规格书）。

表1-2 盾构机主要参数2、盾构机刀盘所需扭矩的计算：2.1 计算条件***水、土不分离计算***（1）土质粘土、淤泥质粘土（2）覆土 H 30 m（3）水头 Hw 0m （※）（4）土的单位体积质量水位上部 W0 1.9t/m3（5）土的单位体积质量水位下部 W1 1.9t/m3（6）水的单位体积质量 W2 0t/m3 （※）（7）标准贯入试验值 N 0（8）内摩擦角φ 0 deg（9）地面载荷 S 6t/m2（10）侧方土压系数 K1 0.7（11）松弛土的粘着力 c 4,905 KN/ m2（12）盾构机外径 d 6.34 m（13）盾构机半径 r 3.17 m（14）壳体长L 8.680 m （15）盾构机质量 G 275t （16）掘削断面积 A 31.57 m2（17）刀盘开口率ξ 40% （18）刀盘半径 rc 3.15 m （19）刀盘厚 l 0.4 m （20）切削阻力系数（见表1-1） e s 1.2（21）切削刀刃宽度 B0 12 cm （22）切深 t 2.3 cm （23）切削刀刃的前角θ 0.262 rad （24）主刀具数量（安装总数的一半） nt 39个（25）主刀具平均安装半径（≒d/4） Rk 1.585 m （26）刀盘支撑梁数 na 6 个（27）刀盘支撑梁平均安装半径 Ra 1.56 m （28）刀盘支撑梁外径 da 0.46 m （29）刀盘支撑梁长度la 0.712m （※）标记表示以水土不分离进行计算时不使用。

2.2 各参数的计算1）松弛高度计算①考虑地面负载时的覆土H1 = H + S/W0 33.2 m②松弛高度 H2因为是用全覆土计算，所以松弛高度为：H2 = H1 33.2 m③松弛宽度 BB = r×cos(45-φ/2)+r{1+sin(45-φ/2)}×tan(45-φ/2) 7.7 m 2）土压计算作用在壳体上的土压为上部土压P1、侧压P2及下部土压P3的平均值。

①上部土压P1P1 = H2×W1 617819 Pa { 63.tf/m2 }②侧压 P2P2 = K1×（H2+r）×W1 507663.3 Pa { 51.8tf/m2 }③下部土压 P3P3 = P1+G/（d×L） 662565 Pa { 67.6tf/m2 }④平均土压 PP = （P1+2×P2+P3）/4 573927.6 Pa { 58.5tf/m2 }2.3 所需扭矩计算盾构机刀盘扭矩是由刀具的切削阻力矩、面板及刀盘外周与地层的摩擦阻力矩、搅拌翼的阻力矩等组成。

1）刀具的切削阻力矩 T1一个切削刀刃所需的阻力矩Hα根据村山·田经验公式计算Hα = 2.1×es·B0·t2×10（-0。

22·θ） 1374 N { 140kgf } T1 = nt×Hα×Rk 84.949 kN-m {8.66tf-m} 2）刀盘面板与地层间的摩擦阻力矩 T2T2 = 4×π×c×（1-ξ）×rc3/6 1953 kN-m {199tf-m} 3）刀盘面板外周与地层间的摩擦阻力矩 T3T3 = π×c×l×rc2 1432 kN-m {146tf –m} 4）搅拌翼的阻力矩 T4T4 = 2×na×da×la×ra×c 301 kN-m {30.66tf-m} 5）所需扭矩 TT = T1+T2+T3+T4 3771 kN-m {384.32 tf-m} 6）装备扭矩余量 S装备扭矩T0时（100%时） 5151 kN-m {525tf-m}安全率 S= T0/T 1.36倍装备扭矩T1 时（120%时） 6181 kN-m {630tf-m} 安全率 S= T0/T 1.64倍由计算可知，本盾构机在100%扭矩时(=525tf-m)是理论计算的1.36倍，有充足的余量，特别是在120%扭矩时（=630 tf-m）是理论计算的1.64倍，本盾构机配置了充分的扭矩。

足以保证工程的需要。

3、盾构机所需推力的计算：3.1计算条件***水、土不分离计算***（1）土质粘土、淤泥质粘土（2）覆土 H 30m（3）水头 Hw 0m （※）（4）土的单位体积质量水位上部 W0 1.9t/m3（5）土的单位体积质量水位下部 W1 1.9t/m3（6）水的单位体积质量 W2 0t/m3 （※）（7）标准贯入试验值 N 0（8）内摩擦角φ 0 deg（9）地面载荷 S 6t/m2（10）土压系数 K1 0.7（11）松弛土的粘着力 c 4,905 KN/ m2（12）盾构机外径 d 6.34 m（13）盾构机半径 r 3.17 m（14）壳体长L 8.68 m（15）盾构机质量 G 275 t（16）掘削断面积 A 31.57 m2（17）后续设备的质量 GB 88t（18）牵引系数μ 0.5（19）管片外径 Ds 6.2 m（20）管片与盾尾密封的摩擦阻力μs 0.3（21）盾尾密封数 n 3 道（22）盾尾密封挤压力 PT 0.00314 MN/m （※）标记表示以水土不分离进行计算时不使用。

3.2 各参数的计算（1）松弛高度计算·考虑地面负载时的覆土H1 = H + S/W0 33.2 m ·松弛高度 H2因为是用全覆土计算，所以松弛高度为：H2 = H1 33.2 m （松弛宽度 B）B = r×cos(45-φ/2)+r{1+sin(45-φ/2)}×tan(45-φ/2) = 7.7 m(2) 土压计算作用在壳体上的土压为上部土压P1、侧压P2及下部土压P3的平均值。

①上部土压P1P1 = H2×W1 617819 Pa { 63.tf/m2 }②侧压 P2P2 = K1×（H2+r）×W1 507663.3 Pa { 51.8tf/m2 }③下部土压 P3P3 = P1+G/（d×L） 662565 Pa { 67.6tf/m2 }④平均土压 PP = （P1+2×P2+P3）/4 573927.6 Pa { 58.5tf/m2 }3.3 推力计算盾构机推力由壳体外周摩擦阻力、胸板所受的土压与水压、后续设备的牵引力、管片与盾尾密封的摩擦阻力等组成。

1）克服壳体外周摩擦阻力的推力 F1F1 = π×d×L×c 8480 kN { 865.3 tf }2）克服胸板所受的土压与水压的推力 F2F2 = A×P2 16027kN { 1634tf } 3）克服后续设备的牵引力的推力 F3F3 = GB×μ 614.6 kN { 62.7tf}4）克服管片与盾尾密封摩擦阻力的推力 F4F4 = π×Ds×μs×n×PT 55 kN { 6tf} 5）推进时所需推力F = F1+F2+F3+F4+ 25177 kN {2569tf}6）装备推力安全率虽然对曲线施工和方向控制来说盾构机推进油缸数量多比较好，但受空间的限制，所以尺寸及数量受到制约。

装备推力 F0= 1715×22 37730 kN {3850tf}安全率 F0/F 1.5倍由计算可知，本盾构机配置了充分的推力。

注：本计算从安全考虑，土压计算时的松弛高度采用全覆土计算，而实际上松弛高度要比全覆土小，所以上述装备推力十分充分。

并且，本盾构机的装备推力为所需理论推力的1.5倍，对应曲线施工也具有充分的余量。