(完整版)盾構(gòu)機選型計算書.docx

1、設(shè)計依據(jù)：1.廣州市軌道交通五號線工程區(qū)莊至動物園南門區(qū)間詳細勘察階段巖土勘察報告2.廣州市軌道交通五號線工程動物園南門至楊箕區(qū)間詳細勘察階段巖土工程勘察報告3.廣州市軌道交通五號線首期工程（滘口至文沖段）設(shè)計技術(shù)要求4.廣州市軌道交通五號線首期工程（滘口至文沖段）區(qū)莊站至動物園站區(qū)間招標(biāo)設(shè)計及投標(biāo)設(shè)計文件5. 廣州市軌道交通五號線首期工程（滘口至文沖段）動物園站到楊箕站區(qū)間招標(biāo)設(shè)計及投標(biāo)設(shè)計文件6.廣州市軌道交通五號線首期工程（滘口至文沖段）施工圖設(shè)計結(jié)構(gòu)防水工程技術(shù)要求7廣州市軌道交通五號線區(qū)莊站動物園站楊箕站區(qū)間盾構(gòu)工程設(shè)計合同8.廣州市地鐵五號線總包總體部下發(fā)的工作聯(lián)系單9.采用規(guī)范：

2、1）人民防空工程設(shè)計規(guī)范（ GB50225-1995 ）2）盾構(gòu)法隧道施工與驗收規(guī)范（GB50446-2008 ）3）建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范 （GB50009-2001 ）4）地鐵設(shè)計規(guī)范 （ GB50157-2003 ）5）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（ GB50010-2002 ）6）地下工程防水技術(shù)規(guī)范（ GB50108-2001 ）7）鐵路隧道設(shè)計規(guī)范 （TB10003-2005 ）8）建筑抗震設(shè)計規(guī)范 （GB50011-2001 ）9）錨桿噴射混凝土支護技術(shù)規(guī)范（ GB50007-2002 ）10）建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范（ GB50007-2002 ）11）鐵路橋涵設(shè)計基本規(guī)范 （TB10002.12

3、005）12）地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范 （GB502991999）2003 年版13）其他相關(guān)規(guī)范、規(guī)程工程概況本工程含區(qū)莊站動物園站及動物園站到楊箕站兩個盾構(gòu)區(qū)間，盾構(gòu)始發(fā)井設(shè)于楊箕站，盾構(gòu)機于動物園站過站，盾構(gòu)吊出井設(shè)于區(qū)莊站東側(cè)。兩區(qū)間均屬珠江三角洲平原，沿線路面交通繁忙，為密集的建筑物、高架橋樁基區(qū)，地下管線密布。動物園站楊箕站區(qū)間隧道下穿內(nèi)環(huán)放射線黃埔大道 A2標(biāo)以及內(nèi)環(huán)梅東中山立交樁基，同時距東風(fēng)廣場會所及環(huán)風(fēng)變電樁基較近。對該區(qū)間鄰近建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)的具體處理措施見廣州市軌道交通五號線首期工程（滘口至文沖段 ）施工圖設(shè)計動物園站楊箕站區(qū)間樁基拖換及地層加固施工圖設(shè)計分冊。動物園

4、站楊箕站盾構(gòu)區(qū)間為東風(fēng)路、梅花路、梅東路和中山一路，到達楊箕站。該區(qū)間線路包括直線段和 2段半徑為 R200m（左線為 R206）和R300（左線為 R285m ）。 盾構(gòu) 隧道區(qū) 間起 止里 程： Y （ Z ） DK12+811.839 YDK13+792.069 （ ZDK13+793.027 ），右線長度為 980.230m，左線長度為981.188m。工程地質(zhì)與水文地質(zhì)1. 工程地質(zhì)概述1）巖土分層情況區(qū)莊站動物園站楊箕站區(qū)間均屬珠江三角洲平原， 前者地勢平坦， 后者略有起伏。兩區(qū)間主要層相似， 主要有人工填土層、 沖洪積成因的淤泥及淤泥質(zhì)層、粉細砂層、中粗砂層、（粉質(zhì)）粘土層、殘積

5、成因的粉質(zhì)粘土層，總厚度為 3.019.5m，下伏基巖為白堊系上統(tǒng)大塱山組黃花崗（K 2d 2 ）的泥質(zhì)粉砂巖、含礫石粉巖等，其分布詳見“地質(zhì)縱斷面圖” 。2）地質(zhì)構(gòu)造及地震烈度兩區(qū)間沿線大地構(gòu)造均屬天河向斜的軸部， 巖層?xùn)|西走向并向東尖滅， 傾向近北，傾角較為平緩，兩區(qū)間地質(zhì)構(gòu)造簡單，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，場地相對穩(wěn)定，抗震設(shè)防烈度 7度。3）隧道穿越的工程地質(zhì)兩區(qū)間地層物理力學(xué)指標(biāo)見附表 1，隧道穿越的巖石主要為強風(fēng)化帶 、巖石中風(fēng)化帶 、巖石微風(fēng)化帶 及巖石全風(fēng)化帶 。圍巖類別劃分按現(xiàn)行 地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范 （GB50307-1999）進行：類圍巖：包括人工填土層 、砂層 、淤

6、泥質(zhì)土 ; 類圍巖：包括沖洪積土層 、殘積可塑土層 、殘積硬塑土層 、類圍巖：包括巖石全風(fēng)化層 、巖石強風(fēng)化層 ；類圍巖：包括巖石中風(fēng)化層 ；類圍巖：包括巖石微風(fēng)化層；兩區(qū)間隧道穿越的地層圍巖類別為類類， 以類和類為主， 其間沒有不良的地質(zhì)現(xiàn)象，但是下列特點值得關(guān)注：（1） 粉細砂層或泥質(zhì)粉砂巖區(qū)，屬于軟質(zhì)巖，泥質(zhì)成分含量高，強度低，節(jié)理較為發(fā)育，遇水時軟化，強度降低甚至崩解。（2） 沿線穿越地層為紅層區(qū)， 其巖層都存在遇水軟化現(xiàn)象。 這是廣州地區(qū)紅層風(fēng)化帶的典型特征。同時在紅層區(qū)的另一個特點為軟弱夾層分布，即在中風(fēng)化或微風(fēng)化巖層中發(fā)育強風(fēng)化透鏡體， 造成同一剖面中上下巖層強度差別大， 出現(xiàn)風(fēng)

7、化不均現(xiàn)象， 夾層的出現(xiàn)與巖性、 裂隙發(fā)育程度和地下水等多種因素有關(guān)， 即在軟弱夾層區(qū)一般是裂隙發(fā)育區(qū)，因此基巖裂隙水相對較大。2. 水文地質(zhì)狀況兩區(qū)間沿線的地層結(jié)構(gòu)屬于二元類型，即上部的第四系地層與下部的白堊紀風(fēng)化巖層，因此兩區(qū)間地下水類型也主要分為兩大類型。上層滯水：主要在上部的雜填土或素填土層當(dāng)中。巖基裂隙水：主要分布在第四系地層之下的白堊系陸相沉積的破碎的基巖裂隙中，水量的大小與基巖的裂隙發(fā)育程度及裂隙的連通性有關(guān)， 基巖裂隙水同時具有承壓水的性質(zhì)。地下水對地鐵構(gòu)筑物中的混凝土結(jié)構(gòu)無腐蝕性，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋無腐蝕性，對鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。設(shè)計原則與主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1. 設(shè)計原則1）設(shè)

8、計應(yīng)滿足施工、運營、城市規(guī)劃、抗震、人防、防水、防火、防迷流的要求，以滿足各項功能要求。2）依據(jù)周圍環(huán)境、建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)和地下管線對變形的敏感程度，采用妥善可靠的方案和技術(shù)措施，將隧道施工、樁基托換等引起的地面沉降和隆起量控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，確保建（構(gòu)）筑物正常使用不受影響。3）隧道橫斷面內(nèi)凈空尺寸設(shè)計在建筑限界的基礎(chǔ)上再考慮適當(dāng)?shù)挠嗔?，以滿足施工誤差、測量誤差、不均勻沉降以及結(jié)構(gòu)變形等要求。4）結(jié)構(gòu)計算模式的確定， 除符合結(jié)構(gòu)的實際工作條件外， 尚應(yīng)能反映結(jié)構(gòu)與周圍地層的相互作用。結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)符合強度、剛度、穩(wěn)定性、抗浮和裂縫開展寬度驗算的要求，并滿足施工工藝的要求。5）裝配式構(gòu)件的尺寸

9、必須考慮加工、運輸和施工的方便， 接頭設(shè)計滿足受力、防水和耐久性的要求。6）為便于管片制作、 安裝的系列化、 定型化和規(guī)范化， 通過規(guī)模效益達到節(jié)省投資的目的，管片設(shè)計根據(jù)各區(qū)間段隧道的埋置深度、工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，采用分段設(shè)計、綜合設(shè)計、分類統(tǒng)一的原則。7）區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)盡量減少施工中和建成后對環(huán)境造成的不利影響，并盡可能考慮城市規(guī)劃引起的周圍環(huán)境的改變對地下鐵道結(jié)構(gòu)的影響。2. 主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1） 結(jié)構(gòu)安全、抗震、人防、防水技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（1） 結(jié)構(gòu)安全等級一級（2） 抗震設(shè)防烈度，抗震等級三級；（3） 人防抗力等級六級；（4） 防水等級二級；2） 設(shè)計使用年限為 100 年3） 線路（1）

10、線路平面：雙軌，規(guī)矩 1435mm，正線最小允許平面曲線半徑 200m （困難情況下 150m）。（2） 線路縱斷面：區(qū)間最大允許坡度50（困難情況下55），正線最小豎曲線半徑5000m（困難情況下 3000m。4）限界盾構(gòu)隧道建筑限界為5100mm，結(jié)合已有盾構(gòu)機選型要求，采用內(nèi)徑為5400 的盾構(gòu)管片。5）地面沉降控制除部分特定情況需要考慮更為嚴格的控制值， 地面沉降應(yīng)控制在 -30mm 以內(nèi)，在任何情況下最大允許隆起量為 +10mm，建筑物的不均勻沉降應(yīng)小于有關(guān)范圍的規(guī)定值。6）混凝土材料（1） 管片混凝土強度等級最小應(yīng)為C50，抗?jié)B等級 S12；（2） 洞門混凝土等級不低于C30，抗?jié)B

11、等級 S10；（3） 聯(lián)絡(luò)通道初襯采用 C20 早強焊混凝土，二襯模筑等級不低于C30，抗?jié)B等級 S10。7）鋼材（1） 鋼筋等級 HPB235、HRB335 級；（2） 管片連接螺栓性能等級6.8 級；（3） 預(yù)埋件剛才等級 Q235 級。8）最大裂縫寬度結(jié)構(gòu)裂縫寬度不大于0.2mm，且不得有貫通裂縫。9）聯(lián)絡(luò)通道兩單線隧道之間，當(dāng)隧道貫通長度大于 600m 時設(shè)聯(lián)絡(luò)通道，通道兩端設(shè)雙開啟的甲級防火門。10） 管片變形管片直徑變形控制在4 D 0 （ D 0 為管片外徑）以內(nèi)，環(huán)縫張開不大于2mm（變形縫處于不大于3mm），縱縫張開不大于2mm。11） 抗浮驗算結(jié)構(gòu)在不考慮表面摩擦力時抗浮安

12、全系數(shù)不小于 1.05，考慮表面摩擦力時不小于 1.15。盾構(gòu)機選型盾構(gòu)隧道的成功與否,關(guān)鍵之一是選擇好適合地層特征的盾構(gòu)機。由于盾構(gòu)機既要穿過巖層 ,又要通過軟土層,這要求盾構(gòu)機對地層要具有較廣的適應(yīng)性。盾構(gòu)機除了要求具有一般軟土地層的所需軟土EPB( 土壓平衡盾構(gòu)機) 的配置外 ,還需要具備硬巖TBM( 硬巖掘進機 ) 的特征。動物園楊箕區(qū)間選用德國海瑞克公司生產(chǎn)的復(fù)合式盾構(gòu)機 ,它除具備有 EPB 的特性外,主要特點是其推力及扭矩大小、刀盤材料和刀具的組合上具有足夠的破巖能力。a. 盾構(gòu)外徑DD 02( Xt )X ：盾尾間隙XX1X2盾構(gòu)在曲線上施工和修正蛇行時必須的最小富裕量X1X1

13、1D0)(RD 0)2L2( R222L ：盾尾覆蓋的襯砌長度，L=2200mmR：最小曲線半徑，R=199862mmD 0 ：管片外徑，D 0 =6000mm(管片內(nèi)徑取 5400mm，厚度為 300mm)X11(199.8626.0)(199.8626.0 )22.2 2 =0.006m=6mm222管片組裝時的富余量X 2考慮到管片本身的尺寸誤差、拼裝的精度、盾尾的偏移等，通常要再取一定的富裕量。根據(jù)各國相近尺寸盾構(gòu)機外徑常用的盾尾間隙（常用20mm40mm ）此處取 X 2 =30mmX X 1 X 2 =6mm+30mm=36mm考慮到安裝盾尾密封要占有一定的間隙，管片拼裝時可能出現(xiàn)

14、錯臺等因素，參照國內(nèi)外同類工程的實驗經(jīng)驗，本盾構(gòu)機盾尾間隙選取X40mm36mmb 盾構(gòu)厚度t盾構(gòu)厚度根據(jù)其尺寸及所受的地層壓力而定，在滿足強度、 剛度的條件下， 盡可能的小；類比國內(nèi)同類工程的實際經(jīng)驗，經(jīng)過計算，本臺盾構(gòu)機的選取盾殼厚度a=50mm盾尾板的厚度為 b=30mm 盾尾厚度 t=a+b=80mm盾構(gòu)尾部的外徑為：D=6000+2 （ 40+80） =6240為減少盾構(gòu)機推進時的阻力，將盾構(gòu)機設(shè)計成前部稍大，后部稍小。故：盾構(gòu)支撐環(huán)外徑為：6250mm盾構(gòu)切口環(huán)外徑為：6260mm刀盤開挖直徑為：6290mm二盾構(gòu)機長度盾構(gòu)長度的初步確定依據(jù)鉸鏈型盾構(gòu)長度與切口環(huán)、支撐環(huán)、 盾尾長

15、度及管片寬度有關(guān)。與盾構(gòu)機的靈敏度有關(guān)，盾構(gòu)機的靈敏度決定著盾構(gòu)機的方向控制能力及推進的穩(wěn)定性。敏度值愈小，盾構(gòu)機推進的蛇行現(xiàn)象越嚴重，但盾構(gòu)機調(diào)整方向越容易；靈敏度值越大，其方向穩(wěn)定性越好，但彎道推進超挖量大?？紤]到本標(biāo)段的地質(zhì)特點，根據(jù)經(jīng)驗，靈敏度參考值選偏小值，為：也靈L aD6m時，0.75D式中： La 為盾構(gòu)機到鉸鏈中心的長度D為盾構(gòu)機的外徑D=6240mmLa =0.75D=0.75 6240=4680選取La=5027mm盾尾計算：長度：Lb= LiCLsCL p式中：Li 為安裝千斤頂?shù)拈L度，Li =350 450mmLs 為管片寬度，Ls =1200mmL p 為安裝盾尾密

16、封材料的長度，取L p =865mmC為管片組裝的余量C=500C 為其他余量，C =25 50mmMin ： Lb =350+500+1200+25+865=2940mmMax ： Lb =400+500+1200+50+865=3015mm所以， Lb =2940 3015mm ，取 Lb =2950mmL= La + Lb =7977mm盾構(gòu)重量：類比同類工程，本盾構(gòu)機的重量選取為340t盾構(gòu)機的推力和扭矩計算盾構(gòu)機的推力和扭矩計算包括軟土和硬巖兩種情況進行。計算圖示如下圖：盾構(gòu)開挖軟土地層中推力與扭矩的計算地層參數(shù)按 巖層全風(fēng)化帶選取，由于巖土中基本無水，所以水壓力的計算按水土合算考慮

17、。選取可能出現(xiàn)的最不利受力情況埋深斷面進行計算。根據(jù)線路的縱剖面圖，層埋深不大，在確定盾構(gòu)機拱頂處的均布圍巖豎向壓力Pe 時，可直接取全部上覆土體自重作為上覆土地層壓力。盾構(gòu)機所受壓力：Pe = h+ P0P01PeG / DLP1 = Pe P2 =（ Pe +D ）式中：為水平側(cè)壓力系數(shù)，=0.47h為上覆土體厚度，h=12.9m為土的容重，=1.94t/ m3G為盾構(gòu)機重量，G=340tD為盾構(gòu)機外徑，D=6240mmL為盾構(gòu)機長度，L=7977mmP0 為地面上置荷載，P0 =2t/ m2P01 為盾構(gòu)機底部的均布壓力P1 為盾構(gòu)機拱頂處的側(cè)向水土壓力P2 為盾構(gòu)機底部的側(cè)向水土壓力P

18、e = h+ P0 =1.94 12.9+2=27.026t/ m 2P01PeG / DL =27.026+340/6.24 7.977=34 t/ m2P1 = Pe =27.026 0.47=12.7P2 =（ Pe +D ） =（ 27.026+1.94 6.24） 0.47=18.4 t/ m 2盾構(gòu)機推力計算盾構(gòu)的推力主要由以下五部分組成：FF1F2F3F4F5式中： F1 為盾構(gòu)外殼與土體之間的摩擦力F2 為刀盤上的水平推力引起的推力F3 為切土所需要的推力F4 為盾尾與管片之間的摩擦力F5 為后方臺車的阻力F1 =1/4（ Pe + P01 + P1 + P2 ） DL 式中：

19、土與鋼之間的摩擦系數(shù)，計算時取=0.3F1 =1/4（ 27.026+34+12.7+18.4 ） 6.247.977 0.3 3.14=1079.93tF2 = /4( D 2 Pd )式中： Pd 為水平土壓力，Pd =（ h+D/2 ）Pd =0.47 1.94（ 12.9+6.24/2 ） =14.60t/ m2F2 =3.14/4 （ 6.242 14.60） =446.26tF3 = /4( D 2 C)式中： C為土的粘結(jié)力，C=4.5 t/ m 2F3 =3.14/4 （ 6.242 4.5） =137.55tF4Wcc式中： Wc 為兩環(huán)管片的重量（計算時假定有兩環(huán)管片的重量

20、作用在盾尾內(nèi)，當(dāng)管片容重為2.5 t/ m3 ）管片寬度按1.2m 記時，每環(huán)管片的重量為：2.5 t/ m3 1.2m ( D 0 ) 2 - ( d ) 2 22式中： D 0 為管片外徑；D0 =6.0md為管片內(nèi)徑； d=5.4m既為：2.5 t/ m3 1.2m ( 6.0m) 2 - ( 5.4m) 2 =16.11t22c 取 0.3，則 F4 =16.11 2 0.3=9.67tF5 = G h *sin +g * G h *cos式中： Gh 為盾尾臺車的重量Gh 160t；為坡度， tan =0.025g 為滾動摩阻，g =0.05F5 160t 0.025+0.05 16

21、0 1=12.00t綜上；盾構(gòu)總推力為1685.41t盾構(gòu)的扭矩計算：盾構(gòu)配備的扭矩主要由以下九部分組成。在進行刀盤扭矩計算時MM1M2M3M4M5M6M7M8M9式中： M 1 為刀具的切削扭矩M 2 為刀盤自重產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩M 3 為刀盤的推力荷載產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)扭矩M 4 為密封裝置產(chǎn)生的摩擦力矩M 5 為刀盤前表面上的摩擦力矩M 6 為刀盤圓周面上的摩擦力矩M 7 刀盤背面的摩擦力矩M 8 刀盤開口槽的剪切力矩M 9 為刀盤土腔室內(nèi)的攪動力矩a刀具的切削扭矩M 1M1M1R0Chr dr01 (Cr hmax R02 )2式中： C r ：土的抗剪應(yīng)力；C rCPdtan =4.5+14.6

22、 tan20=9.8 t / m2hmax ：刀盤每轉(zhuǎn)的最大切削深度，hm ax =8cm/ 轉(zhuǎn)R0 ：最外圈刀具的半徑， R0 =3.14mM 11(9.8 8 10 23.14 2 )3.86 t * m2b. 刀盤自重產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩M 2GR g式中： G：刀盤自重，計算時取刀盤的自重為G=55tR：軸承的接觸半徑，計算時取為R=2.6mg :滾動摩擦系數(shù)，計算時取為g =0.004M 255 2.6 0.004 0.57t * mc刀盤的推力荷載產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)扭矩M 3M 3W p Rg zWp = Rc2 Pd式中： W p ：推力荷載：刀盤封閉系數(shù)，=0.70Rg :軸承推力滾子接觸半

23、徑，Rg =1.25mRc :刀盤半徑，Rc =3.14Pd ：水平土壓力，Pd =14.6t/ m2Wp0.703.14214.6316.4tM 3 =316.4 1.25 0.004=1.58t*md密封裝置產(chǎn)生的摩擦力矩M 4M 42m F（ n1Rm21n2 Rm2 2）式中：m ：密封與鋼之間的摩擦系數(shù)，m =0.2F：密封的推力，n1 =3n2 =3Rm1 、Rm2 ：密封的安裝半徑，Rm1 =1.84mRm2 =2.26mM 4 =2 0.2 0.15（ 3 1.84 2 +3 2.26 2 ） =4.80t*me刀盤前表面上的摩擦力矩M 5M 52(p R 3 Pd )3：刀盤

24、開口率，=0.30式中：p ：土層與刀盤之間的摩擦系數(shù)，p =0.15R：刀盤半徑， R=3.195mM 52(0.300.15 3.14314.52) 41.96t * m3f刀盤周圍圓面上的摩擦力矩M 6M 62 R2 BPzp式中： R：刀盤半徑， R=3.145mB ：刀盤寬度， B=0.775mPz ：刀盤周圍土壓力Pz(PeP01P1 P2 ) / 4 =23.03t/ m2M 623.143.145 20.77523.030.15 166.30t * mg刀盤背面的摩擦力矩M 7M72/ 3(1) R3p0.8P dM 72 / 3( 0.703.143.14530.150.8

25、14.6) 79.86h刀盤開口槽的剪切力矩M 8M 82C R33式中： C ：土的抗剪應(yīng)力，因碴土飽和含水，故抗剪強度降低，可近似地取C=0.01Mpa=1t/ m 2 ， =5CCPdtan=1+14.6 tan5 =2.28t/ m 2M 8 =2/3 3.14 2.28 3.1453 0.30=44.54t*mi刀盤土腔室內(nèi)的攪動力矩 M 9M 92 （R12R22）L C式中： d1 :刀盤支撐梁外徑，d1 =4.8md 2 ：刀盤支撐梁內(nèi)徑，d 2 =3.84mL ：支撐梁長度，L=0.8mM 9 =2 3.14（ 2.421.922 ） 0.8 2.27=23.65刀盤扭矩為M

26、1 M 9 之和D=6.24mh=1cm = 60 d=43.2cm(17 英寸 )， R=21.6cmBm =2htan /2M=3.86+0.57+1.58+4.80+41.96+166.3+79.86+44.54+23.65=367.12t*m盾構(gòu)在硬巖中掘進時的推力與扭矩的計算地層參數(shù)按照層選取， 層為紅層微風(fēng)化帶盤形單刃滾刀的參數(shù)如下：直徑刃腳每轉(zhuǎn)切深刀盤直徑盤形滾刀刀間距式中：為巖石的自然破碎角，查表選取=155 Bm =2 1 tan155 /2=9.5cm 10cm1 盾構(gòu)推力計算硬巖具有完全自穩(wěn)能力。在硬巖中掘進時，盾構(gòu)機的拱頂、兩側(cè)、底部所受的壓力均很小，對盾構(gòu)機的推進影響

27、不大，盾構(gòu)機的推力主要消耗在滾刀貫入巖石所需的推力上，所以可以近似的把滾刀貫入巖石的力看成盾構(gòu)機的推力，其在選取盾構(gòu)機推力的富余量時進行統(tǒng)籌考慮。根據(jù)力平衡原理和能量守恒原理計算盤形滾刀的滾壓推力，每個盤形滾刀的推力F總mF力式中： F力 為單個滾刀貫入巖石所需要的力m為刀盤上安裝的盤形滾刀（單刃）的數(shù)量F力4K d R（ri0.5(i)1.4h2tg）2Rh h3壓1.5352式中： K d 為巖石的滾壓系數(shù)，查表取K d =0.55R壓 為巖石的抗壓強度；R壓 =62.3Mpa=623kgri 為盤形滾刀的刃腳半徑；ri=8cmi 為盤形滾刀的半刃腳；i=30為巖石的自然破碎角；=155F

28、力4623 （80.5301.4121550.55）( )2 21.6 1 1 tg=24.64t31.5352m=D/(2 Bm )式中： D 為刀盤的外徑，D=6.24mBm 為滾刀的刀間距，Bm =10cmm=6.24/(2 10 10 2 )=31.2本盾構(gòu)機設(shè)計雙刃滾刀19把，合計單刃滾刀38把，滿足需要。盾構(gòu)機總推力：F總mF力31.224.64768.768t2.盾構(gòu)扭矩的計算硬巖掘進的扭矩主要由以下三個部分組成：TT1T2T3式中： T1 為刀盤滾動阻力矩計算T2 為石碴提升所需的扭矩T3 為克服刀盤自重所需要的扭矩a 刀盤滾動阻力矩計算T1mT1FBm i 1 mi式中： F

29、為盤形滾刀的滾動力3hP力F2R4h式中：為與被滾壓巖石自由面條件和形狀有關(guān)的換算系數(shù)，=0.8P力 = F力 =24.64h為每轉(zhuǎn)切深， h=1cmR為盤形滾刀的半徑， R=21.6mm30.8124.64 =2.27F21.6421Bm 為盤形滾刀刀間距，Bm =10cm=0.1m42T1 2.270.1mi 204.99t * mi 1b石碴提升所需要的扭矩T2T2 =q R 2 h 1R式中： q為石碴容重，q=2.59 t / m 3R=3.14mH=1mm/n1 為刀盤系數(shù)，1 =0.70T2 =2.59 3.14 21 0.7 3.14 176.24 t * mc克服刀盤自重所需要的扭矩T3T3W1 1R1式中： W1 為刀盤自重， W1 =55t1 =0.70R=3.14mT3 =55 0.703.14=120.51t*m硬巖掘進所需要的力矩 T