盾構(gòu)機(jī)選型計(jì)算書(shū)

1、設(shè)計(jì)依據(jù)：1. 廣州市軌道交通五號(hào)線工程區(qū)莊至動(dòng)物園南門區(qū)間詳細(xì)勘察階段巖土勘察報(bào)告2. 廣州市軌道交通五號(hào)線工程動(dòng)物園南門至楊箕區(qū)間詳細(xì)勘察階段巖土工程勘察報(bào)告3. 廣州市軌道交通五號(hào)線首期工程（滘口至文沖段）設(shè)計(jì)技術(shù)要求4. 廣州市軌道交通五號(hào)線首期工程（滘口至文沖段）區(qū)莊站至動(dòng)物園站區(qū)間招標(biāo)設(shè)計(jì)及投標(biāo) 設(shè)計(jì)文件5. 廣州市軌道交通五號(hào)線首期工程（滘口至文沖段）動(dòng)物園站到楊箕站區(qū)間招標(biāo)設(shè)計(jì)及投 標(biāo)設(shè)計(jì)文件6. 廣州市軌道交通五號(hào)線首期工程（滘口至文沖段）施工圖設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)防水工程技術(shù)要求 7廣州市軌道交通五號(hào)線 區(qū)莊站動(dòng)物園站楊箕站區(qū)間 盾構(gòu)工程設(shè)計(jì)合同 8.廣州市地鐵五號(hào)線總包總體部下發(fā)的工

2、作聯(lián)系單9.采用規(guī)范：1）人民防空工程設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50225-1995 ）2）盾構(gòu)法隧道施工與驗(yàn)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(jì)規(guī)范 （ GB50157-2003 ）5）混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范 （TB10003-2005 ）8）建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50011-2001 ）9）錨桿噴射混凝土支護(hù)技術(shù)規(guī)范 （ GB50007-2002 ）10）建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范 （GB50007-2002 ）11）鐵路橋涵設(shè)計(jì)基本規(guī)

3、范 （TB10002.12005）12）地下鐵道工程施工及驗(yàn)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(dòng)物園站及動(dòng)物園站到楊箕站兩個(gè)盾構(gòu)區(qū)間，盾構(gòu)始發(fā) 井設(shè)于楊箕站，盾構(gòu)機(jī)于動(dòng)物園站過(guò)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(dòng)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(shí)距東風(fēng)廣場(chǎng)會(huì)所及環(huán)風(fēng)變電樁基較近。對(duì)該區(qū)間 鄰近建（構(gòu)）筑物基礎(chǔ)的具體處理措施見(jiàn)廣州市軌道交通五號(hào)線首期工程 （ 滘口至文沖段 ）施工圖設(shè)計(jì)動(dòng)物園站楊箕站區(qū)間樁基

4、拖換及地層加固施工 圖設(shè)計(jì)分冊(cè)。動(dòng)物園站楊箕站盾構(gòu)區(qū)間為東風(fēng)路、梅花路、梅東路和中山一路，到 達(dá)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(zhǎng)度為 980.230m，左線長(zhǎng)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(dòng)物園站楊箕站區(qū)間均屬珠江三角洲平原， 前者地勢(shì)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、

5、 粉細(xì)砂層、中粗砂層、（粉質(zhì)）粘土層、殘積成因的粉質(zhì)粘土層，總厚度為 3.0 19.5m，下伏基巖為白堊系上統(tǒng)大塱山組黃花崗（ K2d 2）的泥質(zhì)粉砂巖、含礫石 粉巖等，其分布詳見(jiàn)“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(jiǎn)單，未發(fā)現(xiàn)斷裂構(gòu)造，場(chǎng)地相對(duì)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(jiàn)附表 1，隧道穿越的巖石主要為強(qiáng)風(fēng)化帶 <7>、巖 石中風(fēng)化帶 <8>、巖石微風(fēng)化帶 <9>及巖石全風(fēng)化帶 <6>。

6、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(jìn)行： 類圍巖：包括人工填土層 <1>、砂層 <3-2>、淤泥質(zhì)土 <4-2> 類圍巖：包括沖洪積土層 <4-1>、殘積可塑土層 <5-1>、殘積硬塑土層 <5-2>、 類圍巖：包括巖石全風(fēng)化層 <6>、巖石強(qiáng)風(fēng)化層 <7>； 類圍巖：包括巖石中風(fēng)化層 <8>； 類圍巖：包括巖石微風(fēng)化層 <9>； 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(méi)有不 良的地質(zhì)現(xiàn)象，但是下列特點(diǎn)值

7、得關(guān)注：（1）粉細(xì)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(qiáng)度低， 節(jié)理較為發(fā)育，遇水時(shí)軟化，強(qiáng)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(shí)在紅層區(qū)的另一個(gè)特點(diǎn)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(qiáng)風(fēng)化透鏡體， 造成同一剖面中 上下巖層強(qiáng)度差別大， 出現(xiàn)風(fēng)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(duì)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(jì) 風(fēng)化巖層，因此兩區(qū)間地下水類型也主要

8、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(shí) 具有承壓水的性質(zhì)。地下水對(duì)地鐵構(gòu)筑物中的混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋 無(wú)腐蝕性，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)有弱腐蝕性。設(shè)計(jì)原則與主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)1. 設(shè)計(jì)原則1）設(shè)計(jì)應(yīng)滿足施工、運(yùn)營(yíng)、城市規(guī)劃、抗震、人防、防水、防火、防迷流的要求，以滿足各項(xiàng)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(duì)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

9、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(jì)在建筑限界的基礎(chǔ)上再考慮適當(dāng)?shù)?余量，以滿足施工誤差、測(cè)量誤差、不均勻沉降以及結(jié)構(gòu)變形4）結(jié)構(gòu)計(jì)算模式的確定， 除符合結(jié)構(gòu)的實(shí)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(jì)應(yīng)符合強(qiáng)度、剛度、 穩(wěn)定性、抗浮和裂縫開(kāi)展寬度驗(yàn)算的要求，并滿足施工工藝的 要求。5）裝配式構(gòu)件的尺寸必須考慮加工、 運(yùn)輸和施工的方便， 接頭設(shè)計(jì) 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(guò)規(guī)模效 益達(dá)到節(jié)省投資的目的，管片設(shè)計(jì)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

10、分段設(shè)計(jì)、綜合設(shè)計(jì)、分 類統(tǒng)一的原則。7）區(qū)間結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量減少施工中和建成后對(duì)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(duì)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(jí)一級(jí)（2）抗震設(shè)防烈度，抗震等級(jí)三級(jí)；（3）人防抗力等級(jí)六級(jí)；（4）防水等級(jí)二級(jí)；2）設(shè)計(jì)使用年限為 100 年3）線路（ 1） 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

11、盾構(gòu)隧道建筑限界為 5100mm，結(jié)合已有盾構(gòu)機(jī)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(yán)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(qiáng)度等級(jí)最小應(yīng)為 C50，抗?jié)B等級(jí) S12；（2） 洞門混凝土等級(jí)不低于 C30，抗?jié)B等級(jí) S10；（3）聯(lián)絡(luò)通道初襯采用 C20 早強(qiáng)焊混凝土，二襯模筑等級(jí)不低于 C30，抗?jié)B等級(jí) S10。7）鋼材（1） 鋼筋等級(jí) HPB235、HRB335 級(jí)；（2） 管片連接螺栓性能等級(jí) 6.8 級(jí)；（3

12、） 預(yù)埋件剛才等級(jí) Q235 級(jí)。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(zhǎng)度大于 600m 時(shí)設(shè)聯(lián)絡(luò)通道，通道兩端設(shè)雙 開(kāi)啟的甲級(jí)防火門。10）管片變形管片直徑變形控制在 4D0（D0 為管片外徑）以內(nèi)，環(huán)縫張開(kāi)不大于 2mm （變形縫處于不大于 3mm），縱縫張開(kāi)不大于 2mm。11）抗浮驗(yàn)算結(jié)構(gòu)在不考慮表面摩擦力時(shí)抗浮安全系數(shù)不小于 1.05，考慮表面摩擦力時(shí)不 小于 1.15。盾構(gòu)機(jī)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(jī)。由于盾構(gòu)機(jī)既要穿過(guò) 巖層 ,又要通過(guò)軟土層 ,這要求盾構(gòu)機(jī)對(duì)地層要具有較廣的適

13、應(yīng)性。盾構(gòu)機(jī)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(jī) ） 的配置外 ,還需要具備硬巖 TBM（ 硬巖掘進(jìn)機(jī) ） 的 特征。動(dòng)物園楊箕區(qū)間選用德國(guó)海瑞克公司生產(chǎn)的復(fù)合式盾構(gòu)機(jī),它除具備有 EPB 的特性外,主要特點(diǎn)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 D D0 2(X t) X：盾尾間隙 X X1 X 2盾構(gòu)在曲線上施工和修正蛇行時(shí)必須的最小富裕量X1X112(RD20)D0 2(R D20 )2L2L ：盾尾覆蓋的襯砌長(zhǎng)度， L=2200mmR：最小曲線半徑， R=199862mmD0 ：管片外徑， D0 =6000mm（ 管片內(nèi)徑

14、取 5400mm，厚度為 300mm）1 6.06.0 22X1(199.862 ) (199.862)2 2.22 =0.006m=6mm2 22根據(jù)管片組裝時(shí)的富余量 X2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。各國(guó)相近尺寸盾構(gòu)機(jī)外徑常用的盾尾間隙(常用 20mm40mm )此處取 X2 =30mmX X1 X2 =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(shí)可能出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)等因素， 參照國(guó)內(nèi)外同類 工程的實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，本盾構(gòu)機(jī)盾尾間隙選取 X 40mm 36mmb 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(qiáng)度、

15、 剛度的條件下， 盡可能的??； 類比國(guó)內(nèi)同類工程的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)計(jì)算，本臺(tái)盾構(gòu)機(jī)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(jī)推進(jìn)時(shí)的阻力，將盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)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(kāi)挖直徑為： 6290mm二盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度盾構(gòu)長(zhǎng)度的初步確定依據(jù)鉸鏈型盾構(gòu)長(zhǎng)度與切口環(huán)、 支撐環(huán)、 盾尾長(zhǎng)度及管片寬度有關(guān)。 也 與盾構(gòu)機(jī)的靈敏度有關(guān)， 盾構(gòu)機(jī)的靈敏度決定著盾構(gòu)機(jī)的方向控制能力及推進(jìn)的穩(wěn)定性。 靈 敏

16、度值愈小，盾構(gòu)機(jī)推進(jìn)的蛇行現(xiàn)象越嚴(yán)重， 但盾構(gòu)機(jī)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(jìn)超挖量大。 考慮到本標(biāo)段的地質(zhì)特點(diǎn)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，靈敏度參考 值選偏小值，為：D>6m時(shí)，L a 0.75D式中： La 為盾構(gòu)機(jī)到鉸鏈中心的長(zhǎng)度D 為盾構(gòu)機(jī)的外徑 D=6240mmLa =0.75D=0.75 × 6240=4680選取 La =5027mm盾尾計(jì)算：長(zhǎng)度： Lb = Li C Ls C L p式中： Li 為安裝千斤頂?shù)拈L(zhǎng)度， Li =350 450mmL s為管片寬度， Ls =1200mmLp 為安裝盾尾密封材料的長(zhǎng)度，取 L p =865mmC為管片

17、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(jī)的重量選取為 340t 盾構(gòu)機(jī)的推力和扭矩計(jì)算 盾構(gòu)機(jī)的推力和扭矩計(jì)算包括軟土和硬巖兩種情況進(jìn)行。 計(jì)算圖示如下圖：盾構(gòu)開(kāi)挖軟土地層中推力與扭矩的計(jì)算地層參數(shù)按 <6>巖層全風(fēng)化帶選取，由于巖土中基本無(wú)水，所以水壓力的計(jì)算按水土合算考 慮。選取可能出現(xiàn)

18、的最不利受力情況埋深斷面進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)線路的縱剖面圖，<6>層埋深不大，在確定盾構(gòu)機(jī)拱頂處的均布圍巖豎向壓力Pe 時(shí)，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(jī)所受壓力：Pe = h+ P0P01 Pe G /DLP1 = Pe ×P2 =( Pe +D )×式中：為水平側(cè)壓力系數(shù)， =0.47 h為上覆土體厚度， h=12.9m3 為土的容重， =1.94t/ m3G為盾構(gòu)機(jī)重量， G=340tD 為盾構(gòu)機(jī)外徑， D=6240mm L為盾構(gòu)機(jī)長(zhǎng)度， L=7977mm P0 為地面上置荷載， P0 =2t/ m2P01 為盾構(gòu)機(jī)底部的均布?jí)毫1為盾

19、構(gòu)機(jī)拱頂處的側(cè)向水土壓力P2 為盾構(gòu)機(jī)底部的側(cè)向水土壓力2Pe = h+ P0 =1.94 × 12.9+2=27.026t/ m22 P01 Pe G / DL =27.026+340/6.24 ×7.977=34 t/ m2P1= Pe × =27.026×0.47=12.72 P2=( Pe+D)×=(27.026+1.94×6.24)×0.47=18.4 t/m 盾構(gòu)機(jī)推力計(jì)算盾構(gòu)的推力主要由以下五部分組成：F F1 F2 F3 F4 F5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

20、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(tái)車的阻力F1 =1/4 ( Pe+ P01+ P1 + P2 ) DL 式中：土與鋼之間的摩擦系數(shù)，計(jì)算時(shí)取 =0.3F1 =1/4 ( 27.026+34+12.7+18.4 )× 6.24×7.977×0.3×3.14=1079.93t 2F2=/4( D2 Pd )式中： Pd 為水平土壓力，Pd =( h+D/2 )2 Pd =0.47×1.94(12.9+6.24/2 )=14.60t/ m22F2 =3.14/4 ×( 6.242 ×14.60)=446.

21、26t2F3 = /4( D C)式中： C為土的粘結(jié)力， C=4.5 t/ m22F3 =3.14/4×( 6.242 ×4.5)=137.55tF4 Wcc式中： Wc 為兩環(huán)管片的重量（計(jì)算時(shí)假定有兩環(huán)管片的重量作用在盾尾內(nèi)，當(dāng)管片容重為32.5 t/ m3 ）管片寬度按 1.2m記時(shí)，每環(huán)管片的重量為：3D0 2 d 22.5 t/ m × 1.2m× ( ) - ( ) 22式中：D0 為管片外徑； D0 =6.0md為管片內(nèi)徑； d=5.4m既為：3 6.0m 2 5.4m 22.5 t/ m3 × 1.2m× ()2-

22、() 2 =16.11tc 取0.3，則 F4=16.11×2× 0.3=9.67tF5=Gh*sin+ g *Gh *cos式中：Gh 為盾尾臺(tái)車的重量 Gh 160t；為坡度， tan =0.025g 為滾動(dòng)摩阻， g =0.05F5 160t× 0.025+0.05 × 160×1=12.00t綜上；盾構(gòu)總推力為 1685.41t 盾構(gòu)的扭矩計(jì)算：盾構(gòu)配備的扭矩主要由以下九部分組成。在進(jìn)行刀盤扭矩計(jì)算時(shí)M M1 M 2 M 3 M 4 M 5 M6 M 7 M 8 M 式中： M1 為刀具的切削扭矩M 2 為刀盤自重產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力矩M3 為

23、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(kāi)口槽的剪切力矩M 9 為刀盤土腔室內(nèi)的攪動(dòng)力矩a刀具的切削扭矩 M 1R0M1Chrdr0M1 2 (Cr hmaxR02)式中： Cr ：土的抗剪應(yīng)力；2Cr C Pd tan =4.5+14.6 ×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 =3.14m1 2 2M1 (9.8 8 10 2 3.142) 3.86t* m12b. 刀盤自重產(chǎn)

24、生的旋轉(zhuǎn)力矩 M 2 GR g式中： G：刀盤自重，計(jì)算時(shí)取刀盤的自重為 G=55tR ：軸承的接觸半徑，計(jì)算時(shí)取為 R=2.6mg : 滾動(dòng)摩擦系數(shù)，計(jì)算時(shí)取為g =0.004M 2 55 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 3WpRg z式中：Wp ：推力荷載：刀盤封閉系數(shù)， =0.70Rg :軸承推力滾子接觸半徑， Rg =1.25mWp = Rc2PdRc :刀盤半徑， Rc =3.142Pd ：水平土壓力， Pd =14.6t/ m22Wp 0.70 3.142 14.6 316.4tM3 =316.4×1.25×0.00

25、4=1.58t*md密封裝置產(chǎn)生的摩擦力矩M 4M4mF( n1Rm1n2Rm2)式中： m ：密封與鋼之間的摩擦系數(shù)， m =0.2F：密封的推力， n1=3 n2 =3Rm1、 Rm2 ：密封的安裝半徑， Rm1 =1.84m Rm2 =2.26m22M 4=2 ×0.2×0.15×(3×1.84 +3× 2.26 ) =4.80t*m e刀盤前表面上的摩擦力矩 M 5M5 23(pR3Pd )3式中： ：刀盤開(kāi)口率， =0.30p ：土層與刀盤之間的摩擦系數(shù)，p =0.15R：刀盤半徑， R=3.195mM5 2 (0.30 0.15 3

26、.143 14.52) 41.96t *m f刀盤周圍圓面上的摩擦力矩 M 62M 6 2 R2BPz p式中： R ：刀盤半徑， R=3.145mB ：刀盤寬度， B=0.775mPz ：刀盤周圍土壓力2Pz (Pe P01 P1 P2 ) / 4 =23.03t/ mM6 2 3.14 3.145 2 0.775 23.03 0.15 166.30t * m g刀盤背面的摩擦力矩 M 7M7 2/3(1 ) R3 p 0.8Pd M 7 2 / 3( 0.70 3.14 3.1453 0.15 0.8 14.6) 79.86 h刀盤開(kāi)口槽的剪切力矩 M 8M 8 2 C R383式中： C

27、 ：土的抗剪應(yīng)力，因碴土飽和含水，故抗剪強(qiáng)度降低，可近似地取 2C=0.01Mpa=1t/ m2 ，=5°2C C Pd tan =1+14.6× tan5°=2.28t/ m23M8=2/3×3.14×2.28× 3.145 ×0.30=44.54t*mi刀盤土腔室內(nèi)的攪動(dòng)力矩 M 9M 9 2 ( R12 R22) L C式中： d1:刀盤支撐梁外徑， d1=4.8md 2 ：刀盤支撐梁內(nèi)徑， d2 =3.84mL ：支撐梁長(zhǎng)度， L=0.8m22M9=2×3.14×( 2.42 1.922 )

28、15; 0.8×2.27=23.65刀盤扭矩為 M1 M 9之和M=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(jìn)時(shí)的推力與扭矩的計(jì)算地層參數(shù)按照 <9>層選取， <9> 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d=43.2cm(17英寸 )， R=21.6cm=60°h=1cmD=6.24m盤形滾刀刀間距Bm =2htan /2式中：為巖石的自然破碎角，查表選取 =155Bm =2×1× tan155°

29、/2=9.5cm10cm1 盾構(gòu)推力計(jì)算 硬巖具有完全自穩(wěn)能力。在硬巖中掘進(jìn)時(shí)，盾構(gòu)機(jī)的拱頂、兩側(cè)、底部所受的 壓力均很小，對(duì)盾構(gòu)機(jī)的推進(jìn)影響不大，盾構(gòu)機(jī)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(jī)的推力，其在選取盾 構(gòu)機(jī)推力的富余量時(shí)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮。根據(jù)力平衡原理和能量守恒原理計(jì)算盤形滾刀的滾壓推力， 每個(gè)盤形滾刀的推 力F總 mF力式中： F力 為單個(gè)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 4 KdR壓（ ri ）0.5（ i ）1.4h 2Rh h2tg力 3 d 壓 1.5 35 2式中： Kd 為巖石的滾壓系數(shù)，查表取

30、K d =0.55R壓 為巖石的抗壓強(qiáng)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；=155°4 0.55 623 （ 8 ）0.5（30）1.4 1 2 21.6 1 12tg 155 =24.64tm=D/(2 × Bm)式中： D 為刀盤的外徑， D=6.24mBm 為滾刀的刀間距， Bm =10cm2m=6.24/(2× 10×10 )=31.2本盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)雙刃滾刀 19把，合計(jì)單刃滾刀 38把，滿足需要。 盾構(gòu)機(jī)總推力： F總 mF力 31.

31、2 24.64 768.768t 2.盾構(gòu)扭矩的計(jì)算硬巖掘進(jìn)的扭矩主要由以下三個(gè)部分組成：T T1 T2 T3式中：T1為刀盤滾動(dòng)阻力矩計(jì)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(dòng)阻力矩計(jì)算 T1mT1 FBmi 1mi式中： F為盤形滾刀的滾動(dòng)力F 3 h P力4 2R h 力=0.8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)，P力 =F力 =24.64h為每轉(zhuǎn)切深， h=1cmR 為盤形滾刀的半徑， R=21.6mm31F 0.824.64 =2.274 2 21.6 1B m為盤形滾刀刀間距， Bm =10cm=0.1m42T1 2.27 0.1mi204.99t * mi1b石碴提升所需要的扭矩 T22T2=q R2h 1R式中：q為石碴容重， q=2.59 t /m3R=3.14mH=1mm/n1為刀盤系數(shù)， 1 =0.702T2 =2.59 ×× 3.14 1 0.7 3.14 176.24 t * m c克服刀盤自重所需要的扭矩 T3T3 W1 1R1式中： W1 為刀盤自重， W1 =55t1 =0.70R=3.14mT3 =55×0.70×3