盾构关键全参数计算
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第七节关键参数的计算
1.地质力学参数选取
根据市轨道交通三号线详勘阶段汉溪~市桥盾构
段Ⅱ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+.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
代号地层厚度S
(m)
天然密度
ρ(g/cm3)
凝聚力
C(KPa)
底层深度
H(m)
<4-1> 粉质粘性土12.0 1.95 20.3 12.0
<5Z-2> 硬塑状残积土13.0 1.88 26.0 25.0
<6Z-2> 全风化混合岩、块石土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。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*C
C—凝聚力,单位kN/m2,查表7-7-1,
取C= 30.6kN/m2
L—盾壳长度,9.150m
D—盾体外径,D=6.25m
得: F
1
=π*D*L*⋅C=3.14159⨯6.25⨯9.15⨯30.6
= 5498 kN
2.2 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;
p
e1
——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。
qf
e1——盾构机拱顶受的水平土压;qf
e1
=λ×p
e1
p
e2
——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。
qf
e2——盾构底部的水平土压。qf
e2
=λ×p
e2
qf
w1
——盾构顶部的水压
qf
w2
——盾构底部的水压λ——侧压系数,取0.37;
计算qf
e1 qf
e2
qf
w1
qf
w2
p
e1
=12×1.95×9.8+13×1.88×9.8+(32.5-12-13)×1.91×9.8 =609.2kN/m2
p
e2
=609.2 +6.25×1.91×9.8
=726.2 kN/m2
qfe1=0.37×609.2
=225.4 kN/m2
qfe2=0.37×726.2
=268.7 kN/m2
qf
W1
=(32.5-2.5) ×9.8
=294 kN/m2
qf
W2
=294+6.25×9.8
=355.3 kN/m2
2.3 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。
按水压和土压分算公式计算,将以上各项代入公式得:F
2
= 17539.5 kN
2.4 盾尾部与管片之间的摩阻力F
3
F
3
=μ
c
.ω
s
μ
c
——管片与钢板之间的摩擦阻力,取0.3
ω
s
——压在盾尾的2环管片的自重
F
3
=0.3×2×(3.1416/4)(62-5.42)×1.5×2.5×9.8
=118.46 kN
计算盾构机的总推力F
F=( F
1
+F
2
+F
3
).K
c
K
c
取1.8
F=(5498 +17539.5+118.46) ×1.8
= 32770.7 kN
2.5 盾构机总推力的经验计算
《日本隧道标准规<盾构篇>》,根据大量工程实践的统计资料,推荐单位面积上的推力值为:
F
j
=1000 kN/m2~1300 kN/m2
则选型盾构机的总推力F应为
图7-7-2盾构机受力示意图
4
4
2
2
1
1
2
2
w
e
w
e
D
F⋅
=
π
2