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：P1

P 1＝H ·γ×10 2)、盾构机顶部侧向负荷： Q 1

101P k Q ⨯=

3)、盾构机底部侧向负荷： Q 2

()102⨯⨯+=γD H k Q

4)、盾构机底部所受的垂直负荷：3P

g P P +=13

盾构机自重引起的压力：Ls

D Gs g ⋅⨯=

10

图2 图

3

D

P1

P3

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：T

T = 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 1

H 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

()3

22132⎪⎭

⎫

⎝⎛⋅-⋅⋅=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 3

2

322⎪⎭

⎫ ⎝⎛⋅⋅⋅=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 4

c r l

d n T a a a a ⨯⨯⨯⨯⨯=24

2、盾构掘进推力 盾构机所需推力：F

F = 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

()

4

2

2

212D Q Q F ⋅⋅+=

π 3）、管片与盾尾密封的摩擦阻力的推力：F 3

F 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 (4

3.00.13

211P 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)