(完整版)盾构机选型.docx

1、第1章.第2章.第3章.第4章.第5章.第6章.第7章.第8章.第9章.第10章. 盾构、配套设备与管模10.1. 盾构机选型10.1.1. 选型原则盾构机的性能及其对地质条件的适应性是盾构隧道施工成败的关键。本合同段盾构区间工程的盾构机选型按照性能可靠、技术先进、经济适用相统一的原则，依据招标文件、颐和园站圆明园站和圆明园站成府路站区间岩土工程勘察报告等资料，并参考国内外已有盾构工程实例及相关的技术规范进行。10.1.2. 选型依据盾构机选型具体依据如下：（ 1）本合同段盾构工程施工条件隧道长度： 3032+2044.286单线延米；线路间距： 8 19m；隧道覆土厚度最小： 6m，最大：

2、15.4m；平面最小曲线半径： 350m；最大坡度： 20.801 ；隧道衬砌管片内径： 5400mm外径： 6000mm（ 2）工程施工环境特点本工程施工环境具有如下特点对盾构机施工有一定的影响：本合同段区间隧道沿线地下管线、建（构）筑物密集。颐和园圆明园区间线路下穿颐和园、圆明园，与万泉河高架桥相交；圆明园成府路站区间线路通过成府小学、化工研究院，下穿万泉河。区间线路与万泉河高架桥相交时，隧道外轮廓与桩基距离最小为 5m，下穿圆明园一座池塘时覆土厚度仅 6m，万泉河底部区域隧道覆土厚度为 9m。本合同段区间线路主要沿颐和园路、清华西路布置，与中关村北大街相交，所经道路尤其是中关村北大街交通

3、繁忙、车流量大。（ 3）区间地质特点本合同段区间隧道穿越地层主要有粉质粘土、粉土层，局部夹有砂层、卵石圆砾等。具体的地质统计表见表10-1-1 和图 10-1-1。表 10-1-1盾构区间洞身地质统计表区间地层编号岩土名称比例（）粉土9.3粉质粘土46.0颐和园圆明园站2粉土35.2卵石圆砾3.22粉细砂6.3粉土0.8圆明园成府路站粉质粘土47.21粘土7.02粉土45.03.2%6.3%9.3%0.80%35.2%46%45%47.20%7%2212颐和园圆明园站区间圆明园成府路站区间图 10-1-1盾构区间隧道洞身主要地质比例图10.1.3. 本工程地质特点对盾构机功能的要求针对以上工程

4、地质条件及特点，盾构应具备以下功能：（ 1）盾构机对地层条件的适应性要求本合同段隧道地层主要由粉质粘土、粉土层、卵石圆砾层组成，局部夹有砂层，所以盾构对软土地层的适应性应是重点考虑的问题。盾构在软土地段的施工时应重点考虑以下功能：具备土压平衡掘进功能；足够的推力和刀盘驱动扭矩；良好的加泥、加泡沫等碴土改良能力；合理的刀盘及刀具设计；具有完善的防喷涌功能；能够有效防止中心泥饼的生成；较好的人员仓条件；超前地质钻探及管片壁后同步注浆功能。由于本合同段承压水分布较为普遍，含水层主要为卵石圆砾地层和砂层，所以盾构应具有平衡水土压力，防止喷砂、涌水，最大限度的减少地表沉降，并有效保护刀盘刀具的能力。（

5、2）特殊地段的通过能力本合同段的特殊地段，主要有以下几种：部分隧道区段较近距离穿越建（构）筑物，且局部隧道覆土厚度仅6 米，这样的地段对盾构的施工提出了很高的要求。盾构在通过该类地段时必须能很好的调整与保持土仓压力，控制地面沉降；区间隧道局部地段含有少量的砂层和卵石圆砾，这就要求盾构机刀盘具有较强的耐磨能力和有效保护刀具的能力。区间线路曲线段长度占区间总长的 66，且最小曲线半径仅为 350 米。要求盾构机具有小半径曲线施工的能力。且对运输系统、通风系统及测量导向系统均有较高的要求。当盾构机处于含砂地层施工时应具有相应的施工辅助措施及设备，如对土仓压力的控制与碴土改良等。（ 3）方向调整与控制

6、能力本合同段盾构隧道线路较长，且曲线段施工及工程接口较多，要求盾构的导向系统具有很高的精度，以保证线路方向准确。盾构方向的控制包括两个方面：一是盾构本身能够进行纠偏、转向，二是采用先进的激光导向技术保证盾构掘进方向的正确。（ 4）环境保护与控制能力盾构法施工的环境保护包括两个方面：首先是盾构施工时对周围自然环境的保护，即地面沉降满足设计要求，噪声、震动等满足相关环境保护规定的要求；再者要求盾构施工时使用的辅助材料如油脂、泡沫等不能对环境造成污染。（ 5）掘进速度满足计划工期需求根据计划工期安排，盾构的掘进速度必须满足本合同段的计划工期要求。10.1.4. 盾构机型式的确定不同类型的盾构机适用的

7、地质类型也是不同的。盾构机的选型必须做到针对不同的工程，不同的地质条件进行针对性设计，才能使盾构更好的适应工程。盾构机的主要类型有泥水式、插刀式（敞开式）盾构、土压平衡式、复合型盾构等。其中土压平衡盾构能够适应较大的地质范围与地质条件，能用于粘结性、非粘结性、有水或无水、软土和卵石圆砾等多种复杂的地层，施工速度较高，能有效的控制地表沉降。所以根据本合同段的工程条件、地质特点、工期及施工要求，结合类似工程盾构的选型经验和北京地铁既有盾构工程的盾构类型，在本工程宜采用加泥式土压平衡盾构。10.1.5. 土压平衡式盾构机的基本工作原理土压平衡工作原理：土压平衡盾构的开挖土仓由刀盘、切口环、隔板及添加

8、剂注入系统组成。将刀盘切削下来的碴土填满土仓，在切削刀盘后面装有使土仓内土砂强制混合的搅拌臂。借助盾构推进油缸的推力通过隔板进行加压，产生泥土压，这一压力通过碴土及刀盘作用于整个作业面，使作业面稳定，同时用螺旋输送机排土，螺旋输送机排土量与盾构推进量相适应，掘进过程中始终维持开挖土量与排土量平衡，维持土仓内土压力稳定在预定范围内。土仓内的土压力通过土压传感器进行测量，为保证预定的土压力可通过控制推进力、推进速度、螺旋输送机转速来控制，控制原理见土仓土压力控制示意图10-1-2。土舱土压力与地层水土压力平衡状态地表面地下水位Pw 水压力PE 土压力P盾构土仓压力Pw +P E =P EPBEPB

9、图 10-1-2土压平衡工作原理示意图当土仓内的土压力大于地层土压力和水压力时，地表将会隆起；当土仓内的土压力小于地层土压力和水压力时， 地表将会下沉； 因此土仓内的土压力应与地层土压力和水压力平衡。盾构尾部的空隙通过注浆系统进行同步回填浆液，注浆压力及数量应与地层水土压力及空隙量相适应，有效控制地表的沉降。碴土改良工作原理：土压平衡盾构维持工作面稳定的介质为碴土，为维持土仓内土压力的稳定和碴土的排出，土仓内的碴土必须具有：良好的塑性和流动性、良好的粘软稠度、低的内摩擦力、低的透水性。一般情况下碴土不一定具有这些特性，刀盘扭矩较大，碴土流动困难，在土压力作用下易压实固结，容易产生泥饼或泥团，在

10、透水性土层中，在水的作用下碴土在螺旋输送机内排出无法形成有效的压力递减，土仓内的土压力难以稳定，因此需要对开挖后的碴土进行改良，使其具有上述特性。根据地层情况，向开挖土仓内注入泡沫、粘土或添加剂，进行强制搅拌，使碴土具有可塑性和不透水性，螺旋机排土顺畅，土仓内的压力容易控制和稳定。10.1.6. 盾构机的主要组成与功能描述（ 1）概述盾构是一个由不同功能的组件有机结合的综合性施工设备，它集合了盾构施工过程中的开挖、出土、支护、注浆、导向等全部的功能。不同形式的盾构其主机结构特点及配套设施也是不同的，对盾构来说，盾构法施工的过程也就是这些功能合理运用的过程。土压平衡型盾构在结构上包括刀盘、盾体、

11、人仓、螺旋输送机、管片安装机、管片小车、皮带机和后配套拖车等；在功能上包括开挖系统、主驱动系统、推进系统、出碴系统、注浆系统、油脂系统、液压系统、电气控制系统、激光导向系统及通风、供水、供电系统等。下面根据这些部件或系统在盾构施工中的不同功能特点来分别进行说明。盾构机主机结构图机后配套总图见图10-1-3，图 10-1-4（1、2）。（ 2）盾构主机1）刀盘和刀具刀盘结构是根据本合同段的地质适应性要求设计的。刀盘结构如图 10-1-5 所示，整个刀盘为焊接结构，在刀盘上焊接了安装各种刀具的刀座。刀盘和主驱动通过一个很厚的法兰盘连接，刀盘背面和法兰盘通过四根 600mm，壁厚 100mm 的钢管

12、焊接在一起，以传递足够的扭矩和推力。刀盘可以双向旋转。刀盘标称直径 6280mm，刀盘总重约 57t。为了保证刀盘的整体结构强度和刚度，刀盘的中心部位采用整体铸钢铸造，周边和中心部件在制造时采用先栓接后焊接的方式连接。刀盘是安装在盾构机前面的旋转部分，在支撑掌子面土压的同时进行开挖。通过在不同形式的刀盘上安装不同的刀具或刀具组合，可以适应不同的地质情况下的施工需要。刀盘采用典型面板式结构，刀盘开口度 34%。装有中心刀 4 把，切刀 124 把，刮刀 16 把，刀盘还配备有一把超挖刀，行程 2050mm，由液压操纵伸缩。大多数刀具采用螺栓连接在刀盘面肋板上，可在土仓室内检查或更换刀具。刀盘的后

13、部开口向内倾斜，便于土碴的流动。焊接的搅拌臂可以使碴土改良添加剂和挖出的碴土在刀盘后面进行充分的搅拌。刀盘安装在主轴承的内齿圈上，通过 8 个液压马达驱动。刀盘设计为双向旋转，其转速可无级调节。刀盘面板上共有8 个泡沫注入口，其中包括在刀盘的中心设置的四个泡沫注入口。背面有 3 个泡沫注入口备用。泡沫注入口也可以用来加注膨润土和泥浆。通过刀盘的旋转接头，土质改良用的泡沫、膨润土或水被送到土仓内。另外，仿形刀的液压供应也是通过旋转接头来连接的。回转中心通过刀盘中心的法兰和刀盘连接。刀盘结构与刀具示意见图10-1-5。刮刀搅拌臂刀盘驱动组件刀注盘入口回转中心中心刀切刀注入口螺旋输送机超挖刀刮刀切刀

14、图 10-1-5刀盘结构与刀具示意图图 10-1-3 ，图 10-1-42）盾壳盾壳包括三个主要组件：前体、中体和盾尾。前体里面装有支撑主驱动和螺旋输送机的钢结构。 压力隔板将前体的土仓和主仓分离开来。隔板上面的门可以让人进入土仓进行保养和检查工作。此外，隔板有几个开口，可以作为碴土改良材料的入口以及作为修理时输电线的接线盒接头。水、膨润土或泡沫被输送至土仓，通过安装的隔板上的四个搅拌器使土仓内的碴土充分搅拌。在保养和修理时，螺旋输送机的套筒回收后，通过前体上液压闭合装置，可以关闭螺旋输送机的进碴口。在前体的隔板上安装有土压传感器用以监测土仓内的土压， 以便在土压平衡模式下及时对土仓内的土压进

15、行反馈和调节。前体和中体是用螺栓上紧并焊接在一起的。在中体内布置了推进缸支座和管片安装机架。 管片安装机支架通过相应的法兰面和管片安装机梁连接起来。推进缸和连接盾尾的铰接油缸布置在中体。在中体的盾壳上焊接了带球阀的可在需要时实施超前钻孔的预留孔，当需要时还可以通过这些预留孔注入膨润土等用以减小盾壳与土层的磨擦，或实施临时止水。中体和盾尾之间通过铰接油缸连接，两者之间可以有一定的夹角，从而使盾构在掘进时可以方便的转向。正常情况下铰接处使用的是预紧密封，并安装有一道气囊密封用于对铰接密封维修时使用。盾尾安装了三道密封钢丝刷及二个油脂注入管道， 在密封刷中注入密封油脂以防止盾构外面的水或砂浆进入盾构

16、。另外还安装了 8 根内置的同步注浆管道。如图 10-1-6 所示。图 10-1-6同步注浆及盾尾密封示意图3）人员仓人员仓是在土仓保压期间，人员出入土仓进行维修和检查的转换通道，出入土仓的工具和材料也由此通过。其主要目的也是为了在人员和材料进入土仓时能够保持土仓中的土压。人员仓包括主仓和准备仓，它们由压力门隔开。主仓和中间仓之间有法兰连接，而中间仓直接焊接在压力隔板上。通过隔板上的门就可以进入土仓。准备仓和主仓横向连接，这样从准备仓出来必须要经过主仓。 准备仓的作用是在压缩空气工作时和出现紧急情况时的出入。（ 3）主驱动系统主驱动机构包括主轴承、八个液压马达、八个减速器和安装在后配套拖车上的

17、主驱动液压泵站。刀盘通过螺栓和主轴承的内齿圈联接在一起，主驱动系统通过液压马达驱动主轴承的内齿圈来带动刀盘旋转。主驱动的配备功率为945KW ，标称扭矩为4500KN m，脱困扭矩为 5300KNm。主轴承有两套密封系统密：外密封系统负责土仓内的密封，而内密封系统则负责盾构后部的大气密封。外密封系统是通过带有永久性失脂润滑油脂润滑和渗漏控制三重唇形密封系统进行来实现的。密封支撑直接和轴承通过螺纹连接固定在一起，并且作为主轴承结构的一部分从而充分保证同心度；内密封系统将小齿轮区和空气之间进行密封。主驱动系统机构如图 10-1-7 所示。主轴承外密封刀盘联接件主轴承内密封主轴承减速器液压马达图 1

18、0-1-7刀盘驱动示意图（ 4）推进系统盾构的推进机构提供盾构向前推进的动力。推进机构包括30 个推进油缸和推进液压泵站。能够提供34210KN 的推力。推进油缸在圆周方向上划分为五组区域，每组区域可单独进行控制。通过调整每组油缸的不同推进速度来对盾构进行纠偏和调向。油缸的后端顶在管片上以提供盾构前进的反力。推进系统油缸的分组如图10-1-8 所示，其中红色位置的油缸安装有位移传感器，通过油缸的位移传感器我们可以知道油缸的伸出长度和盾构的掘进状态。（ 5）出碴系统1）螺旋输送机图 10-1-8 推进油缸分区示意图螺旋输送机安装于前体的底部，螺旋输送机从隔板到拖车沿中心线的上仰角为23。在掘进时

19、，开挖的碴土在底部，螺旋输送机伸往碴仓的一段为可更换的耐磨片。螺旋输送机内部为一个带轴的螺杆， 螺旋输送机的螺旋片能够在碴土中伸缩。螺旋输送机的螺旋片分为两段，中间部分有一段没有螺旋片，这样可以在软土中形成土塞，以有效防止喷涌现象。螺旋输送机通过一个液压马达带一个减速机驱动，其转速范围可以在022rpm 内无级调速，从而也可以很好的控制出土量。调节螺旋输送机的出土速度是控制土仓压力的重要方法之一。螺旋输送机的后料门可以关闭，这样在需要时可以关闭后门以处理喷涌等紧急情况。为了提高碴土的流动性，可以向螺旋输送机圆周的孔注入膨润土或泡沫。螺旋输送机机构示意如图 10-1-9。在圆砾卵石层遇到大粒径卵

20、石情况下，位满足输送大粒径卵石的要求，螺旋输送机的最11997.517304565186520201817.5大输送粒径为 300mm。2）皮带输送机10200图 10-1-9螺旋输送机结构示意图皮带机用于将螺旋输送机输出的碴土传送到盾构后配套的碴车上。皮带机布置在后配套拖车的上面。（ 6）管片安装机构管片安装机安装在盾尾，由一对举重油缸、大回转机构、抓取机构和平移机构等组成。管片安装机的控制方式有遥控和线控两种方式，均可对每个动作进行单独灵活的操作控制。管片安装机通过这些机构的协同动作把管片安装到准确的位置。管片安装机由单独的液压系统供应动力，管片安装机的泵站安装在盾壳内，和推进系统共用一个

21、油箱。管片安装机机构如图 10-1-10。图 10-1-10管片安装机结构示意图（ 7）铰接系统为了减少盾构的长径比，使盾构在掘进时能够灵活的进行姿态调整，特别是为了能够顺利通过较小的线路弯道，盾尾通过铰接系统和中体相连接。铰接系统包括十四个铰接油缸和铰接密封。在直线段掘进时铰接油缸一般处于锁定位置，盾尾在主机的拖动下被动前进。当盾构需要转弯时，将油缸处于浮动位置，盾尾可以根据调向的需要自动调整位置。（ 8）拖车盾构的拖车用以安放液压泵站、注浆泵、砂浆罐及电气设备等。拖车行走在钢轨上，拖车之间用拉杆相连。每节拖车上的安装设备如下表10-1-2。表 10-1-2拖车设备表拖车号主要安装设备1 控

22、制室、注浆泵、砂浆罐、小配电柜、泡沫发生装置2 主驱动系统泵站、膨润土罐及膨润土泵3 主配电柜、泡沫箱及泡沫泵、油脂站4 两台空压机、风包、主变压器、电缆卷筒5 内燃空压机、水管卷筒、通风机皮带机从五节拖车的上面通过，在 5 号拖车的位置出卸碴。绝大部分的液压管、水管、泡沫管及油脂管从拖车内通过到过盾构主机。在拖车的一侧铺设有人员通过的通道。拖车和主机之间通过一个连接桥连接，拖车在主机的拖动下前进。（ 9）液压系统盾构的液压系统包括主驱动、推进系统（包括铰接系统） 、螺旋输送机、管片安装机及辅助液压系统。主驱动系统和螺旋输送机液压系统共用一个泵站，安装在二号拖车上。主驱动系统和螺旋输送机液压系

23、统各自为一个独立的闭式循环系统，这样可以保证液压系统的高效率及系统的清洁。推进系统和管片安装机泵站安装在盾壳内。盾构的液压系统元器件全部采用国际知名品牌的产品，泵和马达绝大部分采用力士乐的产品，阀主要采用力士乐、哈威等国际知名公司的产品。合理的设计系统及可靠的元器件质量，充分保证了液压系统的可靠性。（ 10）注脂系统注脂系统包括三大部分：主轴承密封系统，盾尾密封系统和主机润滑系统。三部分都以压缩空气为动力源，靠油脂泵油缸的往复运动将油脂输送到各个部位。主轴承密封可以通过控制系统设定油脂的注入量，并可以从外面检查密封系统是否正常。盾尾密封可以通过PLC 系统按照压力模式或行程模式进行自动控制和手

24、动控制，对盾尾密封的注脂次数及注脂压力均可以在控制面板上进行监控。当油脂泵站的油脂用完后油脂控制系统可以向操作室发出指示信号，并锁定操作系统，直到重新换上油脂。这样可以充分保证油脂系统的正常工作。（ 11）碴土改良系统盾构机配有两套碴土改良系统：泡沫系统和膨润土系统。两者共用一套输送管路，在1号拖车处相接。1）泡沫系统盾构机配有一套泡沫发生系统，用于对碴土进行改良。泡沫系统主要由泡沫泵、高压水泵、电磁流量阀、泡沫发生器、压力传感器、管路组成，2）膨润土系统盾构机还配有一套膨润土注入系统。 在确定不使用泡沫剂的情况下， 关闭泡沫输送管道，同时将膨润土输送管道打开，通过输送泵将膨润土压入刀盘、碴仓

25、和螺旋输送机内，达到改良碴土地目的。根据实际需要，可以把膨润土箱内装入泥浆注入土仓内。（ 12）注浆系统盾构机采用同步注浆系统，这样可以使管片后面的间隙及时得到充填，有效的保证隧道的施工质量及防止地面下沉。盾构机配有两台液压驱动的注浆泵，它将砂浆泵入相应的注浆点，通过盾尾的注浆管道将砂浆注入到开挖直径和管片外径之间的环形间隙。注浆压力可以通调节注浆泵工作频率而在可调范围内实现连续调整，并通过注浆同步监测系统监测其压力变化。单个注浆点的注入量和注浆压力信息可以在主控室看到。在数据采集和显示程序的帮助下，随时可以储存和检索砂浆注入的操作数据。（ 13）超前钻探系统在盾构中体上半园处有六个钻孔供超前

26、钻机钻孔及注浆用，如图 10-1-11 所示。根据地质情况和需要，可在管片安装机超前钻机注浆孔头部安装超前钻机，对盾构前方图 10-1-11超前注浆系统示意图进行钻孔和注浆作业，加固地层。（ 14）SLS-T 激光导向系统盾构机安装了一套VMT 公司的 SLS-T APD 导向系统。本系统能够对盾构在掘进中的各种姿态、以及盾构的线路和位置关系进行精确的测量和显示。操作人员可以及时的根据导向系统提供的信息，快速、实时地对盾构的掘进方向及姿态进行调整，保证盾构掘进方向的正确。SLS-T APD 导向系统和隧道掘进软件全天侯提供盾构机的三维坐标和定向的连续的动态信息。隧道掘进软件是 SLS-T AP

27、D 的核心。通过其附带的通信装置接收数据，由隧道掘进软件计算盾构机的方位和坐标，并以图表和数字表格显示出来，使盾构机的位置一目了然。 SLS-T 导向系统见图 10-1-12。调制解调器打印机地面监控计算机管 片激光全站仪激光定位仪ELS 靶黄盒子控制盒显示屏盾构机工业计算机调制解调器盾构主控室推进油缸图 10-1-12 SLS-T 激光导向系统示意图（ 15）PDV 数据采集系统PDV 数据采集系统可采集、处理、储存、显示、评估与盾构机有关的数据。所有测量数据都通过被时钟脉冲控制的测量传感器连续的采集和显示。所有必须记录的测量值都以图形的形式显示在 PDV 的监测器上。PDV 数据采集系统工

28、作示意图10-1-13。Internet或电话拔号网当前盾构状态数据如转速、扭矩、压力 设定值如极限值、设定参数、修正系数 盾构机 PLC地面PC采集、处理、显示、打印 业主监理设计技术部门通过 PDV 数据采集系统收集到的信息， 可以实现对盾构机状态的实时信息化管理。 通过互联网、电话拔号网以及 PDV 的计算机可以将当前的盾构机掘进状态数据传送至业主、 监理、设计及施工等相关部门，为整个工程的信息化管理提供重要信息来源。10.1.7. 盾构机关键参数计算（ 1）推力计算1）盾构外荷载的确定由于盾构工程沿线的隧道埋深差别很大，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

29、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，并取其中的最大值作为盾构计算的外部荷载。在 K24+360 处隧道的最大埋深为 15.4 米，但此处围岩为 6 号地层，主要由粉土及粉质粘土组成。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地层选取如下：岩土容重：20.9KN / m3岩土的内摩擦角：29.5土的粘结力：c39KN / m2覆盖层厚度：H max 15.4m地面荷载：P020 KN / m2水平侧压力系数：0.5盾构外径：D6.25m盾构主机长度：L7.5m15.4盾构主机重量：W370t经验土压力系数：K 01松动土压（泰沙基公式）计算：

30、PsB1c / B11e K 0 tg H / B1P0e K 0 tgH / B1K 0tg图 10-1-14 区间最大埋深示其中B1D / 2ctg45/2 /2B15.44 m代入上式得Ps5.4420.939 / 5.441e 1 tg 29.5 15.4 / 5.4420 e 1 tg 29.5 15.4 / 5.44tg 29.5Ps132.025 0.798200.798121.32 KN / m2计算两倍掘进机直径的全土柱土压：Pq2D261.25 KN / m2PsPqPq 作为计算的数据。再加上地面荷载得盾构上部的土压为：Pv261.25 20281.25 KN / m22

31、81.25KPa盾构底部的土压为：140.625KPa140.625KPaPv1PvW / DLP360.2 KN / m 2v1则盾构上部和下部的侧压力应分别为：PhPv140.625 KN / m2180.1KPa180.1KPaPP180.1 KN / m2360.2KPah1v12）盾构的推力图 10-1-15盾构主体外荷载示意图盾构的推力应包含以下几个部分：在土压平衡模式下：FFMFBAEPBFSFNLFSP3）盾壳和土层的摩擦力 FMFMD LPVPV 1PhPh1 / 4FM0.256.257.5 281.25360.2 140.625 181.1 / 4FM8865 KN其中为

32、盾壳和土体间的摩擦系数，根据经验值取0.25。4）刀盘推进力 FBA刀盘上共安装了 124 把切刀和 16 把刮刀（按照经验计算， 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5.6 KN ；FBAEPB12896 5.6 1254.4 KN5）盾尾密封的摩擦力FS110 KN / m (经验值，周向每米密封的摩擦力 )FS6.010 189KN （管片外径 6m）6）拖拉后配套的力FNL （经验值）FNL750KN7）碴仓土压引起的前隔板反力FSP 300KN / m26.2529204KN （土仓压力按 3bar 计算）48）总推力计算FFM FBA

33、EPBFS FNLFSPF88651254.4189750920420262.4KN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：F20262.41.530393.6KN盾构机实际配备推力为34210KN，能够满足盾构的实际需要。（ 2）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。随着土仓及掌子面碴土改良技术的发展，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

34、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：Vmax4.8m / h刀盘转速：n1.2rpm （根据类似工程选取经验值）刀盘每转切深：hmaxV / n6.67cm岩土的抗压强度：qu157 KPa ；选用粉质粘土的抗压强度为计算依据刀盘直径：D d6.28mT10.5quhmaxDd0.52T10.51570.06676.280.5 251.7KN / m2）刀盘自重产生的主轴承旋转反力矩：T2GR1g其中：刀盘自重： G5700KN主轴承滚动半径： R1.3m滚动摩擦系数：g0.004T2 5700 1.3 0.00429.6KN .m3）刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩

35、T3PtR推力载荷g 其中：PtR2Pd刀盘不开口率：66% 0.66 ；刀盘半径 R23.14m ；PdPhPh1/ 2160.36KN / mPt0.663.14160.36 1044 KNT310441.30.0045.43KN .m4）密封装置摩擦力矩T42mFmn R2m1式中：密封与钢之间的摩擦系数：m0.2 ；密封的推力： Fm1.5KPa ；密封数： n 3密封的安装半径： Rm11.25mT420.21.53 1.25m128.8KN .m5）刀盘前表面的摩擦力距T52pR23Pdp0.15 ；3；其中土层和刀盘间的摩擦系数：T520.660.15 3.143160.36 1

36、029.4KN .m36）刀盘圆周的摩擦反力矩T62D dB Pzp ；其中刀盘边缘宽度： B0.45m ；刀盘圆周土压力： PzPh1PhPv1 Pv / 4 240.55KPaT626.280.45240.550.15640.7KN .m7）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PdT72R23p Pd 1029.4KN .m38）刀盘开口槽的剪切力矩T82CR2313其中土的抗剪应力： CC Pd tg15 160.36 tg 529 KPa在切削腔内，由于碴土含有水，取C=15KPa，内摩擦角为5T82293.14310.66 639KN .

37、m39）刀盘土腔室内的搅动力矩T9bLz Pdr1r2 / 2 nb其中刀盘支撑柱直径：b0.6m ；刀盘支撑柱长度 Lz1.1m ；支撑柱数量 nb 4刀盘支撑柱外端半径：r21.4m ；刀盘支撑柱内端半径： r10.7mT90.61.1 160.361.40.7 /24 444.5KN .m10）刀盘总扭矩9TTi51.729.65.43 8.81029.4 640.7 1029.4 639 444.5 3878.53KN .m1按照日本土压平衡盾构扭矩估算公式计算TD 3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T206.283

38、4953KN .m此扭矩值应为盾构机的脱困扭矩值。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。（ 2）功率计算1）主驱动功率根据实际工况，取刀盘的驱动扭矩为3878KN m，刀盘最大扭矩时的刀盘转速取1.2rpm，计算刀盘驱动的实际需要功率为：W0 T3878 1.2 2 / 60 487.3Kw主驱动系统的效率为：dmcpmpvlmmmvmr其中：mc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l系统回路效率；mm液压马达机械效率；mv液压马达容积效率mr减速器机械效率d0.950.980.950.900

39、.950.980.98370%所以盾构的实际主驱动功率应为：WW0 /d696Kw盾构机的实际配备功率为945kw 。2 ）推进系统功率由前面计算知，盾构推进时的最大推力取32693KN ，推进速度取 80mm/min，计算推进功率为：W0F vW032693 0.08 / 60m / s 44Kw推进系统应配备的功率应为：WW0 /W0 /pmpvc其中： pm液压泵的机械效率；pv液压泵的容积效率；c联轴器机械效率W 44 / 0.950.97 0.9550Kw推进系统实际配备功率为75kw 。10.1.8. 盾构机主要技术参数盾构机主要技术参数详见表10-1-3。表 10-1-3盾构机主

40、要技术参数盾构机最大工作压力3bar最大设计压力4.5bar盾构机的标称直径 6,250mm总长度（包括拖车）75m总重量5,200kN最大掘进速度80mm/min最大掘进力34,210kN盾壳除刀盘外的盾壳总长度7,565mm钢结构的钢材型号S355J2G3盾壳总重量（钢结构）2,050kN预注浆注入口6St.前体 6,250mm除耐磨层以外的外径耐磨层25mm前体长度ca. 1,700mm盾壳厚度60mm隔板厚度80mm土压传感器5St.隔板门数量1St.隔板门尺寸 600mm搅拌臂数量4St.中部盾壳外径 6,240mm长度2,580mm盾壳钢厚度40mm（钢结构）重量314kN盾尾 6

41、,230mm外径长度3,285 mm重量260kN盾壳钢厚度40mm密封刷数量3 排油脂注入点数量24St. DN25注浆口数量4St. DN50人员仓形式双仓长度2000 mm直径1600mm操作压力3bar容纳人数2 人推进油缸油缸 220/180mm油缸行程2,000mm推进油缸数量30St.（10 双油缸，10 单油缸）1,140kN每个油缸的最大推力全部油缸的最大推力34,210kN推进油缸方向控制5 组行程测量系统数量5St.油缸的伸出速度80mm/min油缸的回收速度1,400mm/min前部稳定装置 140/80mm油缸油缸行程100mm油缸数量2St.推力600kN铰接油缸油

42、缸数量14St.油缸 180/80mm油缸行程150mm行程测量油缸数量4St.总拉力7,340kN拖车拖动油缸油缸数量2St.油缸 130/70mm油缸行程250mm刀盘 6,280mm整个刀盘标称直径重量570kN旋转方向右/ 左刀盘进碴口8St.搅拌臂数量4St.旋转接头管道4St./DN50刀盘上的注入口8St./DN50开口率34刀具切刀切刀数量124St.刀具伸出刀盘的高度140mm刮刀16St双向旋转刮刀数量中心刀中心刀数量4St超挖刀超挖刀数量1St行程50mm回转接头数量1St泡沫和膨润土注入管道4St./DN50液压管道2St./DN50刀盘驱动功率（ 3315kW ）945kN旋转速度范围0-6 rpm标称扭矩第一档4,500kNm第二档1,970kNm脱捆扭矩5,300kNm主驱动带双轴承的小齿轮数量8St.主轴承直径 2,600mm水冷却行星齿轮数量8St.内唇形密封系统3 times外唇形密封系统2 times使用寿命10,000h管片安装机管片安装机液压伸缩臂带机械锁紧系统的全液压