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(完整word版)盾构土压力计算
城市地铁盾构施工土压力选择随着北京2008年申奥成功，我国的城市地铁施工必将走向了一个崭新的一页。
城市地铁盾构施工具有快速、安全、对地面建筑物影响小等诸多优点，已经被越来越多的人们所认可。
在城市地铁盾构施工中，如何设置合理的土压，对于控制地表沉降有着至关重要的意义。
一、土压平衡复合式盾构机三种工况的简要介绍土压平衡复合式盾构有三种工况，即敞开式、半敞开式、土压平衡三种掘进模式。
地层围岩条件较好时，螺旋输送机伸入土仓，螺旋输送机的卸料口完全打开，土仓内不保持土压，维持刀盘、土仓、螺旋输送机之间的完全敞开，实现敞开式模式掘进。
当围岩稳定性变坏，工作面有坍塌时或有坍塌的可能，或地下涌水不能得到有效控制时，缩回螺旋输送机，关闭螺旋输送机的卸料口，压入压缩空气，土仓会被压力封闭，控制地下水的涌出，防止坍塌的进一步发生，即可实现半敞开式掘进模式；若水压力大或工作面不能达到稳定状态，则先停止螺旋输送机的出碴，切削下来的碴土充满土仓。
与此同时，用螺旋输送机排土机构，进行与盾构推进量相应的排土作业，掘进过程中，始终维持开挖土量与排土量的平衡来维持仓内碴土的土压力。
以土仓内的碴土压力抗衡工作面的土体压力和水压力，以保持工作面的土体的稳定，防止工作面的坍塌和地下水的涌出，从而使盾构机在不松动的围岩中掘进，确保不产生地层损失，实现土压平衡掘进模式。
二、掘进土压力的设定在选择掘进土压力时主要考虑地层土压，地下水压（孔隙水压），预先考虑的预备压力2.1 地层施工土压在我国铁路隧道设计规范中，根据大量的施工经验，在太沙基土压力理论的基础上，提出以岩体综合物性指标为基础的岩体综合分类法，根据隧道的埋资深度不同，将隧道分为深埋隧道和浅埋隧道。
再根据隧道的具体情况采用不同的计算方式进行施工土压计算。
2.1.1 深埋隧道与浅埋隧道的确定深、浅埋隧道的判定原则一般以隧道顶部覆盖层能否形成“自然拱” 为原则。
深埋隧道围岩松动压力值是根据施工坍方平均高度（等效荷载高度）确定的。
TBM力的计算范文
TBM力的计算范文TBM（Thrust and Boring Machine）力的计算是指在盾构工程中，计算盾构机在推进过程中所需的推力大小。
推力是盾构机推进的核心参数之一，它直接影响到盾构机的推进速度和施工效率。
在盾构机推进过程中，推力的计算一般依据以下几个因素：2.导轨的摩擦力：盾构机在推进过程中，会沿着导轨前进。
导轨与盾构机之间的接触面会产生一定的摩擦力，阻碍盾构机的前进。
通过计算摩擦力的大小，可以确定所需的推力。
3.土层的摩擦力：盾构机推进时，还要克服土层的摩擦力。
土层的摩擦力取决于土壤的抗剪强度和土与盾构机之间的接触面积。
通过计算土层的摩擦力，可以确定所需的推力。
以上三个因素是影响推力计算的关键因素。
下面以一个实际的案例来进行详细说明。
假设盾构隧道的里程为1000米，隧道直径为8米，地层深度为50米。
根据地质勘探资料得知，该隧道区间土层主要由黏土组成，抗剪强度为100kPa。
已知导轨与盾构机之间的摩擦系数为0.05、根据勘探资料，地层应力为20MPa。
首先，计算径向压力：地层自重压力=地层面积×地层单位体积质量地层单位体积质量=23.5kN/m^3（假设）地层应力压力=地层面积×地层应力其次，计算导轨摩擦力：导轨摩擦力=导轨接触面积×摩擦系数×地层单位体积质量最后，计算土层摩擦力：土层接触面积=2×π×(8÷2)×50≈1256.64平方米土层摩擦力=土层接触面积×抗剪强度综上所述，推力大小计算结果为：推力=径向压力+导轨摩擦力+土层摩擦力以上就是盾构机推力计算的一个简单案例。
实际中，在进行推力计算时，需要考虑更多的因素和参数，如地层的变化情况、不同地层的摩擦系数和抗剪强度等。
同时，也需要结合盾构机的技术性能和工程项目的实际情况来确定最终的推力大小，确保施工的顺利进行。
(完整版)盾构机选型计算书
设计依据：1.《广州市轨道交通五号线工程区庄至动物园南门区间详细勘察阶段岩土勘察报告》2.《广州市轨道交通五号线工程动物园南门至杨箕区间详细勘察阶段岩土工程勘察报告》3.《广州市轨道交通五号线首期工程（滘口至文冲段）设计技术要求》4.广州市轨道交通五号线首期工程（滘口至文冲段）区庄站至动物园站区间招标设计及投标设计文件5. 广州市轨道交通五号线首期工程（滘口至文冲段）动物园站到杨箕站区间招标设计及投标设计文件6.《广州市轨道交通五号线首期工程（滘口至文冲段）施工图设计结构防水工程技术要求》7．《广州市轨道交通五号线[区庄站～动物园站～杨箕站区间]盾构工程设计合同》8.广州市地铁五号线总包总体部下发的工作联系单9.采用规范：1）《人民防空工程设计规范》（GB50225-1995）2）《盾构法隧道施工与验收规范》（GB50446-2008）3）《建筑结构荷载规范》（GB50009-2001）4）《地铁设计规范》（GB50157-2003）5）《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002）6）《地下工程防水技术规范》（GB50108-2001）7）《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）8）《建筑抗震设计规范》（GB50011-2001）9）《锚杆喷射混凝土支护技术规范》（GB50007-2002）10）《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）11）《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1—2005）12）《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299—1999）2003年版13）其他相关规范、规程工程概况本工程含区庄站～动物园站及动物园站到杨箕站两个盾构区间，盾构始发井设于杨箕站，盾构机于动物园站过站，盾构吊出井设于区庄站东侧。
两区间均属珠江三角洲平原，沿线路面交通繁忙，为密集的建筑物、高架桥桩基区，地下管线密布。
动物园站～杨箕站区间隧道下穿内环放射线黄埔大道A2标以及内环—梅东—中山—立交桩基，同时距东风广场会所及环风变电桩基较近。
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。
某泥水盾构机推力计算书
某泥水盾构机推力计算书1)计算条件1-1土质条件土壤单位体积的重量γ土壤单位体积的重量(水中) γ'水单位体积的重量γw土壤内摩擦角φ侧向土压摩擦系数Ka最大埋深H从盾构顶部测量的最大地下水位Hw开挖面的水压(盾构机中央) Pw泥土和钢板间的摩擦系数μ1-2 盾构机盾构外径 D盾构长度L盾构总重W盾构千斤顶的最大推力Fj盾构千斤顶的数量nj 1-3 管片材料类型RC单环管片的重量Ws管片和钢板间的摩擦系数μc2)作用于盾构外部钢板的土压将土压减去水压，可求得盾构外壁和泥土之间的摩擦阻。
土压可根据整个埋深计算得出。
上载负载P1、P2为∶P1=γ’H+ PoP2=P1+S式中∶S=πｇ=πγｏｔ水平负载Q1、Q2为:Q1=K1(γ’ H1)Q2=K1{γ’(H1+2R) }3）作用于刀盘面的土压根据整个埋深可计算出土压。
土压可由下式得出。
Pd=Ka×{γ’×(H+R)}4）盾构机的掘进阻力盾构机的掘进阻力表示如下：(1)盾构外部钢板和泥土之间的摩擦阻力(F1)F1=μ×{π×D×L×(P0+P2+P3+P0')/4+W}(2)土压的正面阻力(F2)F2=(π×D2/4)×Pd(3)水压的正面阻力(F3)F3=(π×D2/4) ×Pw(4)盾尾内表面和管片之间的摩擦力(F4)F4=μc×Ws'×gWs'=作用于盾尾部分的重量(假定作用在盾尾部分的最大重量相当于2个环片的重量。
) 5）所需推力和装备推力根据4.(1)～(4),所需推力可由下式得出：F=F1+F2+F3+F4而实际装备推力 Fa 为Fa= Fj×nj=278400 kN ＞ F SF=1.61【CASE2】因此，该盾构机具有足够的推力。
水压的正面阻力F3 kN 116,849.87 99,132.88 盾尾内表面和管片之间的摩擦力F4 kN 667.08 667.08 所需推力和装备推力 F kN 155,698.56 172,566.64 安全率sf - 1.79 1.612.挖掘扭矩的计算一般认为盾构机（轴承型中间支承方式）的挖掘所需扭矩T由以下各要素构成。
盾构机推力扭矩计算依据
6.34m土压平衡d1型地铁盾构（液压系统）计算书Ф6340土压平衡d1型盾构推力扭矩计算书2. 设计依据Φ6.34m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: Φ＝7.5°～19.5°c. 凝聚力: C＝4.0～25.0kpad. 渗透系数：KV20＝1.77×10－5～1.58×10－4cm/secK H20＝2.02×10－5～2.49×10－4cm/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。
g w1P w2—底部垂直水压(kN/m2)； q e1—顶部土体侧压(kN/m2)；q e2—底部土体侧压(kN/m2)； q w1—顶部侧向水压(kN/m2)；q w2—底部侧向水压(kN/m2)； q fe1—顶部水平土压(kN/m2)；q fe2—底部水平土压(kN/m2)； q fw1—顶部水平水压(kN/m2)；q fw2—底部水平水压(kN/m2)。
其中qfe1=qe1, qfe2=qe2, qfw1=qw1, qfw2=qw2。
垂直土压: Pe1=W0+γtH0+γ'Hw （1）式中: W0—地面荷载(kN/m2)； H0—地下水位高度(m)；H w—H-H0； H—覆土厚度(m)；γt—地下水位上部的土体容重(kN/m2)；γ'—地下水位下部的土体容重(kN/m2)。
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。
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。
盾构主要参数的计算和确定
盾构主要参数的计算和确定1、盾构外径：盾构外径D=管片外径D S+2(盾尾间隙δ+盾尾壳体厚度t)盾尾间隙δ--为保证管片安装和修复蛇行,以及其他因素的最小富余量，一般取25—40mm;结合五标地质取多少?2、刀盘开挖直径：软土地层，一般大于前盾0—10mm,砂卵石地层或硬岩地层，一般大于前顿外径30mm,五标刀盘开挖直径如何确定的?3、盾壳长度盾壳长度L=盾构灵敏度ξx盾构外径D小型盾构D≤3.5M，ξ=1.2—1.5；中型3.5M＜D≤9M，ξ=0.8—1.2；大型盾构D＞9M；ξ=0.7—0.8；4、盾构重量泥水盾构重量=（45---65）D2，由于本线路存在线下溶土洞的可能，再掘进中能否通过此核算，盾构主机是否沉陷？5、盾构推力盾构总推力F e=安全储备系数AX盾构推进总阻力F d安全储备系数A---一般取1.5---2.0。
盾构推进总阻力F d=盾壳与周边地层间阻力F1+刀盘面板推进阻力F2+管片与盾尾间摩擦力F3+切口环贯入地层阻力F4+转向阻力F5+牵引后配套拖车阻力F6盾壳与周边地层间阻力F1计算中，静止土压力系数或土的粘聚力取盾体范围内的何点的？刀盘面板推进阻力F2，对于泥水盾构或土压盾构土仓压力如何确定的？管片与盾尾间摩擦力F3中，盾尾刷与管片的摩擦系数取偏大好吗？盾尾刷内的油脂压力如何定？计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？6、刀盘扭矩刀盘设计扭矩T=刀盘切削扭矩T1+刀盘自重形成的轴承旋转反力矩T2+刀盘轴向推力形成的旋转反力矩T3+主轴承密封装置摩擦力矩T4+刀盘前面摩擦扭矩T5+刀盘圆周摩擦反力矩T6+刀盘背面摩擦力矩T7+刀盘开口槽的剪切力矩T8刀盘切削扭矩T1中的切削土的抗压强度q u如何确定？刀盘轴向推力形成的旋转反力矩T3计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？，刀盘圆周摩擦反力矩T6计算中，土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？刀盘背面摩擦力矩T7中土仓压力P W如何确定？7、主驱动功率主驱动工率储备系数一般为1.2---1.5，主驱动系统的效率η如何确定？8、推进系统功率推进系统功率W f=功率储备系数A W X最大推力FX最大推进速度VX推进系统功率ηW功率储备系数A W一般取1.2---1.5, 最大推力F、最大推进速度V如何定？推进系统功率ηW=推进泵的机械效率X推进泵的容积率X连轴器的效率9、同步注浆能力每环管片理论注浆量Q=0.25X(刀盘开挖直径D2—管片外径D S2)X管片长度L推进一环的最短时间t=管片长度L/最大推进速度v理论注浆能力q=每环管片理论注浆量Q/推进一环的最短时间t额定注浆能力q p=地层的注浆系数λX理论注浆能力q/注浆泵效率η地层的注浆系数λ因地层而变一般取1.5---1.8。
盾构机-系统推力计算
1.1 系统推力计算盾构的总推力根据各种推进阻力的总和及所需的富裕量决定，对于土压盾构通常考虑的推进阻力有盾体的摩擦力、作用在刀具上的阻力、开挖面的支撑压力、盾尾与管片及盾尾密封刷间的摩擦力、后配套的拖拉力等。
这些推进阻力根据地层情况和盾构的尺寸参数计算如下：1）盾体与地层间的摩擦阻力由公式（1）计算11001)22(25.0μμγπ⨯+⨯++=W D K P K P DL F e e （1） 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）K 0——掘削断面上土体的静止土压系数，取值0.51μ——地层与盾构机外壳间摩擦系数， 通常取ϕμtan 5.01=ϕ——掘削断面上土体的内摩擦角（°）P e ——作用在盾构机上顶部的竖直土压强度（kPa ）, in i i e H p ∑==1γn ——地表至盾构机外壳上顶区域内的不同浮重度的土层的层数γi ——第i 层的浮重度（KN/m3）H i ——第i 层厚度=1F 0.25×3.14×8.658×6.48×（2×200+2×0.5×200+0.5×20×6.48）×0.13+3000×0.13＝4196KN2）刀具上的推力现按照滚刀方式计算推力，共47把，按每把单刃滚刀的最大承载力按250kN 计算。
F2=250×47=11750kN3）盾尾与管片间的摩擦力盾尾与管片间的摩擦力由公式（2）计算2110213μπμ⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=p l D W n F s （2） 式中1n ——盾尾内管片的环数Ws ——1环管片的重量2μ——管片与盾尾间的摩擦系数D0——管片外径1l ——盾尾刷的长度1p ——尾刷内油脂压力 F3=2×1000×0.3+3.14×6.2×0.85×300×0.15=1344kN4）后配套拖车的拖拉力后配套的拖拉力暂按500 kN 考虑F4=500 kN5）开挖面的支撑压力开挖面的支撑压力按公式（3）计算，对于土压平衡盾构计算公式如下 S P D F ⨯⨯=425π (3) 式中s P ——设计掘进压力，此处取200kPaF5=3.14×6.482×200/4=6592kN6）系统推力系统的装备推力为上述推进阻力的总和乘以富裕量系数此处取1.5 F=)(54321F F F F F ++++⨯α=1.5×(4196+11750+1344+500+6592)=36573kN 实际配置共22根推进油缸，总推力达到40861KN 。
盾构机的关键参数计算方法8
盾构机的关键参数计算方法1.1.1.1盾构机总推力计算根据隧道工程条件，盾构主要参数计算按盾构在最大土压和水压位置进行计算。
根据招标文件和地质堪察报告按盾顶埋深22m，地下水位埋深按2m，盾构穿越地层按粉质粘土地层进行核定。
1、计算参数管片内径：Φ5500mm管片外径：Φ6200mm管片厚度：350mm管片宽度：1500mm覆土厚度：20m水头压力：200kPa土容重：粘土γ＝19.1kN/m3,粉土γ＝19.9kN/m3土的侧压力系数：0.5盾构机重量：331.7t盾构机盾壳长度：9.55m管片外径：Φg=6200mm盾构尾部的外径为：Φ6390mm盾体直径为：D 0＝6410mm钢与土的摩擦系数μ1＝0.3车轮与钢轨之间的摩擦系数μ2＝0.2每一先行刀的容许负荷pr＝150kN后配套系统G1＝160t最大推力F：42,000kN额定扭矩：5316 kNm脱困扭矩：6934 kNm2、盾构荷载计算松动圈土压，见图2.1.6-1。
按覆土厚度H0=22m计算,H1=1m,H2=12m.H3=9m①Pe1=（γ-10）H2+（γ-10）H3 +γ*H1=219.3kPa ②Pe2=Pe1-64.5=153.8kPa③④ ⑤⑥ ⑦ ⑧ ⑨图2.1.6-1 荷载计算简图3、盾构机总推力计算盾构的总推进力必须大于各种推进阻力的总和，否则盾构无法向前推进。
包括盾构外围与土的摩擦力、盾构推进阻力（正面阻力）、由先行刀挤压阻力、管片与盾尾的密封阻力、后方台车的牵引阻力。
1.1.1.2盾壳与土体的摩擦力(1)、盾构外围与土的摩擦力)4()(221101011w q p q p LD w Lp D F e e e e w ++++=+=πμπμkN 6.11047）331742.1481048.1533.21955.9*41.6*14.3(3.0＝=++++kPa p q e e 1045.0*208*11===λkPa Pe q e 2.1485.0*2195.0*45.6*12*)145.6*)10((2=+=+-=λγkPaL D G p g 02.62)0.8*45.6/(10*320*/0===11e e q qf =22e e q qf =kpa qf w 2101=kpa qf w 2752=(2)、盾构推进阻力（正面阻力）kNqf qf qf qf D F w e w e 1383922752108.1533.219*40881.41*14.32*42211202=+++=+++π＝(3)、由先行刀挤压产生的阻力kN n p F r 2700150*18*3=== (4)、管片与盾尾的密封阻力kN W M F S C 8.1418.92.51.55.5)5.5-6.22.6(41416.323.04=⨯⨯⨯⨯⨯⨯÷⨯⨯=⨯=MC -管件与钢板刷之间的摩擦阻力，取0.3 WS-压在盾尾内部2环管片的自重 (5)、后方台车的牵引阻力kN G F 3201600*2.0*＝125==μ 所需最大推力kN F F F F F F 4.280483208.1412700138396.1104754321max =++++=++++=安全系数5.14.28048/42000/＝max ==F F α 根据分项计算推力的安全系数达到1.5，可以满足掘进的需要。
盾构机功率及供电负荷计算.doc
4
1.5
380
11
2
21
42
22
380
0.75 2 1.8
4
1.5
380
1.1 2 2.8
6
6
2.2
380
11
2 22.6
45
22
380
1.5
5 3.65
18
18
7.5
380
1.1
1 4.8
10
4.4
380V
总计 1183 1066
总功率（kW） 1369.8
5
kVA＝√３×V×A／１０００ A=a*η1/η2
盾构机功率及供电负荷计算
序 号
项目
电压 （Ｖ）
功率 数量 电路 总电流（Ａ） 功率
（kW）
（A） 掘进 拼装 （kW）
1 刀盘驱动 2 刀盘驱动
3 推进油缸泵电机 螺旋机驱动泵电
4机 5 铰接系统液压泵
管片拼装机液压 6泵 7 仿形刀液压泵 8 皮带输送机 9 油脂单元 10 给脂单元 11 盾尾密封空压机 12 通风机 13 管片运输装置 14 其他电源 15 控制变压器 16 空压机 17 照明 18 紧急照明 19 空调
440
75
440
75
380
380 380
380 380 380 380 380 380 380 380 380 380/100 380 220 220 220
75
110 11
18.5 11 37
0.18 0.37 7.5
22 12 3.7 15KVA 37
5 157 785 5 157 785
440V 1570 1 135 135 135
盾构机刀盘扭矩及盾体推力计算方法研究
盾构机刀盘扭矩及盾体推力计算方法研究*邓立营** 刘春光 党军锋北方重工沈阳重型机械集团设计研究院 辽宁沈阳 110025摘要：盾构机刀盘驱动扭矩及盾体推力，是盾构机设计的 2 个最重要的根本参数。
在分析了土压平衡 盾构机刀盘扭矩及盾体推力组成局部的根底上，结合相关土体力学的根底知识，对其各组成局部进展 了建模和求解，从而建立了盾构机刀盘驱动扭矩及盾体推力的计算公式，并通过实例进展了计算验证 和分析。
关键词：盾构机；刀盘扭矩；盾体推力；土压平衡；土体侧压力系数；土体重力密度文献标识码：A论文编号：1001-3954(2021)17-0013-04Research on method of calculating torque of cutter headof shield machine and thrust of shieldDENG Liying LIU Chunguang DANG JunfengDesign Institute, Northern Heavy Shenyang Heavy Machinery Group Co., Ltd., Shenyang 110025, Liaoning, ChinaAbstract ：The driving torque of cutter head of shield machine and the thrust of shield are two important parameters during the design of shield machine . Based on the analysis of the composition of cutter head torque and the thrust of shield, the modeling and solving of each component were conducted in combination with basic knowledge of soil mechanics . Then the formula for calculating the driving torque of cutter head of shield machine and the thrust of shield were established, and the actual calculation and analysis with these formulas were carried out also .Keywords ：shield machine; torque of cutter header; pressure coefficient of earth; gravity density of earththrust of shield; earth pressurebalance ( EPB ) ; lateral 年来，随着城市地铁建立规模的不断扩大，土 1 刀盘构造及扭矩的构成土压平衡盾构机刀盘构造及安装如图 1 所示。
始发推力及扭矩计算
右线始发推力及扭矩计算一、计算条件盾构机受力分析：图1项目符号单位覆土厚度H m地下水位(从水面至盾构机顶部为止) H w m泥土天然容重γt/m3水的容重γw t/m3土内部摩擦角φdegree 静土压系数k0--- 土的粘聚力 c kN/m2盾构机外径 D m盾构机总长L m盾体长度Ls m盾体总重量Gs t后配套台车总重量Gt t推进油缸推力 F kN/根油缸装备数量m 根刀盘扭矩Tr kN-m 管片外径Ds m刀盘开口率ξ％刀盘幅宽l m标准刀刀刃宽度B0 cm如图1所示，盾构机在土体中，覆土厚度H ，其间含有H W 高的水头，此时盾构机上下左右均受到水和土体对它的作用力，如图2所示： 1)、盾构机顶部所受的垂直负荷：P1P 1＝H ·γ×10 2)、盾构机顶部侧向负荷： Q 1101P k Q ⨯=3)、盾构机底部侧向负荷： Q 2()102⨯⨯+=γD H k Q4)、盾构机底部所受的垂直负荷：3Pg P P +=13盾构机自重引起的压力：LsD Gs g ⋅⨯=10图2 图3DP1P3二、盾构掘进刀盘扭矩和所需推力计算1、掘进时刀盘扭矩 理论刀盘扭矩：TT = T 1 + T 2 + T 3 + T 4其中 T 1：刀具的切削阻力扭矩T 2：大刀盘面板与地层的摩擦阻力扭矩 T 3：大刀盘外周部与地层的摩擦阻力扭矩 T 4：中间支撑梁的阻力矩 1）、刀具的切削阻力扭矩：T 1H α=10×2.1×ec ･B0･t ･10(-0.22θ)/1000 T 1=n t ×H α×R k其中 e c ：切削阻力系数 B 0：切削刀刃宽度 t ：切入深度 θ：切削刀刃的前角 n t ：刀盘刀具装备数R k ：刀盘刀具平均安装半径2）、大刀盘面板与地层的摩擦阻力扭矩：T 2()322132⎪⎭⎫⎝⎛⋅-⋅⋅=D c T ξπ其中：ξ为大刀盘开口率3）、大刀盘外周部与地层的摩擦阻力扭矩；T 32322⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅⋅=D l c T π其中 l ：为大刀盘外周板的宽度 4）、中间支撑梁的阻力矩 T 4c r ld n T a a a a ⨯⨯⨯⨯⨯=242、盾构掘进推力 盾构机所需推力：FF = F 1 + F 2 + F 3 + F 4其中 F 1：外壳板外周面与坑壁的摩擦阻力的推力 F 2：盾构机前方的水土压力的推力 F 3：管片与盾尾密封的摩擦阻力的推力 F 4：后配套设备的牵引阻力的推力1）、盾体外壳板外周面与坑壁的摩擦抵抗的推力：F 1 Ls D C F ⋅⋅⋅=π1 2）、盾构机前方的土水压力的推力：F 2()422212D Q Q F ⋅⋅+=π 3）、管片与盾尾密封的摩擦阻力的推力：F 3F 3＝μs ×n s ×π×D s ×(P s +P x )其中：μs ：管片与盾尾密封的摩擦系数(＝0.3) P s ：盾尾密封的紧迫力 (＝3.1kN/m)P x ：水压引起的紧迫力 (43.00.13211P Q Q P +++⨯⨯=)4）、后配套设备的牵引阻力的推力：F 4 F 4＝G t ×μt ×9.8其中μt ：牵引阻力系数(＝0.2)。
盾构推进阻力计算
计算公式说明：以下各式中c （土的粘聚力）、φ（内摩擦角）、K 0（静止侧压力系数）等按龙华站-浦江南浦站-大木桥路站地质勘查报告取值。
土的重度γ取18KN/m ³K 1、K 2为上海地区经验系数取值K 1=4.3、K 2=1.8 H 为盾构中心埋深本次计算以863盾构为基础，D=6.34m 、L=8.6m ，盾构机自重N=2500KN1、 正面阻力210D H4f k =πγ2、摩阻力0221+k tan DL=H DL 2k f N =⋅⋅⋅⋅φμπγπ3、自重阻力3tan f N N ==⋅μφ4、粘结力41DL cf k =π推进阻力1234f f f f +++浦江南浦-大木桥路区间泵站位置 断面中心埋深：H=27.4m 断面土质构成及土力学参数计算过程中c 、k 、φ按各土层所占比例取加权平均值 1正面阻力23210D H 0.43818KN/m 27.431.5568154f k m m KN ==⋅⋅⋅=πγ22摩阻力02231+k tan DL=H DL2k 1+0.4380.43=18KN/m 27.4171.214502KN2 1.8f N m =⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=φμπγπ㎡ 3自重阻力3tan KN 0.431075KN f N N ==⋅⋅=μφ=25004粘结力4116.2KPa DL=171.2645KN 4.3c f k =⋅=π㎡推进阻力12346815KN 14502KN 1075KN 645KN 23037KNf f f f +++=+++=龙华站-浦江南浦站区间出洞位置 断面中心埋深：H=18.37m 断面土质构成及土力学参数计算过程中c 、k 、φ按各土层所占比例取加权平均值 2、正面阻力23210D H 0.3718KN/m 18.3731.5538604f k m m KN==⋅⋅⋅=πγ2、摩阻力02231+k tan DL=H DL2k 1+0.370.6=18KN/m 18.37171.212926KN2 1.8f N m =⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅=φμπγπ㎡ 3、自重阻力3tan KN 0.61500KN f N N ==⋅⋅=μφ=25004、粘结力41 4.7KPa DL=171.2187KN 4.3c f k =⋅=π㎡推进阻力12343860KN 12926KN 1500KN 187KN 18437KNf f f f +++=+++=。
(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+ P0P 01= P e + G/DLP1=P e×λP2=(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/m33 γG 为盾构机重，G=340 tD 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/m22 2P01=26.83+340/(6.25× 8.32)=33.37t/m2P1=26.83×0.47=14.89t/m22P2 =(26.83+1.94×6.25)× 0.47=18.3t/m27.8.2.1.1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1F1 1(P e P01 P1 P2)DL .4式中：：土与钢之间的摩擦系数，计算时取0.31F1 （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 6.28h 12.8 15.93m22P d0.47 1.94 15.93 14.52t / m2F2 / 4（6.28214.52）445.48tF3 /（4 D 2C）式中： C 为土的粘结力，C=4.5t/m22F3 （6.252 4.5）138.06t4F4 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。
盾构推力计算
一、液压泵的选择
1、根据公式算出盾构推进所需的最小推力F0；
2、选择几种千斤顶油缸，根据其直径D0和压力P0算出单个油缸的推力
D2π×P
F1=1
4
3、已我们这边为例，盾构有16组千斤顶，每组有两个油缸，那么推力为:
F2=16×2×F1
4、选择适当型号的油缸，令F2>F0即可；
5、你说的“泵”应该叫做“推进泵”，是给油缸送油的，它的主要参数是流量Q0
（L/min）和压力P1（MPa）；
6、先了解下你们这边隧道的最大允许推进速度V0，这个速度就是千斤顶的最大
D2π×16×2
伸出速度，则最大推进速度时的液压油需求量Q1=V0×1
4
7、Q0>Q1, P1>P0则推进泵满足要求，就确定了推进泵的型号。
如果是两个推进泵，则两个推进泵的流量总和大于Q1，任意压力大于P0。
8、具体多少组千斤顶根据盾构直径而定，地铁一般是16组32个。
警告：
纯属个人看法，慎用！
二、电机车的选择
1、根据盾构直径D和管片宽度L算出一环的挖掘量K=1
4
D2π×L
2、根据土的重度γ算出土体的质量M1=1
4
D2π×L×γ，容重查勘察报告。
3、管片的质量为M2、电机车及平板车的质量为M3
我们这边的形式如下
电机车浆车4节土箱平板车
2节管片平板车
4、一帮情况下M1>M2，则电机车的最大负载为M1+M3，
5、根据隧道最大坡度和摩擦系数可算出电机车的牵引力，则确定了电机车的型
号。
盾构机功率及供电负荷计算.doc
380 380 380/100 380 220 220 220 380 380 380 380 380 380 380 380 380 380
12 3.7 15KVA 37
30 7.5
3 1.5 11 0.75 1.1 11 1.5 1.1
<计算>
1 25 25 25
12
5
8 40 40 18.5
1 23 23 23
15
1 70 70 70
37
5 10 50 50 1.5
1 10 10 10 0.5
1
5
5
5 1.2
2 57.5 115 115
60
1 15.6 16 16 7.5
1
6
6
3
1 3.65
4 1.5
2 21
42
22
2 1.8
4 1.5
2 2.8
6
6 2.2
2 22.6 45
22
5 3.65 18 18 7.5
10/0.44/0.44
选择变压器
1200 [kVA]
kV
(380V)容量
a (kVA)=
779 [kVA]
702
负载设备使用率 η1(%)= 75
变压器最大负荷
率
η2(%)= 85
计算
A (kVA)= 687
选择变压器
700 [kVA]
10/0.38kV
变压器选用 1900kVA。
盾构机功率及供电负荷计算
序 项目
号
电压
功率
数 电路 总电流（Ａ） 功率
量
（Ｖ） （kW）
（A） 掘进 拼装ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ（kW）
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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+ P0P 01= P e + G/DLP1=P e×λP2=(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/m33 γG 为盾构机重，G=340 tD 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/m22 2P01=26.83+340/(6.25× 8.32)=33.37t/m2P1=26.83×0.47=14.89t/m22P2 =(26.83+1.94×6.25)× 0.47=18.3t/m27.8.2.1.1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1F1 1(P e P01 P1 P2)DL .4式中：：土与钢之间的摩擦系数，计算时取0.31F1 （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 6.28h 12.8 15.93m22P d0.47 1.94 15.93 14.52t / m2F2 / 4（6.28214.52）445.48tF3 /（4 D 2C）式中： C 为土的粘结力，C=4.5t/m22F3 （6.252 4.5）138.06t4F4 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=0.3F4 48.24 0.3 14.47tF5 G h sin g G h cos式中：G h 为盾尾台车的重量，G h≈160t；θ为坡度，tgθ=0.025μg 为滚动摩阻，μg=0.05F5 160 0.025 0.05 160 1 12.00t盾构总推 F 1144.23 445.48 138.06 14.47 12.00 1754.24t7.8.2.1.2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=3.14mM 1 1(9.78 8 10 2 3.142) 3.83t mb ．刀盘自重产生的旋转力矩 M 2M 2=GR μ 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=2.6m μg ：滚动摩擦系数，计算时取为 μg =0.004M 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 32 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=0.70R 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 2W 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 422M 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 ·me ．刀盘前表面上的摩擦力矩 M 5M 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R0M 1Chrdr M 1 1(C h m a R x02) 2μP =0.15数，R：刀盘半径，R=3.14mM5 2 (0.30 0.15 3.143 14.52) 41.96t m f．刀盘圆周面上的摩擦力矩M 62M6=2πR2BP ZμP式中：R：刀盘半径，R=3.14m ；B：刀盘宽度，B=0.775m P Z：刀盘圆周土压力P Z=(P e+P01+P1+P2)/4=(26.83+33.37+14.89+18.3)/4=23.35t/m22M6=2π×3.142×0.775×23.35×0.15=167.09t·mg．刀盘背面的摩擦力矩M73M7=2/3[(1-α)πR3μP×0.8P d]3M7=2/3(0.70×π×3.143×0.15×0.8×14.52)=78.33t·mh．刀盘开口槽的剪切力矩M 823M 8 C R33式中：Cτ：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=0.01Mpa=1 t/m2，φ=5°；Cτ=C+P d×tgφ=1+14.52×tg5=2.27 t/m2M8 2 2.27 3.143 0.30 45.88t m83i．刀盘土腔室内的搅动力矩M9M9=2π(R12－R22)LCτ式中：d1 ：刀盘支撑梁外径，d1=4.8m；d2 ：刀盘支撑梁内径，d2=3.84 m L：支撑梁长度，L=0.8 m2 2M9=2π(2.4 2-1.922)×0.8×2.06=21.46 t·m刀盘扭矩M 为M1~M9 之和M=3.83+0.57+1.56+4.80+41.96+167.09+78.33+45.88+21.46=365.48t·m7.8.2.2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=43.2cm（17 英寸），R=21.6cm刃角α=60°每转切深h=1 cm刀盘直径D=6.28m盘形滚刀刀间距，B m=2htgφ/2式中：φ为岩石的自然破碎角，查表选取φ=155B m=2×1×tg155/2=9.5cm≈10cm7.8.2.2.1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F力为单个滚刀贯入岩石所需要的m 为刀盘上安装的盘形滚刀(单刃)的数量4 r i 0.5 i 1.4 2F力34K d R压（1.i5）（35i） h 2Rh h tg 2式中：K d为岩石的滚压系数，查表取K d=0.55R 压为岩石的抗压强度，R 压=62.3Mpa=623kg/cm2r i 为盘形滚刀的刃角半径；r i=8cmθi 为盘形滚刀的半刃角；θi=30°φ为岩石的自然破碎角，φ=155°4 8 30 155F力0.55 623 ( )0.5 ( )1.4 1 2 21.6 1 12tg 24.64t 力3 1.5 35 2 m= D /(2× B m)式中：D 为刀盘的外径，D= 6.28mB m 为滚刀的刀间距，B m=10cm-2m = 6.28/(2× 10× 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=38×24.64=936.32t7.8.2.2.2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T 1mT1 FB m m ii1式中：F 为盘形滚刀的滚动力F 3 hP力4 2R h 力式中：ξ为与被滚压岩石自由面条件和形状有关的换算系数，P 力=F 压=24.64h 为每转切深，h =1cmR 为盘形滚刀的半径，R= 21.6 mm31F 0.8 24.64 2.274 2 21.6 1B m 为盘形滚刀刀间距，B m=10cm=0.1m42T1 2.27 0.1 m i 204.99t mi1b．石碴提升所需要的扭矩T 22T2=qπR hμ1R式中：q 为石碴容重，q=2.59t/m3R=3.14 mH=1 mm/n μ1 为刀盘系数，μ1=0.702 T2=2.59×π×3.142×0.01×0.70×3.14=1.75tc．克服刀盘自重所需要的扭矩T 3T3=W1μ1R式中：W1为刀盘自重，W1=55 tμ1=0.70R=3.14mT3=55×0.70×3.14=120.51t·m硬岩掘进所需要的力矩T= 204.99+1.75 +120.51= 327.25t·m7.8.2.3推力和扭矩的选取及验证=0.8软土中掘进：推力F=1754.24t，扭矩T=365.48t·m硬岩中掘进：推力F=936.32t，扭矩T=327.25 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 1.5 倍。