(完整word版)盾构机推力计算.docx

7.8.2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。7.8.2.1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 =γ h+ P0

P 01= P e + G/DL

P1=P e×λ

P2=(P+γ .D) λ

式中：λ为水平侧压力系数，λ=0.47 h 为上覆土厚

度，h=12.8m

为土容重，γ =1.94 t/m3

3 γ

G 为盾构机重，G=340 t

D 为盾构机外径，D=6.25 m ；L 为盾构机长度，L=8.32 m ；P0 为地

面上置荷载，P0=2 t/m2；P01为盾构机底部的均布压力；P1 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=1.94×12.8+2=26.83 t/m2

2 2

P01=26.83+340/(6.25× 8.32)=33.37t/m2P1=26.83×0.47=14.89t/m2

2

P2 =(26.83+1.94×6.25)× 0.47=18.3t/m2

7.8.2.1.1盾构推力计算盾构的推力主要由以下五部分组成：

F F1 F2 F3 F4 F5

式中：F1 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

1

F1 1(P e P01 P1 P2)DL .

4

式中：：土与钢之间的摩擦系数，计算时取0.3

1

F1 （26.83 33.37 14.89 18.3） 6.25 8.32 0.3 1144.23t F2 （4 D2P d）

式中：P d为水平土压力，P d （h D）

D 6.28

h 12.8 15.93m

22

P d0.47 1.94 15.93 14.52t / m2

F2 / 4（6.28214.52）445.48t

F3 /（4 D 2C）

式中： C 为土的粘结力，C=4.5t/m2

2

F3 （6.252 4.5）138.06t

4

F4 W c c

式中：W C 、μC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 2.5t/m3，管片宽度按 1.5m 计时，每环管片的重量为

24.12t），两环管片的重量为48.24t考虑。μC=0.3

F4 48.24 0.3 14.47t

F5 G h sin g G h cos

式中：G h 为盾尾台车的重量，G h≈160t；

θ为坡度，tgθ=0.025

μg 为滚动摩阻，μg=0.05

F5 160 0.025 0.05 160 1 12.00t

盾构总推 F 1144.23 445.48 138.06 14.47 12.00 1754.24t

7.8.2.1.2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 M 2 M3 M 4 M 5 M 6 M 7 M8 M9

式中：M1 为刀具的切削扭矩；M2 为刀盘自重产生的旋转力矩

M3 为刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩；M4 为密封装置产生的摩擦力矩

M 5 为刀盘前表面上的摩擦力矩 ；M 6为刀盘圆周面上的摩擦力矩

M 7 为刀盘背面的摩擦力矩 ；M 8 为刀盘开口槽的剪切力矩

M 9 为刀盘土腔室内的搅动力矩

a ．刀具的切削扭矩 M 1

式中： C г：土的抗剪应力，

C г=C+P d ×tg φ=4.5+14.52×tg20°=9.78t/m 2 h max ：刀盘每转的最大切削深

度， h max =8cm/转

R 0：最外圈刀具的半径， R 0=3.14m

M 1 1(9.78 8 10 2 3.142) 3.83t m

b ．刀盘自重产生的旋转力矩 M 2

M 2=GR μ g

式中： G ：刀盘自重，计算时取刀盘的自重为 G=55t

R ：轴承的接触半径，计算时取为 R=2.6m μg ：滚动摩擦系数，计算时

取为 μg =0.004

M 2=55×2.6×0.004=0.57t ﹒m c ．刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩 M 3

2 M 3=W p R g μ z W p =απ R c P d

式中： W p ：推力荷载 ；α：刀盘封闭系数， α=0.70

R g ：轴承推力滚子接触半径， R g =1.25m ； R c ：刀盘半径， R c =3.14 μ z ：滚动摩擦系数， μz =0.004 ；P d ：水平土压力， P d =14.52t/m 2 2

W p =0.70π×3.142×14.52=312.83t ；M 3=312.83× 1.25×0.004=1.56 t ﹒m d ．密

封装置产生的摩擦力矩 M 4

22

M 4=2πμ m F (n 1R m1 +n 2R m2 )

式中：μm ：密封与钢之间的摩擦系数， μm =0.2；F ：密封的推力， F=0.15t/m n 1 、 n 2 ：密封数， n 1=3 n 2=3；R m1、 R m2：密封的安装半径， R m1=1.84m R m2=2.26m ；M 4= 2π× 0.2×0.15×(3×1.842+3×2.262)=4.80 t ·m

e ．刀盘前表面上的摩擦力矩 M 5

M 5 2( P R 3P d ) 3

式中：α：刀盘开口率，α=0.30；μP ：土层与刀盘之间的摩擦系R0

M 1

Chrdr M 1 1(C h m a R x02) 2

μP =0.15