盾构机推力计算
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。
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。
盾构掘进主要参数计算方式
目录1、纵坡..................................................2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法..................深埋隧道土压计算................................浅埋隧道的土压计算..............................主动土压力与被动土压力........................主动土压力与被动土压力计算：..................地下水压力计算..................................案例题..........................................施工实例1....................................施工实例2....................................3、盾构推力计算.........................................4、盾构的扭矩计算 ...................................... 1、纵坡隧道纵坡：隧道底板两点间数值距离除以水平距离如图所示：隧道纵坡=（200-100）/500=2‰注：规范要求长达隧道最小纵坡>=%,最大纵坡=<%2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者总结出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为：a、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道（一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋)；b、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力；c、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力；d、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力；e、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑～的压力值作为调整值来修正施工土压力；f、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为：σ初步设定=σ水平侧向力＋σ水压力＋σ调整式中，σ初步设定－初步确定的盾构土仓土压力；σ水平侧向力－水平侧向力；σ水压力－地层水压力；σ调整－－修正施工土压力。
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。
盾构推进计算
5.1 盾构推进力⑴、盾构推力盾构机推进必须确保盾构足够的推力来维持和平衡土压平衡压力T1、开挖阻力H、盾壳与围岩摩擦阻力飞、后配配套牵引力等等。
通常，上述值比盾构推力要低，盾构推进油缸的配置受管片形式的影响，盾构机一般必须保证盾构圆周压力均等（有时盾构底部压力稍高），避免盾构油缸尾部衬垫作用在管片接缝处，为保证这些，一般盾构机都安装了超出正常配置的额外推进油缸，然后降低盾构系统工作压力，该压力在正常推进时采用，只有在艰难地层时才采用额外推力。
①计算原理盾构千斤顶应有足够的推力克服盾构推进时所遇到的阻力，这些阻力主要有：a、盾构四周与地层间的摩擦阻力或粘结力F i ；b、盾构刀具切入土层产生在切削刀盘上的推进阻力F2；c、开挖面正面作用在切削刀盘上的推进阻力F3d、盾尾处盾尾板与衬砌间的摩擦阻力F4；e、盾构后面台车的牵引力F5；以上各种推进阻力的总和用下式表示，在使用时，须考虑各种盾构机械的具体情况，并留出一定的富裕量，即为盾构千斤顶的总推力。
地层所需推力F b=F 水土压力+F 摩擦力1+F 摩擦力 2 +F 牵引力+F 切入力其中：F 水土压力—刀盘表面水土压力F 摩擦力1—盾构克服上部土体摩擦力所需推力F 摩擦力2—盾构克服与围岩间摩擦力所需推力F 切入力—开挖所需推力（刀具）切入力F 牵引力—后配套牵引推力R—盾构半径（mD—隧道深度（mL—盾构长度（mF r—盾构与土层间摩擦系数（0.25）W—土体比重（20kN/m3）W t —盾构重量( t )W—后配套重量(t)F rb—后配套与管片间摩擦系数A—单把刀具表面积C o —土体粘滞系数S r —土体内摩擦角1 )、作用在盾构上的平均土压力地层所需推力F b=E F=F 水土压力+F 摩擦力1+F 摩擦力2+F 牵引力+F 切入力=941t+706t+100t+161.3=1908.3tF 水土压=(R2xn) x最大土压平衡压力23= (3.17 xn)x 3kN/m=9233 kN=941tF 水土压=D x Wx L x (2 xnx R+ 4) x F r3= 20x20 kN/m x 7.5 x (2 xnx 3.7m-4) x 0.25=6933 kN=706tF 摩擦力2=W t x F r=220t x 0.25=80tF 牵引力=W b x F rb=100 x 0.2=20t2F 切入力二刀具数量x A x (D x W x tan (450+S/2)+2 xG xtan(450+S r/2))2=73 x 0.0094 m2x (30 x 20 kN/m3 x tan (62.50)+23x 30 kN/m3x tan(62.50)) =1596.81 kN=161.3t=941t+706t+80t+20t+161.3t=1908.3t 实际配备装机推力系统最大压力350bar 时：3892t 设计准则：最大突破压力大于2.0 X所需推力最大操作推力大于1.5 X所需推力⑵、刀盘扭矩切削刀盘装备扭矩要考虑围岩条件、盾构要型式、盾构机构造和盾构机直径等因素来确定，总扭矩N b=N1+N2+N3+N4式中：N—开挖阻力矩；N 2—切削刀盘正面，外围面及后面围岩间的摩擦阻力矩；N 3—机械及驱动阻力矩；N 4—开挖土砂搅拌混合阻力矩；根据实例可知刀盘装备转矩与盾构机直径大小有很大关系，一般可按下式计算：N b=D3X2.0式中：D——盾构直径（m土压平衡连续开挖所需最大扭矩：N b=D3X 2.0=6.34 3X2.0=509.9tm（约5500kN-m）实际配备装机扭矩：N=593.1tm 一般在盾构推进中，盾构机的设计推进都比实际推进要大得多，盾构的实际推进与地表土质、地面载荷、周围环境而密切的关系，当地面周围的环境比较空旷，对地面的沉降要求不高（不在+10〜-30 ）时，在盾构机械性能（最大推进力和最大扭矩范围内）允许的前提下，可适当的提高盾构的推进力，加大施工进度。
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。
推力及土压计算
盾构机主要参数：1、粘土2、覆土H 15米3、土体单位体积质量W1 2.1 t/m³4、内摩擦角φ 0 deg5、地面荷载 1.0t/㎡6、侧方土压系数 K1 0.77、松弛土的粘着力 c 4.905KN/㎡8、盾构机外径d 8.83m9、盾构机内径 r 4.44m10、盾构机长度 L 9.9m11、盾构机质量G 750吨12、掘削断面积A 61.9㎡13、刀盘半径4.415m14、后配套质量GB 155.7 t15、牵引系数μ 0.516、管片外径 Ds 8.5m17、盾尾密封数 n 4道18、盾尾密封挤压力 PT 0.00314MN/m19、管片与盾尾密封的摩擦阻力μs 0.3重要参数计算：（1）松弛高度计算松弛高度：考虑地面负载： H1=H+S/WO 15.5m考虑全覆土，松弛高度：H2=H1= 15.5m松弛宽度：B=r*cos(45-φ/2)+ r｛1+sin(45-φ/2｝)*tan(45-φ/2) 10.84m(2) 土压计算作用在盾体的土压为上部土压P1、侧压P2、及下部土压P的平均值P1=H2*W1=325500paP2=K1*(H2+r)*W1=293100paP3=P1+G/(d*L)=409100pa平均土压P=(P1+P2+P3+P2)/4=330200pa=3.302bar（3）推力计算盾构机由盾体外周摩擦阻力、胸板所受的土压与水压、后续设备的牵引力、管片与盾尾密封的摩擦阻力组成。
a.克服盾体外周摩擦阻力的推力F1=ňdLc =13463KNb.克服胸板所受的土压与水压F2=A*P2=181400KNc.克服后续设备的牵引力F3=μ*GB=1278.5KNd.克服管片与盾尾密封的摩擦阻力F4=ňDs*μs*n*PT=100.48KN推进时所需的推力F=F1+F2+F3+F4=32922KN=3292.2t。
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 。
粉质粘土地层盾构推力的计算
粉质粘土地层盾构推力的计算摘要:以江南地域粉质粘土地层盾构施工为例，运用理论和经验公式对盾构推力进行计算和比较，对相同或相似地层条件下的盾构参数计算和选型具有必然的参考价值。
关键词：盾构机；推力；粉质粘土Key words:shield machine: thrust; silty clayAbstract:Shield on silty clay strata in Jiangnan region, as a sample to calculate and compare the shield thnjst with theory and empirical formula, have a certain reference value for shield parameter calculation and selection on the same or similar strata・—、概述用盾构法施工隧道是利用刀盘旋转切削土体并由千斤顶推动盾构机前进，因此刀盘和推动系统是盾构机中的关键部件，刀盘转矩和千斤顶推力的计算是盾构选型的基础，也是保证盾构顺利切削、推动的前提。
盾构掘进时，影响掘进的主要因素是地层土体条件。
本文以无锡地铁一号线盾构施工为背景，以德国海瑞克直径为的盾构机为例，对粉质粘土地层盾构推力进行了计算和比较。
二、盾构外部荷载分析计算有关土力学参数及由地表至隧道底部的地层构造见表1表1地表至隧道底部的地层构造表盾构荷载散布见图io土层的天然密度p ：取p=1.97g/cm3；即m3土层的静侧压力系数入：取入二；地面上置荷载P':按设计文件说明取2t/m2 ,即20KN/m2o 区间隧道覆土厚度为：H二12~18m盾构的外径为：D=6390mm盾构长度：L=7400mm图1盾构荷载分布图Pel一一竖直土压；Pe2一一竖直抗力土压；Pg一一自重反压；Pwl 一一竖向水压；P\v2・・竖向水压；qwl・・侧向水压；qw2・・侧向水压；qel・・盾构顶部水平土压；qe2・・盾构底部水平土压；Pcl=pH+P'=x18+20=367KN/m2 ;Pe2二Pel+pD=367+x=490KN/nr ;P g = 4W/(nDL)=4x48404xx= 130KN/m2 ;P\vi 二P\v2=qwi=qw2=0 ；q e i=AP c i=X367= 128KN/nr ；q e2=AP e2=x490=m2o三、盾构推力的理论计算盾构推力由壳体外周摩擦阻力、克服面板所受的土压与水压的推力、后续设备的牵引力、管片与盾尾密封的摩擦阻力等组成。
【精品】盾构掘进主要参数计算方式10
【精品】盾构掘进主要参数计算方式10海量资料超值下载关键参数的计算 ..................................................................... .........................................? 盾构机掘进技术培训总结 ..................................................................... (24)盾构掘进参数的意义与相互关系...................................................................... . (35)关键参数的计算1(地质力学参数选取根据广州市轨道交通三号线详勘阶段汉溪,市桥盾构段?段的岩土工程勘察报告，汉溪站南,市桥站北区间隧道中，左线及右线的工程地质纵断面图，选择右线里程YCK21+037.233处地质钻孔编号为MCZ3-HG-063A的相关地层数据，见地质剖面图7-7-1，作为该标段盾构机选型关键参数设计和校核计算的依据。
该段面地表标高为27.41m，隧道拱顶埋深32.5m，盾构机壳体计算外径6.25m，盾壳底部埋深38.75m，地下稳定水位2.5m。
其它地质要素如表7-7-1所示。
地质要素表表7-7-1图7-7-1计算断面地质剖面图厚度S 天然密度凝聚力C底层深度H代号地层(m) ρ(g/cm3) (KPa) (m)<4,1> 粉质粘性土 12.0 1.95 20.3 12.0硬塑状残积土 <5Z-2> 13.0 1.88 26.0 25.0全风化混合岩、块石土 <6Z-2> 14.0 1.91 30.6 39.0 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。
盾构机推力扭矩计算依据
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Φm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。
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＝°～°c．凝聚力：C＝～d．渗透系数：K V20＝×10－5～×10－4cm/secK H20＝×10－5～×10－4cm/sec推进系统3.盾构的载荷条件P g—自重抵抗土压(kN/m2)； P w1—顶部垂直水压(kN/m2)；P 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q fe1=q e1，q fe2=q e2，q fw1=q w1，q fw2=q w2。
垂直土压： P e1=W0+γt H0+γ'H w（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)。
土体抗力的计算与垂直土压的计算相似。
水平土压（土体侧压）的计算可把垂直土压乘上侧压系数λ求出，即q e=λP e（2）水压通常指地下水位以下的静止水压，即P w =γw H w （3）依据上述情况可以计算盾构在推进过程中的受力进而可以计算盾构推进所需推力。
盾构尺寸和盾构千斤顶推力的确定[详细]
![盾构尺寸和盾构千斤顶推力的确定[详细]](https://img.taocdn.com/s3/m/8e3adfb2de80d4d8d05a4f1f.png)
• 六、二次注浆
• 需要进行二次注入的情形主要有：①一次注入 后未充填到部位的完全充填；②一次注入浆液 的体积缩减部分的补充注入；③为了提高抗渗 透等施工效果而进行的注入,
• 1、工作井
• 为便于进行盾构安装和拆卸,在盾构施工段的始 端和终端,建造的竖井或基坑,
• 始发工作井
在盾构施工的始端,满足盾构掘进机安装和 出洞施工的要求,并用于运送人员、管片、材料、 设备、出渣,
• 接收工作井
在盾构施工的终端,盾构隧道掘进完成后进 入接收井,满足盾构拆卸或转场吊装移位的工作 空间要求,
第七节 盾构法施工的出洞进洞技术
出洞——盾构机从始发工作井开始向隧道内推 进时叫出洞；
进洞——盾构机从隧道内到达接收井时叫进洞； 盾构机出洞、进洞是盾构法施工的重要环节, 需确定的技术方案包括：
工作井设计与施工 工作井洞门的形式 洞门的加固
洞内设备布置等.
盾构进洞 盾构出洞
• 一、 盾构机工作井
• 淤泥层、黏土层中使用双液型浆液的小于50%；
• 砂层、淤泥层,使用砂浆中添加纸浆纤维的浆液 比例占 10%(速凝),
• (2)单液型浆液——土体稳定,无须壁后注浆一定 与掘进同时进行,对于砂砾层地下水含量大的地 层来说,应选定不易被水稀释的浆液,
目前施工中使用最多的石灰膏浆液材料配合比见表
注浆材料配合比 (体积比 )
井下安装盾构
盾构推进进洞
• 2、工作井建筑尺寸
• 作为拼装和拆卸用的竖井,其建筑尺寸应根据盾 构拼装、拆卸及施工来确定,满足盾构装、拆的 施工工艺要求,
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)。
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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：Pe =γh+ P 0P 01= P e + G/DLP 1=P e ×λP 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 2P 2 =(26.83+1.94×6.25)×0.47=18.3t/m 27.8.2.1.1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.)(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 ，）（2D h 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=4.5t/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 =0.3t 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=0.025μg 为滚动摩阻，μg =0.05t 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 )(2120max 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 2h 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 t M ⋅=⨯⨯⨯=-83.3)14.310878.9(21221 b ．刀盘自重产生的旋转力矩M 2M 2=GR μg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=2.6mμg ：滚动摩擦系数，计算时取为μg =0.004M 2=55×2.6×0.004=0.57t ﹒mc ．刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩M 3M 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=0.70R 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 μz ：滚动摩擦系数，μz =0.004 ；P d ：水平土压力，P d =14.52t/m 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 4M 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 ·me ．刀盘前表面上的摩擦力矩M 5)(3235d P P R M απμ= 式中：α：刀盘开口率，α=0.30；μP ：土层与刀盘之间的摩擦系数，μP =0.15 R ：刀盘半径，R=3.14mm t M ⋅=⨯⨯⨯=96.41)52.1414.315.030.0(3235π f ．刀盘圆周面上的摩擦力矩M 6M 6=2πR 2BP Z μP式中：R ：刀盘半径，R=3.14m ；B ：刀盘宽度，B=0.775mP Z ：刀盘圆周土压力P Z =（P e +P 01+P 1+P 2）/4=（26.83+33.37+14.89+18.3）/4=23.35t/m 2M 6=2π×3.142×0.775×23.35×0.15=167.09t ·mg ．刀盘背面的摩擦力矩M 7M 7=2/3[（1-α）πR 3μP ×0.8P d ]M 7=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 8απτ3832R C M ⋅= 式中：C τ：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/m 2，φ=5°；C τ=C+P d ×tg φ=1+14.52×tg5=2.27 t/m 2 m t M ⋅=⨯⨯⨯⨯=88.4530.014.327.23238π i ．刀盘土腔室内的搅动力矩M 9M 9=2π（R 12－R 22）LC τ式中：d 1 ：刀盘支撑梁外径，d 1=4.8m ； d 2 ：刀盘支撑梁内径，d 2=3.84 m L ：支撑梁长度， L=0.8 mM 9=2π（2.4 2-1.922）×0.8×2.06=21.46 t ·m刀盘扭矩M 为M 1~M 9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 =2htg φ/2式中：φ为岩石的自然破碎角，查表选取φ=155°B 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 力式中： F 力为单个滚刀贯入岩石所需要的力m 为刀盘上安装的盘形滚刀(单刃)的数量22)35()5.13424.15.0φθtg h Rh h r R K F i i d -=（压力 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/cm 2r 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°t tg F 64.242155116.2121)3530()5.1862355.03424.15.0=-⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯=（力 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 =10cmm = 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：321T T T T ++=式中：T 1为刀盘滚动阻力矩计算T 2为石碴提升所需要的扭矩T 3为克服刀盘自重所需要的扭矩a ．刀盘滚动阻力矩计算T 1∑==mi i m m FB T 11式中：F 为盘形滚刀的滚动力力P h R hF -=243ξ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，ξ=0.8P 力=F 压=24.64h 为每转切深，h =1cmR 为盘形滚刀的半径，R=6.21 mm27.264.2416.21218.043=⨯-⨯⨯⨯=FB m 为盘形滚刀刀间距，B m =10cm=0.1mm t m T i i ⋅=⨯⨯=∑=99.2041.027.24211b ．石碴提升所需要的扭矩T 2T 2=q πR 2h μ1R式中：q 为石碴容重，q=2.59t/m 3R=3.14 mH=1 mm/nμ1为刀盘系数，μ1=0.70T2=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T3T3=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。