【精品】盾构掘进主要参数计算方式9

【精品】盾构掘进主要参数计算方式9 海量资料 超值下载 盾构掘进参数的意义与相互关系......................................................................................? 盾构掘进主要参数计算方式.............................................................................................? 盾构施工关键参数的计算 ................................................................................................14 盾构掘进参数的意义与相互关系 工作概述 (一)工程现阶段进展 香港路土体加固，赵家条站盾构始发工作，惠济路与赵家条段收尾段推进与接受准备工作。 (二)主要工作内容 了解盾构推进各参数之间的关系，探讨工程实际中出现的问题与盾构参数的选定之间的因果关系。分析统计数据并与相关论文做对比，观察盾构出洞过程。 下文将所见所得分类逐一叙述。 盾构掘进参数的意义与相互关系 盾构掘进各参数的概念 掘进参数的选择依据 地质情况判断，盾构机当前状态，地面监测结果反馈，盾构机姿态。 掘进 (1)推进油缸的压力:控制盾构机前进和转向。 (2)推进油缸的行程:指油缸伸出的伸长量。 (3)速度:即掘进速度，以总推力和刀盘扭矩为参考量。 (4)总推力:推进油缸的总推力。 (5)出土量:43方，可由盾构机开挖直径得出。 刀盘 转速与扭矩:正常情况转速参考扭矩。 环流(略) 4.土舱压力 其设定应由工程师决定，有以下两个原则:密封土舱内的土压力应可以维持刀盘前方开挖面的稳定，不致于因土压偏低造成土体塌陷、地下水流失;也不致于因土压偏高造成土体 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面隆起、地表建筑设施破坏等。密封土舱内的土压力应尽可能低，以降低掘进扭矩和推力，提高掘进速度，降低土体对刀具的磨损，最大限度地降低掘进成本。 (2)调整:若压力大时可以采取以下几个措施来降低压力:加快螺旋输送机的转速，增加出渣速度，降低渣仓内渣土的高度;适当降低推进油缸的推力; 降低泡沫和空气的注入量，适当的排出一定量的空气或水。若压力小时可以采取相反措施。 统计分析 扭矩与总推力的统计关系表 ? 海量资料 超值下载 图1 图2 分析: 图1两者基本吻合线性关系。可见是符合直接经验的。 图2中刀盘转速的波动变化程度最小，与施工过程中的人为控制情况相吻合;掘进速度、贯入度的波动程度最大，应是由于地质情况的差距而对掘进产生了重要影响。同时，除了出洞阶段，两者的波动基本同步，而出洞阶段的不同是由于自身的特殊性。 由各项参数频数分布直方图得均近似服从正态分布 刀盘转速与掘进速度的关系 之前图表指出推进速度随着刀盘转速的增大而增大，且大部分转速趋于恒定，而其推进速度也稳定在某个值附近。再做其两者散点图: ? 海量资料 超值下载 图3 可得两参数间匹配特性很弱，因此在实际工程中，其设定主要由各个因素考量的施工经验得 出，人为控制因素比较大。 刀盘扭矩与刀盘转速的关系 图4 成正比关系。但是在散点图上呈现微弱的方向关系。分析原因是操作人员在大扭矩开挖地层 中降低刀盘转速，由此出现两者反向增长的现象。 扭矩与掘进速度的关系 图5 ? 海量资料 超值下载 刀盘扭矩与推进速度之间近似呈指数形式增加。而推进速度与总推力近似呈线性关系，意味 着此时总推力也是增大的。当千斤顶的推进速度增加，千斤顶的推力和扭矩也同时增加，这 是一个动态的问题。 附表:掘进中参数的参考范围 参数名称 一般正常范围 参数名称 一般正常范围 参数名称 一般正常范围 刀盘转速 1.7,2.0rpm 1号土仓压力 0,1.8bar 2号铰接位移 10,140mm 刀盘扭矩 220bar以下 2号土仓压力 0.8,2.5bar 5号铰接位移 10,140mm 螺旋机转速 4.0,10rpm 3号土仓压力 0.8,2.5bar 10号铰接位移 10,140mm 螺旋机扭矩 120bar以下 4号土仓压力 1,3bar 13号铰接位移 10,140mm 螺旋机舱门位移 200,800mm 5号土仓压力 1,3bar 1号泡沫液体流量 A组油缸推力 60,140bar 螺旋机前舱门土压 1,3bar 2号泡沫液体流量 B组油缸推力 80,160bar 螺旋机后舱门土压 3号泡沫液体流量 0bar C组油缸推力 100,180bar 4号泡沫液体流量 D组油缸推力 80,160bar 1号泡沫气体流量 推进速度 0,80mm/min 2号泡沫气体流量 铰接力 0,100bar 3号泡沫气体流量 4号泡沫气体流量 各参数与控制工程质量的关系 与沉降控制方面的关系 首先，导致沉降的客观原因有仓压不足导致开挖面土体松弛坍塌，输送机转速太快，盾体本 身变形，盾构机自身振动，导致土体压密没有注浆注浆不充分或浆量不够，地面超载引起土 体压缩隧道衬砌变形等。而主要控制因素有土仓压力、每环出土量、每环注浆量掘进时土仓 的压力的控制如前所述根据盾构机的掘进速度 、螺旋输送机的控制来调节; 而与盾构掘进参数的关系中，出土量、注浆情况对沉降的发展影响最大。而出土量、注浆情 况都与掘进速度有密切关系。掘进速度太小，由于盾构机的扰动会导致出土量偏大，出土量 太大就回降低土体的承载力，加大沉降。而推进速度过大，会导致注浆无法跟上，浆体无法 初凝，没有足够的强度也会导致沉降。故掘进速度需要保持在一个经验区间内。 2.管片质量也与掘进参数有着联系，但是较细微，待深入了解，略。 ? 海量资料 超值下载 3.掘进参数出现异常的情况及原因 (1)推力大，扭矩小，推进速度小 可能的原因:铰接油缸压力过大(暂不了解)，必要时释放;土仓压力过高;刀具严重磨损。 刀盘扭矩大，推进速度小 可能的原因及处理:可能有泥饼产生，应立即停止掘进并加泡沫、水搅拌。 (3)土仓压力上升快 可能的原因及处理:开挖面坍塌，应适当加快掘进速度并增加土仓压力防止恶化。 盾构出洞 盾尾支撑布设 在最后一环负环和井壁结构之间加设了钢后靠。 负环拼装 盾构后座选用7环负环管片拼装而成，考虑到电瓶车长度及吊运土箱、管片的需要，其中设开口环5环、闭口环2环。 洞门凿除 洞口混凝土凿除，首先凿除内侧 砼保护层露出内排钢筋并割除内 排钢筋，然后凿除内、外排钢筋 间的混凝土，之后按专项施工方 案在端头加固范围内随机钻10个 垂直孔，取出土芯，观察土芯强 度、均匀性以及水的含量。根据 检查孔的出水量、强度及均匀性 判别。特别注意水平孔出水量， 如果出水量超过限值，就须重新 进行加固。最后凿出外排钢筋割除外排钢筋。清理混凝土碎块。洞门凿除要连续施工，尽量 缩短作业时间，以减少正面土体的流失量。整个作业过程中，由专职安全员进行全过程监督， 杜绝安全事故隐患，确保人生安全，同时安排专人对洞口上的密封装置做跟踪检查，起到保 护作用。 盾构上靠 加固区推进 加密测点并加强监测频率;严格控制土压力;严格控制出土量;推进速度偏慢，盾构出洞时推进速度宜控制在5mm/min以内，确保盾构顶进压力以及刀盘扭距不至于太大，且影响盾构机性能。 非加固区推进 严格控制土压力;严格控制出土量;适当提高推进速度。 注意事项 1.负环管片脱出盾尾后，周围无约束，在推力作用下易发生变形，为此需采取必要的加固措施。 2.千斤顶总推力控制在适当的范围内(不超过钢后靠的设计荷载)。 3.盾构机进入洞门圈时，需密切注意洞圈止水装置 ? 海量资料 超值下载 是否完好，必要时需对其采取补加固措施，确保密封效果。 4.拼装负环管片时，要保证管片和盾构机下部的合理间隙。 5.确保盾尾油脂的压入量和均匀性，保证盾尾密封效果。 6.初始注浆时，注浆压力的设定要综合考虑地面沉降要求和洞门密封装置的承压能力。 7.除了洞口特殊环外，其他负环管片可不贴止水密封条。 本周 工作总结 关于社区教育工作总结关于年中工作总结关于校园安全工作总结关于校园安全工作总结关于意识形态工作总结 完整地了解盾构工作的整个流程，初步系统的形成了直观概念。下一步则需要继续深入。 大体了解了盾构各参数的意义与控制工程质量的关系，然而由于盾构机的可操作性很强，掘 进参数的选择并不能一概而定，每一种不同的地形就是完全不一样的操作方法，需根据不同 的实际情况选择相应的掘进参数。 某些文献专业性强，涉及理论部分比较晦涩，理解存在困难，需要循序渐进。还有各学科存 在交叉问题，综合应用能力的提升需要得到充分重视。 天气高温、长期在隧道等情况产生疲劳心理，则需自我调整，不矢初衷。 参考文献 1.盾构法施工掘进参数优化分析研究 2.复杂地层土压平衡盾构推力和刀盘扭矩计算研究 3.盾构参数与掘进的关系 4.土压平衡盾构在粘土、砂土地层中的掘进控制 5.土压平衡盾构机关键参数与力学 6.土压平衡式盾构机土舱压力控制技术研究 7.盾构始发施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 盾构掘进主要参数计算方式 目 录 1、纵坡 ? 2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 ? 2.1深埋隧道土压计算 ? 2.2浅埋隧道的土压计算 ? 2.2.1主动土压力与被动土压力 ? 2.2.2主动土压力与被动土压力计算: ? 2.3地下水压力计算 ? 2.4案例题 ? 2.4.1施工实例1 ? 2.4.2施工实例2 11 3、盾构推力计算 12 4、盾构的扭矩计算 13 ? 海量资料 超值下载 1、纵坡 隧道纵坡:隧道底板两点间数值距离除以水平距离 如图所示:隧道纵坡=(200-100)/500=2‰ 注:规范要求长达隧道最小纵坡>=0.3%,最大纵坡=<3.0% 2、土压平衡盾构施工土压力的设置方法 根据上述对地层土压力、水压力的计算原理分析，笔者 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 出在土压平衡盾构的施工过程中，土仓内的土压力设置方法为: a、根据隧道所处的位置以及隧道的埋深情况，对隧道进行分类，判断出隧道是属于深埋隧道还是浅埋隧道(一般来说埋深在2倍洞径以下时，算作是浅埋段，2倍以上算深埋); b、根据判断的隧道类型初步计算出地层的竖向压力; c、根据隧道所处的地层以及隧道周边地地表环境状况的复杂程度，计算水平侧向力; d、根据隧道所处的地层以及施工状态，确定地层水压力; e、根据不同的施工环境、施工条件及施工经验，考虑0.010,0.020Mpa的压力值作为调整值来修正施工土压力; f、根据确定的水平侧向力、地层的水压力以及施工土压力调整值得出初步的盾构施工土仓压力设定值为: σ初步设定=σ水平侧向力，σ水压力，σ调整 ? 海量资料 超值下载 式中， σ初步设定, 初步确定的盾构土仓土压力; σ水平侧向力,水平侧向力; σ水压力 ,地层水压力; σ调整 ,, 修正施工土压力。 g、根据经验值和半经验公式进一步对初步设定的土压进行验证比较，无误时应用施工之中; 、根据地表的沉降监测结果，对施工土压力进行及时调整，得出比较合理的施工土压力值。 h 2.1深埋隧道土压计算 深埋隧道σ水平侧向力= q×0.41×1.79Sω q—水平侧向力系数见表1 表1 水平侧压力系数表 围岩分类 ?,? ? ? ? ? 水平侧压力系数1/6,1/3 1/3,1/2 1/2,1 0 1/6 q ω—宽度影响系数，且ω=1+i(B-5)，i—以B=5m为基准，当B<5m时，取i=0.2，当B>5m，取i=0.1; S—围岩级别，如?级围岩，则S=3 2.2浅埋隧道的土压计算 2.2.1主动土压力与被动土压力 原地面线沉降后地面线盾构隧道施工过程中，刀盘扰动改变了原状天然 土体的静止弹性平衡状态，从而使刀盘附近的土 滑动面体产生主动土压力或被动土压力。 盾构推进时，如果土仓内土压力设置偏低，工作滑动面滑动方向面前方的土体向盾构刀盘方向产生微小的移动 或滑动，土体出现向下滑动趋势，为了抵抗土体 的向下滑动趋势，土体的抗剪力逐渐增大。当土 体的侧向应力减小到一定程度，土体的抗剪强度图1 主动极限平衡状态下的土体位移充分发挥时，土体的侧向土压力减小到最小值，趋势 土体处于极限平衡状态，即主动极限平衡状态，与此相应的土压力称为主动土压力Ea，如图1所示。 盾构推进时，如果土仓内土压力设置偏高，刀盘对土体的侧向应力逐渐增大，刀盘前部的土体出现向上滑动趋势，为了抵抗土体的向上滑动趋势，土体的抗剪力逐渐增大，土体处于另一极限平衡状态，即被动极限平衡状态，与此相应的土压力称为被动土压力Ep，如图2所示。 原地面线受施工影响后地面线2.2.2主动土压力与被动土压力计算: 根据盾构的特点及盾构施工原理，结合我国铁路隧 道设计、施工的具体经验，采用朗金理论计算主动滑动面土压力与被动土压力。 滑动方向滑动面盾构推力偏小时，土体处于向下滑动的极限平衡状 态。此时，土体内的竖直应力σz相当于大主应力Epσ1，水平应力σa相当于小主应力σ3。水平应力 σa为维持刀盘前方的土体不向下滑移所需的最小 图2 被动极限平衡状态下的土体位移土压力，即土体的主动土压力: 趋势 σa =σz tan2(45?-υ/2)-2ctan(45?-υ/2) ? 海量资料 超值下载 式中， σz,深度z处的地层自重应力; c,土的粘着力; z,地层深度; υ,地层内部摩擦角。 盾构的推力偏大时，土体处于向上滑动的极限平衡状态。此时，刀盘前方的土压力σp相当于大主应力σ1，而竖向应力σz相当于小主应力σa: σp=σ1 =σz tan2(45o+υ/2)+2ctan(45o+υ/2) 式中， σz,深度z处的地层自重应力; c,土的粘着力; z,地层深度; υ,地层内部摩擦角。 2.3地下水压力计算 地下水位高于隧道顶部时，由于地层孔隙、裂隙的存在，形成侧向地下水压。地下水压力的大小与水力梯度、地层渗透系数、管片背后的砂浆凝结时间、渗透系数及渗透时间有关。由于地下水流经土体时受到土体的阻力产生水头损失，因此作用在刀盘上的水压力一般小于该地层处的理论水头压力。 掘进过程中，随着刀盘的不断向前推进，土仓内的压力处于原始土压力值附近，考虑水在土中流动时的阻力，掘进时地层中的水压力可以根据地层的渗透系数酌情考虑。 盾构因故停机时，由于地层中压力水头差的存在，地下水必然会不断向土仓内流动，直至将地层中压力水头差消除为止。此时土仓的水压力为: σw刀盘前=q ×γh 式中， q,根据土层渗透系数确定的经验数值，砂土q=0.5,1.0，粘性土q=0.1,0.5，风化岩层q=0,0.5; γ,水的容重; h,地下水位距刀盘顶部的高度。 施工中，如果管片顶部的注浆不太密实，地下水可能会沿隧道衬砌外部的空隙形成过水通道。当盾构长时间停机时，必将形成一定的压力水头。此时的地下水压: σw盾尾后=q砂浆 ×γhW 式中， q砂浆,根据砂浆的渗透系数和注浆的饱满程度确定的经验数值，一般取q,0.5,1.0; γ,水的容重; hW,补强注浆处与刀盘顶部的高差。 计算水压力时，盾尾后部的水压力与刀盘前方的水压力按取大值考虑。(根据笔者的经验，在掘进过程中，一般按刀盘前方的地层水压力进行计算，在盾构停机过程中，按盾尾后部的水压力进行计算。) 2.4案例题 2.4.1施工实例1 1工程概况 广州地铁二号线越,三区间隧道盾构工程位于广州市越秀区和白云区，全长3926.034m，区间隧道开挖直径6300mm，采用装配式钢筋砼管片衬砌，衬砌环外径6000mm，内径5400mm，管片宽度1500mm，管片厚度300mm;管片与地层间的空隙采用同步注浆(水泥砂浆)回 ? 海量资料 超值下载 填。隧道上覆土厚度最大约28m，最小约9m。区间隧道穿越地层大部分是中风化岩〈8〉、强风化岩〈7〉和微风化岩〈9〉，其次为全风化岩〈6〉和残积土层〈5-2〉，各种地层参数见表2。地层地下水主要为第四系空隙水与基岩裂隙水，地下水位为地表以下1,2m。 表2 主要地层物理力学参数表 无侧 土的 基床静止 地基承岩土 天然 压缩粘聚内摩限抗2盾构泊松反力 侧压力载力 岩名称 密度 模量 力 擦角 压 穿越土 比 系数 系数 标准值 强度 建筑分符号 ρ υ μ Es1-2 c qu Km K0 fk 物密层 g/cm集群单位 MPa KPa ? KPa MPa/m KPa 3 地段 杂填土 1(82 1 30 自 淤泥质2-1 2.22 0.42 10 0.72 60 土 冲、洪积3-2 1.95 0.25 20 0.33 100 砂层 残积土 (可塑、5-1 1.93 3.15 20.7 11.0 59.7 0.30 55 0.43 220 稍密) 残积土 (硬塑、5-2 1.99 4.23 40.0 17.3 121 0.28 70 0.39 300 中密) 岩石全6 1.95 3.93 37.0 16.7 125 0.25 100 0.33 350 风化带 粉土(强7 1.92 3.16 70.5 30.4 220 风化) YDK17，200至YDK17，050，盾构进入建筑物密集群下施工。在此区段隧道穿过的地层主要为全风化(6)和残积土层(5-2)地层，隧道埋深20,22m。 盾构在此段地层施工时，为确保地表建筑物安全，根据地层状况，确定根据占隧道施工影响范围数量较多的不利地层考虑土压力。隧道埋深以20m考虑，围岩以残积土层(5-2)地层 ? 海量资料 超值下载 考虑，水平侧向力系数q取1/3,1/2，初步确定采用深埋隧道土压力计算土压。 地层的水平侧向力为: σ水平侧向力= q×0.41×1.79Sω =(1/3,1/2)×0.41×1.792(1+0.1(6.3-5))kg/cm2 =0.049,0.074Mpa 由于全风化泥质粉砂岩以及残积土层的透水性差，在考虑地层水压力时q 取0.1， σw刀盘前=q ×γh=0.1×1×20=0.2 kg/cm2=0.02 Mpa 考虑0.010,0.020Mpa的压力值作为调整值来修正施工土压力，即σ调整=0.010,0.020Mpa。 σ初步设定=σ水平侧向力，σ水压力，σ调整 2.0=0.079,0.10 Mpa。 1.0时间(D)163-3采用此土压力值，盾构穿越该区段的地表沉降监测结0.0-1.07-1果如图3所示: 167-3-2.0166-47-5从监测结果可以看出，地表最大沉降-7.6mm，远远小-3.0下沉值(mm)-4.0于合同规定的-30mm，同时少数点位在掘进过程有隆起7-9163-7-5.0现象，个别点隆起1.3mm。这说明在地质条件相对较7-13-6.0 -7.0好的地层之中，采用深埋隧道土压力计算土压土压力7-17-8.0选择偏大，趋于保守。 7-21图3 盾构穿越建筑物密集群地段沉降监测结果 3盾构穿越地下人行通道 7-25根据现场施工调查，盾构在YDK16，230位置穿越一座地下人行通道，此人行通道为广州7-29火车站、广州汽车总站和广州市流花汽车站之间的连接通道。此位置的地层主要为强风化(7) -2)、(5-1)地层，隧道埋深8m，人行通道距隧道3.5m。 和残积土层(5 为保证盾构通过此段地层时的施工安全，计算施工土压力时，确定隧道埋深以8m考虑，围岩以残积土层(5-2)考虑，采用浅埋隧道的土压力计算方法计算土压。 地层的水平侧向力为: σ水平侧向力=σz tan2(45?-υ/2)-2ctan(45?-υ/2) =1.99×8×tan2(45?-17.3?/2)-2×0.40tan(45?-17.3?/2) =0.803 kg/cm2=0.0803 Mpa 在残积土层中考虑地层水压力时q 取0.1， σw刀盘前=q ×γh=0.1×1×8=0.08 kg/cm2=0.008 Mpa 考虑0.010,0.020Mpa的压力值作为调整值来修正施工土压力，即σ调整=0.010,0.020Mpa。 σ初步设定=σ水平侧向力，σ水压力，σ调整 =0.101,0.111 Mpa。 采用此土压力值，盾构在该段地层施工时的地表沉降监测结果如图4所示: 施工完成后最终实测地表说明，施工过程采用浅埋隧道的土压力计算方法进行土压计算是合理的。 2.4.2施工实例2 1 盾构机穿越广州火车站站场 0.5环数越,三区间右线隧道YCK16+745.5,YCK16+910.5长0165m区段穿越广州火车站站场的十四股轨道;左线15235661677380879196105111120126-0.5ZCK16+768,ZCK16+925.5长157.5m区段穿越广州火 -1车站站场的十四股轨道。隧道在此位置穿越的主要地沉降值(mm) 层为中风化(8)地层和强风化(7)地层，隧道埋深-1.5 15,20m。 -2 在施工过程中，为了达到施工招标文件“盾构掘进通图4 通过地下人行通道时地表沉降观测图 11 海量资料 超值下载 过火车站时，轨面沉降值不得超过10mm，两股钢轨水平高差不得超过4mm”及 “在任何情况下，最大隆起量不得超过+10mm”的地表沉降规定，确定根据地层状况和隧道周边施工环境，隧道埋深以20m考虑，围岩以强风化(7)地层考虑，采用深埋隧道的土压力计算土压。 地层的水平侧向力为: σ水平侧向力=q×0.41×1.79Sω ,1/3)×0.41×1.792(1+0.1(6.3-5))kg/cm2 =(1/6 =0.025,0.049 Mpa 考虑到地表环境复杂，在计算土压力时σ水平侧向力=0.049 Mpa。 在强风化泥质粉砂岩中，计算地层水压力时q 取0.05， σw刀盘前=q ×γh=0.05×1×20=0.1 kg/cm2=0.01 Mpa 考虑0.010,0.020Mpa的压力值作为调整值来修正施工土压力，即σ调整=0.010,0.020Mpa。 σ初步设定=σ水平侧向力，σ水压力，σ调整=0.069,0.079Mpa 考虑左右线施工的相互影响，左线土压比右线高0.01,0.02Mpa。盾构在穿越火车站站场时， 里程(m)2.003.00 2.001.00LZT2-41.00时间(D)0.000.008688568418188057867737707687657639月7日9月10日9月13日9月16日9月19日9月22日9月30日-1.00-1.00 -2.00沉降值(mm)下沉值(mm)-2.00盾构机LZT3-4-3.00YDK16+769.05-3.00-4.00LZT4-4 -5.00-4.00 图6 盾构穿越火车站站场地段纵向沉降监测结果 图5 盾构穿越火车站站场地段沉降监测结果 沉降监测结果如图5、图6所示: 盾构在施工完该段区间隧道后，最终实测地面最大沉降5.4mm，小于10mm的控制标准，与理论计算的地表最大沉降值6.9mm基本接近;两条钢轨面高差为1?，小于4mm的施工要求，则说明在掘进过程中土压力的选择是科学合理的。 3、盾构推力计算 盾构的推力主要由以下五部分组成: F,F，F，F，F，F12345 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 1F,(P，P，P，P)DL,.,1e01124 式中:,:土与钢之间的摩擦系数，计算时取,,0.3 DP,,,(h，)d式中:P为水平土压力d2， 式中:C为土的粘结力，C=4.5t/m2 式中:WC 、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 12 海量资料 超值下载 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 4、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，M，M，M，M，M，M，M，M123456789 式中:M1为刀具的切削扭矩; M2为刀盘自重产生的旋转力矩 M3为刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩; M4为密封装置产生的摩擦力矩 M5为刀盘前表面上的摩擦力矩 ; M6为刀盘圆周面上的摩擦力矩 M7为刀盘背面的摩擦力矩 ; M8为刀盘开口槽的剪切力矩 M9为刀盘土腔室内的搅动力矩 a(刀具的切削扭矩M1 1R02M,(ChR),1max0M,Chrdr1,20 式中:Cг:土的抗剪应力， Cг=C+Pd×tgυ=4.5+14.52×tg20?=9.78t/m2 hmax:刀盘每转的最大切削深度，hmax=8cm/转 R0:最外圈刀具的半径，R0=3.14m b(刀盘自重产生的旋转力矩M2 M2=GRμg 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 μg:滚动摩擦系数，计算时取为μg=0.004 c(刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩M3 M3=WpRgμz Wp=απRc2Pd 式中:Wp:推力荷载 ;α:刀盘封闭系数，α=0.70 Rg:轴承推力滚子接触半径，Rg=1.25m ;Rc:刀盘半径，Rc=3.14 μz:滚动摩擦系数，μz=0.004 ;Pd:水平土压力，Pd=14.52t/m2 d(密封装置产生的摩擦力矩M4 M4=2πμmF(n1Rm12+n2Rm22) 式中:μm:密封与钢之间的摩擦系数，μm=0.2;F:密封的推力，F=0.15t/m n1 、n2 :密封数，n1=3 n2=3;Rm1、Rm2:密封的安装半径，Rm1=1.84m Rm2=2.26m; e(刀盘前表面上的摩擦力矩M5 23M,(,,,RP)5Pd3 式中:α:刀盘开口率，α=0.30;μP:土层与刀盘之间的摩擦系数，μP=0.15 R:刀盘半径，R=3.14m f(刀盘圆周面上的摩擦力矩M6 M6=2πR2BPZμP 式中:R:刀盘半径，R=3.14m ;B:刀盘宽度，B=0.775m 13 海量资料 超值下载 PZ:刀盘圆周土压力 PZ=(Pe+P01+P1+P2)/4=(26.83+33.37+14.89+18.3)/4=23.35t/m2 g(刀盘背面的摩擦力矩M7 M7=2/3[(1-α)πR3μP×0.8Pd] M7=2/3(0.70×π×3.143×0.15×0.8×14.52)=78.33t?m h(刀盘开口槽的剪切力矩M8 23M,,CR,,,83 式中:Cτ:土的抗剪应力，因碴土饱和含水，故抗剪强度降低，可近似地 取C=0.01Mpa=1 t/m2，υ=5?;Cτ=C+Pd×tgυ=1+14.52×tg5=2.27 t/m2 i(刀盘土腔室内的搅动力矩M9 M9=2π(R12,R22)LCτ 式中:d1 :刀盘支撑梁外径; d2 :刀盘支撑梁内径 L:支撑梁长度 刀盘扭矩M为M1~M9之和 盾构施工关键参数的计算 1)计算依据 盾构掘进机选型主要性能参数的计算，根据工程和水文地质情况、盾构机厂商提供的结构和性能参数，参考有关资料进行。 2)计算内容 盾构机的主要参数计算主要为土压平衡工况下盾构机推力和扭矩的计算。 ?在软土中推进时，盾构机所需推力的计算 地质参数选取: 岩土容重 γ=2.0t/m3 岩土内摩擦角 υ=27? 土的粘聚力 C=30Kpa=3.0t/m2 覆盖层厚度 最大:Hmax=20.3m;最小Hmin=10.0m 地面上置荷载 Po=2t/m2 水平侧压力系数 λ=0.62 盾构掘进机外径 D=6.39m 盾构掘进机总长 L=7.755m 盾构掘进机总重 W=300t 管片每环的重量 Wg=19.29t 水平垂直土压之比 Ko=1 由于隧道沿线的埋深差别不大，最大处为20.3m，最小为10.0m，因此，计算最大埋深处的松动土压和两倍盾构掘进机直径的全土柱高产生的土压，并取其中的较大值作为作用于盾构掘进机上的土压计算: 松动高度计算: C 14 HBH-K1?у0φ-K0φ0BeB+??1-eуφ R3.195=1B27?5.71+45?+45?2φ?2 22 海量资料 超值下载 式中: 3.0. .5.71 (1- ) 20.320.325.71×2.0?× -1×tg27-1×tg27?× ( ) )(5.715.71+ e×1-e h = =7.08m松动土压PS )(02.001×tg27? PS=γh0 =2×7.08=14.16t/m2 两倍盾构掘进机直径的全土柱土压: Pq=γh0 式中:h0=2D=2×6.39=12.78m Pq=γh0 =2×12.78=25.56t/m2 由于Pq ,PS 所以，取Pq计算。 Po= Pq+2=25.56+2=27.56 t/m2 Po1= Po+W/(D?L)=27.56+300/(6.39×7.755)=33.61t/m2 侧压力计算: P1 =Po1λ=33.61×0.62=20.84 t/m2 P2 = (Po+γD)λ =(27.56+2.0×6.39)×0.62=25.01 t/m2 盾构掘进机的推力由盾构掘进机的外壳与土体之间的摩擦阻力F1、刀盘承受的主动水平压 力引起的推力F2、土的粘接力引起的刀盘推力F3以及盾尾与管片之间的摩擦阻力F4几部 分组成。 盾构掘进机外壳与土体之间的摩擦阻力F1: F1=1/4×(Po+ Po1 + P1 + P2)?πDLu 式中:u—土与钢之间的摩擦系数，u=0.3 L—盾构掘进机长度，L=7.755m F1=1/4×(27.56+33.61+20.84+25.01)×π×6.39×7.755×0.3=1249.6t 刀盘水平压力引起的推力F2: F2=π/4×(D2?Pd) 式中:Pd—水平主动土压力 Pd=γH0tg2(450-υ/2) H0=h0+R=12.78+3.195=15.975m Pd =2.0×15.975×tg2(450-270/2)=11.998 t/m2 F2=π/4×(6.392×11.998)=384.8 t 土的粘接力引起的刀盘推力F3 F3=π/4×(D2?C)=π/4×(6.392×3.0)=96.16t 盾尾与管片之间的摩擦阻力F4 15 海量资料 超值下载 F4=Wcμc 式中:Wc—作用于盾尾和管片的重量(假定作用于盾尾的重量为两环管片的重量，Wc=19.29 ×2=38.58t) μc—管片与盾尾之间的摩擦系数，μc=0.3 F4=38.58×0.3=11.57t 盾构所掘进机需要的总推力F: F= F1+ F2+ F3+ F4=1249.6+384.8+96.16+11.57=1742.13t 在曲线段推进，盾构掘进机的推力为正常推进时的120%，因此，盾构掘进机实际应备的推 力为: F推=1.2F=1.2×1742.13t=2090.6t 取F推为2091t，盾构机提供的动力为F推=2950t 所以，盾构机所配备的推力能够满足软土推进施工的需要。 ?软土推进时盾构掘进机扭矩计算 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。 ?切削扭矩T1 计算参数: 推进速度v:一般情况下v=1.8m/h，vmax=3m/h 刀盘转速n:n=1rpm :h=v/n=3cm，hmax=vmax/n=5cm 刀盘每转切深h 土的抗压强度:qu=12.2t/m2 刀盘直径:Dd=6.40m，半径Rd=3.2m T1=1/2(quhmaxR2)=1/2×(12.2×0.05×3.142)=3.0t.m ?刀盘自重产生的旋转反力矩T2 T2=G?R1?ug 式中:G—刀盘自重，G=64.5t; R1—滚动接触半径，R1=2.05; ug—滚动摩擦系数，ug=0.004; T2=64.5×2.05×0.004=0.53 t?m ?刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩T3 T3=PtR1ug 式中:Pt—推力荷载 Pt=aπR2Pd +π/4?(d22-d12)C 式中:a—刀盘开口率，a=0.65 d2—刀盘支撑梁外径，d2=4.8m d1—刀盘支撑梁内径，d1=3.84m Pt=0.65×π×3.1952×11.998+π/4×(4.82-3.842)×3.0=269.6t T3=269.6×2.05×0.004=2.2t.m ?密封装置摩擦力矩T4 T4=2πumFm(n1Rm12+n2Rm22) 式中:um—密封与钢之间的摩擦系数，um=0.2 Fm—密封的推力，Fm=0.15t/m2 n—密封数，n1=n2=3 16 海量资料 超值下载 Rm1、Rm2—密封的安装半径，Rm1=1.84m，Rm2=2.26m T4=2×π×0.2×0.15×(3×1.842+3×2.262)=4.8t.m ?刀盘前表面上的摩擦力矩T5 T5=2/3(απupR3Pd) 式中:up—土层和刀盘之间的摩擦系数，up=0.15; α—刀盘开口率，α=0.65 Pd—刀盘中心的土压力，由前面的计算，Pd=11.998t/m2 T5=2/3×(0.65×π×0.15×3.1953×11.998)=79.9 t?m ?刀盘圆周的摩擦反力矩T6 T6=2πDBPzUp 式中:D—盾构掘进机直径，D=6.39m B—刀盘宽度，B=0.45 Pz—刀盘圆周土压力， Pz=(P0+P01+P1+P2)/4=(27.56+33.61+20.84+25.01)/4=26.8 t/m2 T6=2×π×6.39×0.45×26.8×0.15=72.6t?m ?刀盘背面的摩擦力矩T7 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0.8Pd。 T7=2/3×(απR3up×0.8Pd) =2/3×(0.65×π×3.1953×0.15×0.8×11.998) =63.9 t?m ?刀盘开口槽的剪切力矩T8 T8=2/3?πCτR3(1-α) 式中:Cτ—土的抗剪应力， Cτ=C+ Pd tgυ 在切割腔中，由于碴土含有水，因此 取: C=1.0t/m2， 内摩擦角取为υ=50 Cτ=1+11.998×tg50=2.0t/m2 T8=2/3×π×2.3×3.1953×(1-0.65)=47.8 t?m ?刀盘土腔室内的搅动力矩T9 T9=2π(r22–- r12)LCτ 式中:r1—刀盘支撑梁的内径，r1=d1/2=1.92m; r2—刀盘支撑梁的外径，r2=d2/2=2.4m;L—刀盘支撑梁的长度，假定L=0.8m; T9=2×π×(2.42-1.922)×0.8×2.0=20.8 t?m ?刀盘扭矩T为T1-T9之和 9 T,T,i,T1=3.0+0.53+2.2+4.8+79.9+72.6+63.9+47.8+20.8=295.5 t?m 取T=296t?m 盾构机提供的扭矩力:额定=437.5 t?m，最大Tmax=525 t?m。所以盾构所配备的扭矩足 够。 17