盾构施工计算.docx

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1、1-1盾尾间隙的计算盾尾间隙包括以下几局部：理论最小间隙、管片允许拚装误差、盾尾制造误差、盾尾结构变形、以及盾尾密封的结构要求等。(1)理论最小间隙管片外径D=6000mm;盾尾端至第一环管片前端的距离1.=2600mm;R。一隧道曲线半径，考虑到盾构蛇行的因素取Ro=350m；那么隧道管片内侧曲线半径：盾尾端部至第一环管片前端对应的圆心角：wv图3-9-2盾尾理论间隙计算那么理论间隙为：取bl=10mm(2)管片精度及管片拚装误差：b2=5mm(3)盾尾制造误差：b3=5mm(4)盾尾变形:b4=5mm(5)其它因素：b5=5mm(6)盾尾密封刷安装尺寸：b6=45mm所以盾尾间隙为b=9.

2、7mm是曲线半径350m时，管片在盾尾内的最小极限间隙值，考虑到管片本身的尺寸误差、拼装的精度、盾尾的偏移等因素，同时考虑到盾尾还要安装同步注浆管道和盾尾密封，根据经验实际选取盾的间隙为75mm。1-2推力计算1.2.1盾构外荷载确实定由于盾构工程沿线的隧道埋深差异很大，在ZCK17000处的隧道顶部的覆土厚度约为37m,而在较浅处的隧道顶部距地面缺乏6m。由于盾构从洞中通过时的时间相对较短，根据常用算法，盾构的外部荷载将按照最大埋深处的松动土压和两倍盾构直径的全土柱高产生的土压计算，并取两都中的最大值作为盾构计算的外部荷载。在大石一汉溪区间最大埋深位置在ZCK17+000处，但此处围岩为7号

3、地层，稳定性较好。而YCKI7+020处隧道顶部为6号地层，埋深约35m,所以对盾构计算取此断面埋深为最大埋深值。软土计算中地质参数均按照此断面的6Z-2地层选取如下:岩土容重：y=19.1KN/机3岩土的内摩擦角：。二24。土的粘结力：c=28.3WV*覆盖层厚度：HmaX=35m地面荷载：l=20KNn2水平侧压力系数：2=0.43盾构外径：D=625m盾构主机长度：1.=7.5m盾构主机重量：W=370t经验土压力系数：K0=l计算:OC5z-236z-2松动土压(泰沙基公式)其中图3-9-3大石一汉溪区间代入上式得计算两倍掘进机直径的全土柱土压:取作为计算的数据。再加上地面荷载得盾构上

4、部的土压为:盾构底部的土压为:那么盾构上部和下部的侧压力应分别为:1.2.2盾构的推力盾构的推力应包含以下几个局部:在土压平衡模式下:在敞开模式(TBM)下:338KPa图3-9-4盾构主体外荷载示意图R=239+20=259(KNm)1.2 .3盾壳和土层的摩擦力FM其中为盾壳和土体间的摩擦系数，根据经验值取0.25。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1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；根据初步改造方案，刀盘共安装了33把滚刀（按刀刃计算），每个滚刀的设计最大推力为250kN。考

5、虑到装在刀盘边上的滚刀的分力作用，34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）。1.2.5 盾尾密封的摩擦力1.2.6 拖拉后配套的力FN1.经验值1.2.7 楂舱土压引起的前隔板反力Fn=350/.6,252,7=10737JW（土仓压力按3.5bar计算）SP41.2.8总推力计算EPB模式：硬岩敞开模式：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：在敞开模式下：盾构机实际配备推力为34210KN,能够满足盾构的实际需要。1.3 扭矩计算1.3.4 软土盾构掘进机

6、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。随着土仓及掌子面硝土改进技术的开展，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进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：嗑x=4.8ma刀盘转速：n=2.2rpm刀盘每转切深：max=Vw=3.64cw土的抗压强度：q0=350KPa刀盘直径：Dj=6.2Sm(2)刀盘自重产生的主轴承旋转反力矩：其中(3)刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩其中

7、：推力荷载其中：刀盘不开口率：=0.69刀盘的水平土压：Pd=128KPa(前面的计算结果)(4)密封装置摩擦力矩式中：密封与钢之间的摩擦系数：,”=0.2密封的推力：Fm=1.5KPa密封数：n=3密封的安装半径，RH=1.25m(5)刀盘前外表上的摩擦力矩其中：土层和刀盘之间的摩擦系数：zf=0.15(6)刀盘圆周的摩擦反力矩其中：盾构掘进机直径：D=6.28m刀盘边缘宽度：B=0.45刀盘圆周土压力：(7)刀盘反面的摩擦力矩刀盘反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(8)刀盘开口槽的剪切力矩其中：土的抗剪应力，Cr=C+Pdtg=15+1285o=26T在切割腔

8、内，由于硝土含有水，取C=15KPa,内摩擦角取为。=5。9)刀盘土腔室内的搅动力矩T9其中：刀盘支撑柱直径：b=0.6相刀盘支撑柱长度：1.=1.lm刀盘支撑柱外端半径：r2=1Am刀盘支撑柱内端半径：H=0.7/7/刀盘支撑柱数量：nb=4所以，刀盘总扭矩按照日本的压平衡盾构扭矩估算公式计算计算盾构的扭矩，其中为土压平衡盾构系数，根据盾构直径的大小不同一般取值1423,这里取。=20计算扭矩得此扭矩值应为盾构机的脱困扭矩值。1.3.5 硬岩刀盘滚动阻力矩计算Tu在硬岩掘进时滚刀周边滚动阻力为：其中滚刀直径滚刀推进力刀盘每转刀具切入岩石的深度所以式中：Bm滚刀间距，Bm=1IOmm；石硝搅拌

9、所需要的扭矩T2；式中：夕一石硝容重，19.9KN11P从一刀盘系数，0.618克服刀盘自重产生的其它力矩T3：式中：M=刀盘自重，W=570KN所以，硬岩掘进所需要的力矩为：盾构实际的刀盘驱动扭矩为4500KN.m,脱因扭矩为5300KN.m,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1.5 .1盾构开挖实际需要理论出土能力其中0=6.28机盾构掘进机的开挖直径Vmax=4.Smh盾构最大开挖速度，按推进油缸最大推进速度80mmmin计算=1.6硝土松散系数1.4.2螺旋输送机实际出土能力的计算其中：R=900wn螺旋外径：1.=630螺旋节矩nax=22r

10、pm螺旋输送机最大转速=0.6螺旋输送机充满系数由以上参数计算每转输送量/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盾构机功率计算1.5.1 主驱动功率计算：根据实际工况，取刀盘的驱动扭矩为3270KN.m,刀盘最大扭矩时的刀盘转速取1.5rpm,计算刀盘驱动的实际需要功率为：主驱动系统的总效率为其中:,nc联轴器机械效率pm液压泵的机械效率pv液压泵的容积效率f系统回路效率,n,l液压马达的机械效率mv液压马达的容积效率mr减速器的机械效率所以盾构的实际主驱动功率应为：W=叱）/为盾构机的实际配备功率为945kw.二733AW1.5.2 推进系统功率由前面计算知，盾构推进时的最大推力取33000KN,推进速度取80mmmin,计算推进功率为：推进系统应配备的功率应为其中：pm泵的机械效率；pv泵的容积效率；c联轴器的效率.推进系统实际配备功率为75kw0