(完整word版)盾构机推力计算.doc

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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：

P e =γ h+ P0

P01= P e + G/DL

P1=P e×λ

P2=(P+γ .D) λ

式中：λ为水平侧压力系数，λ =0.47

h 为上覆土厚度， h=12.8m

γ为土容重，γ =1.94 t/m3

G 为盾构机重， G=340 t

D 为盾构机外径， D=6.25 m ； L 为盾构机长度， L=8.32 m ； P0为地面上置荷载， P0=2 t/m2； P01为盾构机底部的均布压力； P1为盾构机拱顶处的侧向水土压力； P2为盾构机底部的侧向水土压力； P e=1.94×12.8+2=26.83 t/m2

P01=26.83+340/（6.25× 8.32）=33.37t/m2P1=26.83×0.47=14.89t/m2 P2 =(26.83+1.94×6.25)× 0.47=18.3t/m2

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：

F F1F2F3F4F5

式中： F1为盾构外壳与土体之间的摩擦力；F2为刀盘上的水平推力引起的推力F3为切土所需要的推力； F4为盾尾与管片之间的摩阻力

F5 为后方台车的阻力

F1 1

( P e P01 P1 P2 ) DL . 4

式中：：土与钢之间的摩擦系数，计算时取0.3

F1 1

（26.83 33.37 14.89 18.3） 6.25 8.32 0.3 1144.23t 4

F2 （ 2 ）4 D P d

式中： P d为水平土压力，P d （h D ）

D 6.28

15.93m

2

h 12.8

2 2

P 0.47 1.94 15.93 14.52t / m2

d

F2 / 4（6.282 14.52） 445.48t

F 3

（ D 2C）/ 4

式中： C 为土的粘结力， C=4.5t/m2

F3 （6.252 4.5） 138.06t

4

F4 W c c

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

F448.24 0.3 14.47t

F5G h sin g G h cos

式中： G h为盾尾台车的重量， G h≈160t；

θ为坡度， tgθ=0.025

μg 为滚动摩阻，μg=0.05

F5 160 0.025 0.05 160 1 12.00t

盾构总推力： F 1144.23 445.48 138.06 14.47 12.00 1754.24t

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：

M M 1M 2M 3M 4M 5M 6M 7M 8M 9

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

M

R0 M 1

2 )

1

Chrdr

1

(C h m a R 0

2

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

1

2

2

M 1 (9.78 8 10 3.14 ) 3.83t m

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

μ g ：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 μ z

W p =απ R 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

μ z ：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=2πμ m F （n 1R m12+n 2R m22）

式中：μm ：密封与钢之间的摩擦系数， μ m

=0.2；F ：密封的推力， F=0.15t/m 1 2 1 2

=3； R m1、 R m2：密封的安装半径， R m1 n 、 n ：密封数， n =3 n =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