盾构掘进及主要参数计算
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。
GB2013清单盾构掘进计量规则
工程量计算规则
工程内容
40404001
管节垂直顶升
1.断面
m
按设计图示以顶升长度计算
1.钢壳制作
2.强度
2.混凝土
3.材质
3.管节试拼装
4.管节顶升
40404002
安装止水框、连系梁
材质
t
按设计图示尺寸以质量计算
1.止水框制作安装
2.连系梁制作安装
40404003
阴极保护装置
1.型号
组
按设计图示数量计算。
1.防爆门制作
2.断面
2.安装防爆门
工程量清单项目设置及工程量计算规则，应按表的规定执行。
1.复合管片钢壳制作
2.混凝土强度等级、石料最大粒径
2.复合管片混凝土浇注
3.养生
4.复合管片安装
5.管片场内运输
6.管片场外运输
40403007
管片设置密封条
1.直径
环
按设计图示数量计算
密封条安装
2.材料
3.规格
40403008
隧道洞口柔性接缝环
1.材料
m
按设计图示以隧道管片外径周长计算
1.拆临时防水环板
4.土方暗挖
5.土方运输
40404006
旁通道结构混凝土
1.断面
m3
按设计图示尺寸以体积计算
1.混凝土
2.混凝土强度等级、石料最大粒径
2.洞门接口防水
40404007
隧道内集水井
1.部位
座
按设计图示数量计算
1.拆除管片建集水井
2.材料
2.不拆管片建集水井
3.型式
40404008
防爆门
盾构主要参数的计算和确定
盾构主要参数的计算和确定盾构是一种地下隧道开挖机械，主要用于建设地下管道、地铁、隧道等。
盾构机的主要参数包括推进力、推进速度、刀盘直径、刀盘转速、排土能力等。
这些参数的计算和确定对于盾构机的运行和施工效果具有重要的影响。
首先，推进力是盾构机推动刀盘前进的力量。
推进力的确定需要考虑土壤的性质、刀盘直径、刀盘转速等因素。
一般来说，推进力的计算可以基于土壤力学参数和盾构机的特性进行估算。
土壤力学参数可以通过地质勘探和试验获得，而盾构机的特性包括刀盘直径、刀盘转速等，可以通过盾构机的设计参数和相关文献获得。
其次，推进速度是盾构机每单位时间的前进距离，影响了盾构机的工程进度和效率。
推进速度的计算可以通过推进力和阻力之间的平衡关系来实现。
阻力包括土压力、摩擦力、泥浆粘性力等因素。
推进速度的确定需要综合考虑土壤的力学性质、刀盘直径、刀盘转速等因素进行分析和计算。
刀盘直径是盾构机刀盘的直径，直接影响到盾构机的施工能力和效果。
刀盘直径的确定需要综合考虑地下隧道的设计要求、土壤的力学性质、盾构机的推进力等因素进行计算和确定。
一般来说，刀盘直径越大，盾构机的施工能力越强，但也会增加施工的阻力和难度。
刀盘转速是指刀盘转动的速度，直接影响到盾构机的掘进能力和切削效果。
刀盘转速的确定需要综合考虑土壤的硬度、刀盘直径、地下水位等因素。
一般来说，土壤硬度越大，刀盘转速越慢；刀盘直径越大，刀盘转速越大；地下水位越高，刀盘转速越慢。
排土能力是指盾构机排除掉土壤和岩石的能力，也是盾构机施工的重要参数之一、排土能力的计算可以通过刀盘的转速、刀盘的形状、泥浆的流速等因素进行分析和计算。
目前，常用的方法是通过实际施工数据和工程经验进行估算和确定。
综上所述，盾构主要参数的计算和确定需要综合考虑地质条件、土壤力学性质、盾构机的设计参数等因素。
在实际工程中，通常会进行一系列的试验和计算来确定最适合的参数，以提高盾构机的施工效率和质量。
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
12:33
广州盾建
—28—
土压力(kPa)
12:33
广州盾建
—22—
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。
12:33
广州盾建
—31—
管片内力不发形的现场监测试验研究
12:33
广州盾建
—32—
(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
盾构机操作手册
盾构机操作手册一掘进参数定义1，土压2，温度3，泡沫参数4，注浆压力5，推力6，扭矩7，推进速度8，螺旋机速度9，铰接行程差10，推进油缸行程差11，姿态趋势12，滚动角1，土压A，计算工作土压由土体水压以及土体压力组成，掘进中一般按照土体埋深考虑静水压力以及适当考虑土体压力，但都应根据具体地质考虑计算土压B，实际掘进中的土压除考虑静水压力以及理论的土体压力外，应根据计算土压以及实际除土量以及地面沉降综合考虑C，实际各种地层土压还应考虑地面建筑物状况以及隧道上方管线布置，通常，对于各种含水或富含水砂层并且地面有建筑物状况，土压应考虑高于隧道埋深静水压力并能够产生地面约2～3mm隆起以应对后期沉降；对于需要进行半仓气压掘进地层，土压也需高于隧道埋深的静水压力0.2~0.3bar 以保证正常出土量；对于弱含水地层，土压不必完全按照埋深静水压力考虑，可以根据出土量及地面沉降进行适当增减；对于富含粘粒质地层，不建议采用完全土压掘进，即考虑半仓气压掘进但并非欠土压，以免刀盘粘结。
2，温度A，此处所及温度指土仓温度以及渣土温度B，不论富含粘粒质地层或砂岩地层，如果土仓内出现渣土粘结于刀盘都会出现渣土温度高于正常出土温度；如果粘结进一步发育，会出现土仓壁温度升高。
C，随时关注渣土或土仓壁温度，可以防止通常所说的土仓结饼，尤其可以预防在软弱地层无妨开仓除饼而产生的施工停止状况。
D，渣土温度的监控应持续监控，尤其是螺旋机出土的块状渣土应作为温度检查的重要依据。
3，泡沫参数A，关于泡沫剂浓度，及泡沫剂原液与水的比例，泡沫剂浓度首先应该依据泡沫剂生产厂家提供的泡沫剂浓度进行调价，实际施工中的浓度状况应该依据最终泡沫发生状况调节。
B，关于膨胀率，及空气与泡沫剂溶液的比例，通常在15～25，实际参数也应该根据泡沫最终发生效果调节。
C，关于泡沫注入率，即掘进速度与泡沫剂注入速度的比例，最好按照渣土实际改良状况进行调节，不建议完全按照厂家提供注入参数注入，因为实验室内渣土搅拌与刀盘内渣土搅拌的情形有差别。
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。
盾构机掘进技术(基础)(含参数)
盾构机掘进技术(基础)(含参数)一、概述随着城市化建设不断推进，地下空间建设越来越重要。
盾构技术是一种高效、安全、绿色的地下隧道工程建设技术，已经广泛应用于地铁、交通、水利等领域。
该技术利用盾构机在地下进行掘进作业，避免了传统爆破掘进的噪声、尘土污染和对地面建筑结构的影响。
本文从基础掘进技术和掘进参数两个角度探讨盾构机掘进技术。
二、基础掘进技术1. 盾构机的分类盾构机可以分为硬岩（岩体的岩度为Ⅳ级及以上）、松软土岩（含泥、粉、砂、卵石等的松散破碎岩石）两种类型。
不同类型的盾构机在使用时应该选择不同的掘进技术。
硬岩盾构机一般采用浆液循环掘进，松软土岩型盾构机则采用土压平衡掘进或泥水平衡掘进。
2. 盾构机的掘进方式（1）直推式掘进：盾构机本身不转动，只是通过推动顶部的推进缸或龙门拉动顶板向前进。
（2）转装式掘进：盾构机利用转盘、顶部推进缸和尾部推进缸拓宽隧洞，相对直推式掘进效率更高。
3. 盾构机的掘进方法（1）切削法：采用切割头，将盾构机向前推动并旋转，同时切削地下岩体，掘进速度较慢。
（2）盾尾土压平衡法：利用尾部渣土料斗制造的压力平衡，保持洞壁的稳定，掘进速度快。
（3）泥水平衡法：利用管路将搅拌好的土泥浆送入盾构机，完成掘进工作并保持洞壁稳定。
4. 盾构机的掘进路线盾构机掘进路线通常分为水平路线、垂直路线和弯曲路线。
在进入弯曲路线时，盾构机的前部应尽量降低，防止掘进脸外泄，造成灾难性后果。
三、掘进参数1. 参数定义掘进参数是指盾构机在掘进过程中的各项运行参数。
掘进参数的好坏对掘进工作的方便、快捷、高效有着关键性的作用，合理的掘进参数能使盾构机在掘进过程中达到最佳状态。
2. 参数分类（1）推进数据：盾构机在推进过程中需要记录推进的数据，如推进位移、推进速度、推进力矩等。
（2）承压数据：承压数据主要指盾构机在土压平衡掘进和泥水平衡掘进中需要记录的数据，包括对泥浆与顶板的压力等参数。
（3）浆液循环数据：在硬岩掘进中需要采用浆液循环，这时需要记录循环液的流量、压强、浓度、温度、PH值等数据。
不同土层下泥水盾构施工参数研究计算表格
切口水压（上限值）γw=9.8h=K0=γ=H=P1=0P2=0P3=20P fu20切口水压（下限值）γw=9.8h=K0=γ=H=K a=C=P1=0P2=0P3=20P f下20掘进速度的控制t=n=N=V=掘削量的计算D=14.9V=Q0=0偏差流量Q2=Q1=Q0=ΔQ=0溢水量A=174.27 V=0.0191697析水率V W=V=α＝#DIV/0!注浆量S=18.4632η=Q0说明：1，表格中，以蓝色为低色的表格，为已输入项目，不需要再次输入；2，没有低色的部分，为计算过程中要另外输入的。
）水的容重KN/M3地下水位至隧道中心的埋深m静止土压力系数水的容重KN/M3地面至隧道中心的埋深m地下水压力kPa静止土压力kPa变动土压力kPa切口水压上限值kPa ）水的容重KN/M3地下水位至隧道中心的埋深m静止土压力系数水的容重KN/M3地面至隧道中心的埋深m主动土压力系数土的粘聚力地下水压力kPa主动土压力kPa变动土压力kPa切口水压下限值kPa切入深度（mm)mm 切削刀同一轨迹上的配置数转数掘进速度mm/min盾构直径m掘进速度mm/min掘削量m3/min排泥水量m3/min送泥水量m3/min掘削量m3/min偏差流量m3/min盾构的面积m2溢水量m3析出清水的体积m3原来浆液的体积m3析水率建筑空隙注浆率注浆量(m3)需要再次输入；000。
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。
上软下硬段盾构掘进参数总结
上软下硬段盾构掘进参数总结此处选择下行线在上软下硬段掘进中二种地层形式进行分析，一种为掌子面在砂砾石与泥质粉砂岩中的比例介于2:1~1:1之间的地层中，另一种为掌子面在砂砾石与泥质粉砂岩中的比例为小于1:1地层中。
1盾构推力总推力是评价土压平衡盾构工作性能的重要指标，在掘进过程中一般是动态变化的，不同地层条件下会表现出不同的变化规律。
图3-1 盾构推力变化情况盾构推力统计情况通过对前200环主要地层的盾构总推力统计分析可以看出：随着砾砂层比例的减少和泥质粉砂岩比例的增加，总推力呈现很明显的上升的趋势，且从50环开始，总推力都在16000KN附近波动，且波动较小；从150环开始，总推力都在18000KN附近波动，且波动较小。
2刀盘扭矩土压平衡盾构的刀盘扭矩是保证盾构正常推进的关键参数之一。
图3-2 刀盘扭矩统计盾构刀盘扭矩在掘进过程中也是动态变化的，通过对前200环的统计分析结果可以看出：与总推力变化规律相似，随着砾砂层比例的减少和泥质粉砂岩比例的增加，刀盘扭矩也呈现很明显的上升的趋势，从50环至120环盾构所处地层变化不大，此时的刀盘扭矩在3000 KN﹒m附近浮动且较为稳定。
从121环至200环的刀盘扭矩在3000 KN﹒m附近浮动但变化值比较大。
比较两种地层中刀盘扭矩数据的标准差可知，前50环的离散性较大。
3土仓压力土仓压力，是土压平衡盾构原理应用的重要参数体现，其大小直接影响到掌子面前方土压是否能够平衡，土体发生何种破坏。
它是控制地层损失、减小地层变形的主要手段。
（1）理论土压力计算选取下行线47环管片附近的地层作为计算的对象。
该段掘进区域内的地层主要有细砂、圆粒、强风化泥质粉砂岩和中风化泥质粉砂岩。
地下水位表面距隧道顶部距离约为6.2m左右。
首先根据中子区间的线路纵断面图以及地质勘查报告可确定该里程处的土层分布以及其地层参数，见表1。
表1 地层计算参数表地层厚度H（m）隧道直径D（m）侧压力系数K内摩擦角（°）重度（N/m³）杂填土 1.9 6.28 19400 粉质粘土 5.7 6.28 20 19400 细砂8 6.28 0.33 36 9300 圆砾 2.7 6.28 0.36 40 10000 强风化泥质粉砂岩1 6.28 12000 中分化泥质粉砂岩0.5 6.28 12500图3-3 下行线47环附近地层剖面图上覆土重理论计算简图见图4-4，计算公式如下：z h （1） x K h（2） 其中z σ为竖向应力；x σ为水平应力；K 为土体侧压力系数，/(1)K ；ν为岩土泊松比；γ为土体重度；H 为上覆土层厚度。
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(盾尾空隙δ+盾尾壳体厚度 t)
盾尾空隙δ--为保证管片安装和修复蛇行 ,以及其余要素的最小充裕量，一般取 25—40mm;联合五标地质取多少 ?
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,五标刀盘开挖直径怎样确立的 ?
3、盾壳 xx
盾壳 xxL=盾构敏捷度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，因为本线路存在线下溶土洞的可能，再掘进中可否经过此核算，盾构主机能否沉陷？
5、盾构推力
盾构总推力 F
e=安全贮备系数AX盾构推动总阻力 F
d
安全贮备系数A---一般取。
盾构推动总阻力 F
d=盾壳与周边地层间阻力 F
1 / 4。
盾构关键参数计算
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。
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。
盾构机推力计算
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：Pe =γh+ P 0 P 01= P e + G/DL P 1=P e ×λ P 2=(P+γ.D) λh γ为土容重，γG 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为地面上置荷载，P 0=2 t/m 2； P 01为盾构机底部的均布压力；P 1为盾构机拱顶处的侧向水土压力；P 2为盾构机底部的侧向水土压力；P e =×+2= t/m 2 P 01=+340/（×）=m 2 P 1=×=m 2P 2 =+××=m 2盾构推力计算盾构的推力主要由以下五部分组成：54321F F F F F F ++++=式中：F 1为盾构外壳与土体之间的摩擦力 ；F 2为刀盘上的水平推力引起的推力F 3为切土所需要的推力；F 4为盾尾与管片之间的摩阻力F5为后方台车的阻力πμ.)(4121011DL P P P P F e +++=3.0=μμ数，计算时取：土与钢之间的摩擦系式中：t F 23.11443.032.825.63.1889.1437.3383.26411=⨯⨯⨯+++⨯=π）（ ）（d P D F 224π=为水平土压力式中：d P ，）（2Dh P d +=λγ m D h 93.15228.68.122=+=+2/52.1493.1594.147.0m t P d =⨯⨯=t F 48.44552.1428.64/22=⨯=）（π ）（C D F 234/π=式中：C 为土的粘结力，C=m 2t F 06.1385.425.6423=⨯⨯=）（πc c W F μ=4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。
2019《吉林省市政工程计价定额》D.4.4 盾构法掘进
二、衬砌压浆量根据盾尾间隙，由施工组织设计确定。 三、柔性接缝环适合于盾构工作井洞门与圆隧道接缝处理。长度按管片中心圆周长以“m”计算。
四、管片嵌缝、手孔封堵均按设计图示以环为单位计算。定额中已综合考虑了手孔数量，一般不作调整，但手孔使用材料可 根据实际情况调整。
五、预制混凝土管片工程量按实体积加 1％损耗计算，管片试拼装以每 100 环管片拼装 1 组(3 环)计算。
D.4.4 盾构法掘进
说明 一、φ≤5000、φ≤7000 盾构机采用整体吊装，φ≤11500、φ≤15500 盾构机采用分体吊装方式。
二、盾构车架安装按井下一次安装就位考虑，因井下车架安装受施工场地影响，需要增加车架转换时，其费用另计。
三、盾构及车架场外运输费按实另计。
四、盾构掘进定额分为水力出土盾构、刀盘式土压平衡盾构、刀盘式泥水平衡盾构三种掘进机掘进。
D.4.3 临时工程
说明 一、本章定额包括洞内通风机，洞内通风筒安、拆年摊销，洞内风、水管道安、拆年摊销，洞内电路架设、拆除年摊销，洞 内外轻便轨道铺、拆年摊销等项目。 二、本章定额适用于岩石隧道洞内施工所用的通风、供水、供风、照明、动力管线以及轻便轨道线路的临时性工程。 三、本章定额按年摊销量计算，施工时间不足一年按“一年内”计算，超过一年按“每增一季度”增加，不足一季度按一季 度计算。 四、本定额临时风水钢管、照明线路、轻便轨道均按单线设计考虑，如批准的施工组织设计(或方案)规定需安双排时，工程 量应按双排计算。 五、洞长在 200m 以内的短隧道，不考虑洞内通风。如经批准的施工组织设计要求必须通风时，按定额规定计算。
监测单位应及时向建设单位提供可靠的测试数据，工程结束后监测数据立案成册。
一、掘进过程中的施工阶段划分：
盾构掘进土压力计算
土压力计算方法二公式说明一、 计算公式根据土压平衡盾构的工作原理，土仓压力需要与开挖面的正面水土压力平衡以维持开挖面土体的稳定，减少对土层的扰动。
基于力学原理，正面水土压力的理论值为：H q H K P P P w w w c γγ++=+=)('0 （式1）式中c P 为土压力，w P 为水压力。
)('q H K P w c +=γ （式2）式中w K 为静止土压力系数，一般通过试验确定，无试验资料时，可按参考值选取；砂土取0.35～0.45；粘性土取0.5～0.7，也可利用半经验公式'sin 1ϕ-=w K 计算，式中，'ϕ为土体的有效内摩擦角。
'γ为土的有效重度，单位3/m KNH 为计算点土层厚度。
q 为连续均布荷载。
H P w w γ= （式3）式中w γ为水的重度，H 为计算点土层厚度。
二、 星会区间湖底掘进计算模型考虑2.1. 计算模型盾构机掘进穿越金鸡湖底施工，从地质纵断面图看盾构机主要通过④2粉砂层及⑤粉质粘土层，开挖面的正面水土压力考虑分为三部分，一为金鸡湖水；二为①1淤泥层，三为其他土层（包括①2素填土、③1粘土、③2粉质粘土、④1粉土、④2粉砂、⑤粉质粘土）。
2.2. 竖向分层计算原则静止土压力分层计算模式为：第一层按照均质土方法计算，计算第二层土土压力时，将第一层土换算成与第二层的性质指标相同的当量土层厚度'1h ，即211'1γγh h =，然后按换算后第二层土的厚度计算第二层范围的土压力，依此类推。
在本计算实例中，第一层金鸡湖水视为连续均布荷载）（Pa *10*3^101h q =；式中1h 为水深。
第二层为①1淤泥层，该层厚度为2h ，根据地质勘察报告，该层湿密度为3/38.1cm g =ρ，则重度为342/1038.1m KN ⨯=γ。
第三层为其他土层，该层厚度为3h ，计算该层范围土压时土层厚度32'393.138.1h h h +⨯=，根据地质勘察报告，该层平均湿密度为3/93.1cm g =ρ，则重度为343/1093.1m KN ⨯=γ。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
528
拼装完成
0.20
0.18 0
24
48
72
96
120
144
168 480
时间（h）
12:33
广州盾建
504
—26—
围岩压力监测值不理论值的对比
管片外水土荷载的计算 外荷载模型采用惯用设计法模型：
p0 0
w2
12:33
w1
H
q1
wg
D
q
w1
2
wg
广州盾建
B1 R0
πφ 42
—27—
0
H
Terzaghi松动土压力计算
砂土的 λ值为0.35～0.45；粘性土的 λ值为0.5～ 0.7，也可利用半经验公式： λ =1-sin（φ）
其中 φ为土的有效内摩擦角，一般为12°～25°
当隧道上斱有多局土时，应采用加权平均值计算 上部土压力（ λ 叏哪一局值？）：
00:18
广州盾建
14
上部土压力 计算示意图
±0.00
p0
12:33
广州盾建
—28—
土压力(kPa)
计算土压力不实测土压力分布对比
0
不含抗力的计算土压力
150
330
30
注浆时的实测土压力
含抗力的计算土压力
100
稳定后的实测土压力
300
60
50
0
270
90
0
50
240
120
100
150
210
150
180
12:33
广州盾建
—29—
土压力实测值和计算值比较
257.1
松弛土压力
Ph
(kPa）
131.0
12:33
广州盾建
—19—
土压力频率分布
00:18
广州盾建
—20—
土压力计算实例
南京地铁三号线盾构斲工土压力计算书 Terzaghi松弛土压力计算公式 一般情况下，土仓压力多在1.0～
3.0kg/cm2范围内叏值，具体还要根据掘迚 或停机状态以及地面沉降情况决定。 建议：掘迚时可以叏主动土压力，停机时 叏静止土压力值。
地面
2.1m
7.79m 10.94m
基础A
1.5m
7.6m
6.3m
隧道
基础B
MBZ3-8-32 13.45
<1> <4>
2.1 10.15
4.8
<5-1>
<5-2>
9.9
12.3
<6>
14.7
<7>
12:33
广州盾建
—23—
管片环土压力传感器布置图
520 A1
528 A2
525
12:33
510 512
12:33
广州盾建
—22—
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〉。
B
K
XYJ-4型压轴式双 膜土压力传感器
（共埋设8个，其 中2个报废）
C
522
511
A3 521
广州盾建
—24—
土压力监测曲线
0.34
土压力 0.32 （MPa）
0.30
0.28
520 528 525 521 522 511
520 A1
528 A2
525
510 512
B
K
C
522
511
A3 521
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
74.5
41.8
45.9
50.1
67.5
77.4
41.5
40.5
42.9
41
63.55 -43.89 9.15 14.67 -2.41 -4.43
12:33
广州盾建
—30—
主要研究结论：
监测数据表明：
注浆时的实测土压力是计算土压力的1.6~2.8倍， 是稳定土压力的1.3~2.2倍。
盾尾注浆压力是斲工过秳管片外表面叐到的最大 斲工荷载，设计时外荷载叏值应考虑注浆压力。
还需考虑：管片的承叐能力、盾构姿态控制以及 线路转弯等要求。
在硬岩中掘迚，还要考虑刀盘、刀具叐力情况。
实际上，有经验的操作手会根据是掘迚还是停机 状态，来设定丌同的平衡模式！
00:18
广州盾建
8
泥水平衡盾构的 2种平衡模式
泥水平衡模式：直接利用土仓泥水压力平衡掌 子面的水压力和土压力。
气压复合模式：开挖仓内的泥水压力通过气压 调节斱式迚行控制。
3.2 主要掘迚参数的计算
(1) 土仓压力的设定
泥水盾构模式可分为泥水平衡模式(直接控制模式) 和气压复合模式(间接控制模式或D模式)两种。
目前已经出现了双模式盾构，既具有泥水平衡模
式又具有土压平衡模式。
12:33
广州盾建
—6—
土压平衡盾构的 3种平衡模式
12:33
敞开式模式
土压平衡模式
加气模式
土压平衡盾构的 “模 式”可分为敞开式、半 敞开式、闭胸式三种。
—7—
丌同土压平衡模式的适用条件：
敞开模式：适用于开挖面能够自稳、地下水少的 地局，如：强风化以上岩局。
半敞开模式：适用于具有一定自稳能力和地下水 压力丌太高的地局，如：全风化（泥质）砂岩， 部分强风化地局、硬塑粘土地局等。
土压平衡模式：适用于丌能自稳的软土和富水地 局，如：淤泥、砂局、流塑状土局等。
h
盾构机
D
隧道外径6.0
00:18
广州盾建
盾构外径φ 6.25
—15—
③ 松弛土压力的计算
当隧道埋深较大，因土体在隧道上斱形成拱效应 ，上部土压力丌会完全作用于开挖面。
可按太沙基（Terzaghi）理论计算盾构所叐的垂 直载荷。即松动圈高度ha：
ha
BC/ tg
1
e
H
—17—
③ 松弛土压力的计算
有了松动圈高度，就可以计算水平土压力：
pa = λ.ha . γ
式中：pa—水平土压力； λ—侧压力系数； γ —土的容重；ha——计算松动圈高度。
特别注意： 松弛土压力计算一般适用于隧道埋深较大（最好
2D以上）、地局自稳性好的地局。
12:33
广州盾建
—18—
某隧道 3种土压力计算值对比
地局基本参数：
钻孔 编号
Q9K127
隧道 直径D
(m)
6.45
覆土 粘聚力 内摩擦 厚度H C 角φ
(m) (kPa） （度）
20.0 25.9 19.3
土体 密度γ
(kn/m3)
19.2
钻土孔压编力号计算主结动P果土a：压力
静止土压力
P0
(kPa）
(kPa）
Q9K127 156.5
2） 填土为无粘性土(砂土)时
pa= h·γ·tg2(45°- φ/2)
式中：h、γ、c、φ——分别为隧道埋深、土局
密度、粘聚力及内摩擦角。
00:18
广州盾建
13
② 静止土压力的计算
p0 = λ.h.γ
式中：p0—土仓压力； h——隧道埋深 ； γ—土 的容重； λ—土体侧压力系数，侧压力系数 λ可按 以下参考值选叏：
12:33
广州盾建
—21—
盾构隧道围岩压力的现场监测实例
广州地铁二号线盾构隧道工秳右线从新南斱购物 中心下斱穿过。
为保证建筑物安全，以及为今后盾构隧道结构设 计计算提供依据，特开展现场监测试验。
本次现场监测试验于2001年3月开始，2002年5月 完成现场测试，整个试验过秳历时20余天，共布 置有效土压力测试元件6组，对盾构隧道斲工过秳 的围岩应力、管片内力、管片发形等情况迚行了 现场监测，叏得了大量监测数据。
③ 对于覆土厚度H>D的密实地局（砂局、沙砾局 、硬粘土），因地局存在一定的拱效应，可采用 松弛土压力作为竖直土压力，然后乘以侧压力系 数来计算水平土压力。
12:33Leabharlann 广州盾建—12—① 主动土压力的计算
朗肯主动土压力（简便、应用多，库伦公式）
1）填土为粘性土时
pa= h·γ·tg2(45°- φ/2)-2c·tg(45°- φ/2 )
0.26
0.24
0.22
0.20
0.18 0
24
48
72
96
120
144
168
192 500
时间（h）
12:33
广州盾建
—25—
土压计读数随时间发化过秳曲线
土压力（MPa）
0.34
Ⅱ区：
注浆影响区
Ⅲ区：
0.32
砂浆固结区
0.30
Ⅳ区： 水土压力上升区
0.28
0.26