土压盾构相关参数计算Word文档下载推荐.docx
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盾构主机重量：
W=350t
经验土压力系数：
K°
=l
松动土压（泰沙基公式）计算：
5K°
x/g0
>
<
（1一£
-心曲側5））+Pq
其中
Bl=Rxctg[（45°
+<
p/2）/2]
=3.2xctg[（45°
+17.672）/2]
=6.3m
代入上式得
P5_6.3x（18.9—31,63）.e-lxtgl7.6ox（33/63）]+20xe-lxtS176ox（336.3）
如7.6。
=228.7（KN/m2）
计算两倍掘进机直径的全土柱土压：
Pq=Y>
2xD=18.9x2x6.4=242（KN/ni2）
•・•Pq>
Ps
二取号作为计算的数据。
再加上地面荷载得盾构上部的土压为:
Pv=242+20=262KN/m2
盾构底部的土压为：
Pvl=Pv+W/（D*L）
=262+3500/（6.4x7.38）
=336.1（KN/m2）
则盾构上部和下部的侧压力应分别为:
Ph=Rx/i=117.9（KN/加'
）
Phl=PvixA=151.2（KN/m2）
337KPa
图1・1盾构主体外荷载示意图
1.2.2盾构的推力
盾构的推力应包含以下几个部分：
在土压平衡模式下：
Zf=F」F驚+Fs+Fnl+Fsp
在敞开模式（TBM）下：
1.2.3盾壳和土层的摩擦力FM
FM=px[ttxDxLx（Pv+Pv1十Ph+Ph1）/4]
=0.25x[nx6.4x7.38x（262+336.1+117.9+151.2）/4]
=803&
3（KN）
其中卩为盾壳和土体间的摩擦系数，根据经验值取0.25o
1.2.4刀盘推进力FBA
刀盘上共安装了64把切刀和16把刮刀（按照海瑞克公司的经验计算,16把刮刀的推力相当于96把切刀的推力）,根据经验值每把切刀在软土中的推进力约为5.6KN；
根据初步设计方案，刀盘共安装了35把滚刀（按刀刃计算），每个滚刀
的设计最大推力为250kNo考虑到装在刀盘边上的滚刀的分力作用，35把
滚刀对刀盘产生的正向推力大约相当于31把正向滚刀的满负荷推力，所以
只按31把滚刀来计算刀盘的推力（经验值L
=（64+96+31）x5.6=1069・6（KN）
F芽=31x250=7750（^）
1.2.5盾尾密封的摩擦力
二=iokn/〃7（经验值，周向每米密封的摩擦力）
1.2.6拖拉后配套的力FNL（经验值）
Fnl=750QV
1.2.7確仓土压引起的前隔板反力
Fsp=350x“=ii253・8KW（土仓压力按3.5bar计算）
4
1.2.8总推力计算
EPB模式：
Zf=F」F驚+Fs+%+Fsp
=8038.3KN十1069.6KN十194.68KN十750KN+11253.8KN
=21306.4KN
硬岩敞开模式：
》厂®
+F腭+厲+血
=8803.3KN十7750KN+194.68KN十750KN
=17498
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：
在土压平衡模式（EPB）下：
£
=2130&
4x1.5=31960KN
在敞开模式下：
为=17498x1.5=26247&
V
盾构机改造后实际配备推力为33760KN,能够满足盾构的实际需要。
1.3扭矩计算
1.3.1软土
盾构掘进机在软土中推进时的扭矩包含切削扭矩、刀盘的旋转阻力矩、刀盘所受推力荷载产生的反力矩、密封装置所产生的摩擦力矩、刀盘的前端面的摩擦力矩、刀盘后面的摩擦力矩、刀盘开口的剪切力矩、土压腔内的搅动力矩。
随着土仓及掌子面磴土改良技术的发展，在软土开挖中刀盘的扭矩可以得到大幅度的降低。
这里计算的只是在没有改良的情况下一种近似的理
论扭矩，实际情况下一般要小于计算值。
（1）刀具切削扭矩
推进速度：
Vn^=4.Sm/h
刀盘转速：
n=l.2ipm（根据南京地铁一号线和2号线掘进经验）
刀盘每转切深:
hm^=V/n=6.67cTn
土的抗压强度：
q“=350KPa
刀盘直径：
Dd=6・4m
7]=0.5山肿饥』（2>
0.5）2]
=119.53KNm
（2）刀盘自重产生的主轴承旋转反力矩:
刀盘自重：
G=5700KN主轴承滚动半径:
R=1.3加滚动摩擦系数：
/<
.=0.004
T2=5700x1.3x0.004=29.64KN肋
（3）刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩
T产P’xR
其中：
推力荷载
Pt=QXTTxR2xPd
=0.66xttx3.2x134.55
=892.3KN
刀盘不开口率：
a=0.66
刀盘的水平土压:
Pd=（117.9+151..2）/2=134.55KPa
T3=892.3xl.3x0.004
=4.64KN.m
（4）密封装置摩擦力矩
7；
=2^x//mxFmxnx/?
/;
1
式中：
密封与钢之间的摩擦系数：
密封的推力：
Fm=1.5KPa；
密封数：
n=3
密封的安装半径，心
T4=2/rx.0.2x1.5x3x1.25，
=8.8KN.m
（5）刀盘前表面上的摩擦力矩
T5=2/3x（axTTxppxR3xPd）
=2/3x（066x3.14x0.15x3.2%134.55）
=913.7KN.m
土层和刀盘之间的摩擦系数：
d=
（6）刀盘圆周的摩擦反力矩
T6=2TTxRxBxPzxpp
=2ttx3.2x0.45x214.3x0.15
=290.7KN.m
盾构掘进机直径：
D=6.4m刀盘边缘宽度：
B=0・45
刀盘圆周土压力：
Pz=（Pv+Pv1+Ph+Ph1）/4
=（262十336.1十117.9+151.2）/4
=216.8KPa
（7）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，假定土腔室内的土压力
为Pd
2
T7=yx（axTTxppxR3xPd）
x（0.66x3.14x0.15x3.23x134.55）
（8）刀盘开口槽的剪切力矩
T8=_xttxCixR3x（1-a）
=亍xttx26.77x3.23x（1・0.66）
=624.3KN.m
土的抗剪应力,CI=C+Pdtg（p=15+134.55xtg5°
=26.77KPa
在切割腔内，由于磴土含有水，取C=15KPa,内摩擦角取为妇亍
（9）刀盘土腔室内的搅动力矩T9
T9=（pbxLxPdx（f2+il）/2xnb=0.6x1.1x134.55x（1.4+0.7）/2x4
=373KN.m
刀盘支撑柱直径：
刀盘支撑柱长度：
L=l.lm刀盘支撑柱外端半径：
^=L4,Z?
刀盘支撑柱内端半径：
川=0.加
刀盘支撑柱数量：
=4
所以，刀盘总扭矩
±
77
T=e=119.53+29.64十4.64十&
8十913.7十290.7十913.7十624.3+373
=3278KN.m
按照日本的压平衡盾构扭矩估算公式计算
T=aD5
计算盾构的扭矩，其中a为土压平衡盾构系数，根据盾构直径的大小不同一般取值14〜23,这里取&
=20计算扭矩得
T=20x6.283
=4953KNM
此扭矩值应为盾构机的脱困扭矩值。
1.3.2硬岩
刀盘滚动阻力矩计算T1:
在硬岩掘进时滚刀周边滚动阻力为：
其中滚刀直径
d=431.8/?
7/n（l7"
滚刀推进力
Fv=250KN（17nX按最大设计推力计算）
刀盘每转刀具切入岩石的深度
所以
Bm一滚刀间距,Bm=1OOnun；
磴土搅拌所需要的扭矩T2；
9一石磴容重,19.9KN/H13
"
1—刀盘系数，0.618
=12.65KNm
克服刀盘自重产生的其它力矩T3:
t.=w^r
W1=刀盘自重,Wl=570KN
=1127.23KNm
所以，硬岩掘进所需要的力矩为:
=1288+12.65+1127.23
=2427.88KNm
盾构实际的刀盘驱动扭矩为4346KN.ni,脱因扭矩为5215KN.ni,大于
前面的计算值,所以既有盾构配备的扭矩足够。
1.4螺旋输送机出土能力验算
1.4.1盾构开挖实际需要理论出土能力
盾构最大开挖速度,按推进油缸最大推进速度
SOnmVmin计算
1.4.2螺旋输送机实际出土能力
ql=27Om3/h
由计算说明螺旋输送机完全能够满足盾构最大开挖速度的要求。
1.5同步注浆能力计算
盾构掘进1环（l・2m）环形间隙理论体积：
Q1=ttx（R2-r2）xL
=ttx（3.22・3.12）x12
=2.37ni3
R为盾构开挖半径R=3・2m
r为管片外圆半径1-3.1111
L为盾构掘进1环长度L=1.2m
根据计算，注浆量为环形间隙理论体积的1.4~2.3倍。
则每环的注浆量：
Q2=3.318-5.45lni3
每环同步注浆时间应与掘进时间相同。
L,_,
I［扌—II
则每环注浆时间：
h=U='
r^-J=15nuii
其中V为盾构最大掘进速度V=80nmi/nuii
实际注浆能力：
Q3=qxhxt
15mui
=12m3/lix60muix2
=6m3
其中q为注浆泵注浆能力q=121113/11
t为注浆泵数量2台
由计算Q3>
Q2说明注浆泵的同步注
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