盾构机推力计算

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 =γh+ P 0

P 01= P e + G/DL

P 1=P e ×λ

P 2=(P+γ.D) λ h γ为土容重，γG 为盾构机重，D 为盾构机外径，D=6.25 m ； L 为盾构机长度，L=8.32 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 =1.94×12.8+2=26.83 t/m 2 P 01=26.83+340/（6.25×8.32）=33.37t/m 2 P 1=26.83×0.47=14.89t/m 2

P 2 =(26.83+1.94×6.25)×0.47=18.3t/m 2

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：

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.)(4

121011DL 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 23.11443.032.825.63.1889.1437.3383.264

11=⨯⨯⨯+++⨯=π）（ ）（d P D F 224π=

为水平土压力式中：d P ，）（2

D h P d +=λγ m D h 93.152

28.68.122=+=+ 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=4.5t/m 2

t F 06.1385.425.6423=⨯⨯=）（π

c 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

t F 47.143.024.484=⨯=

θμθcos sin 5h g h G G F +⋅=

式中：G h 为盾尾台车的重量，G h ≈160t ；

θ为坡度，tg θ=0.025

μg 为滚动摩阻，μg =0.05

t F 00.12116005.0025.01605=⨯⨯+⨯≈

盾构总推力：t F 24.175400.1247.1406.13848.44523.1144=++++=

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：

987654321M M M M M M M M M M ++++++++=

式中：M 1为刀具的切削扭矩；M 2为刀盘自重产生的旋转力矩

M 3为刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩；M 4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

⎰=001R Chrdr M )(2

120max 1R h C M Γ= 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 t M ⋅=⨯⨯⨯=-83.3)14.310878.9(2

1221 b ．刀盘自重产生的旋转力矩M 2

M 2=GR μg

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

M 3=W p R g μz W p =απR c 2P 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 μz ：滚动摩擦系数，μz =0.004 ；P d ：水平土压力，P d =14.52t/m 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

M 4=2πμm F （n 1R m12+n 2R m22）

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