盾构机推力和扭矩计算

1、盾构机推力和刀盘扭矩的地层适应性评价1、推力计算盾构的推力应包含以下几个部分： F =FM + FBA+FS+FNL1）盾壳和土层的摩擦力FMF =xrx D x L（P + P + P + P ）/4 MV V1 h hl其中为盾壳和土体间的摩擦系数，根据经验值取0.25。计算得：FM=8074KN2）盾构推进正时面推进阻力以口 1 nF = 4兀 D2p其中Di为盾构机内径Ps为设计掘削土压（kN/m2）设计掘削土压Ps=地下水压+土压+预压其中地下水压在粘土层处相对于隧道中部的水头最大约11.5m,那么水压力为115kN/m2；土压按静止土压力计算：Po=Ko Y H上式中：Po静止土压

2、力H覆土厚度Ko一静止土压系数Ko=1 sin e式中：e有效内摩擦角经计算 Po=127 kN/m2预压力一般取30 kN/m2Ps=115+127+30=272kN/m2Fba = 4 D ps =9109.3 KN3）盾尾密封的摩擦力F =兀 DFFS =10 KN / m （经验值，周向每米密封的摩擦力）（管片外径6.4m）4）拖拉后配套的力FNL （经验值）Fn：l = 750KN5）总推力计算F=17943.3KN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： F=17943.3 X 1.5=26914.95KN盾构机实际配备推力：S-488/S-6

3、98盾构机实际推力分别为34210KN和50668KN。均能满足盾构的实际需要.2、扭矩计算1）刀具切削扭矩推进速度：匕疽4.8m /h刀盘转速：n =队伽（根据类似工程选取经验值）刀盘每转切深：hmax = V / n = cm岩土的抗压强度：qu=100KPa ；刀盘直径：Dd=6.68mT = 0.5 x x h x（D x 0.5T1=0.5x100 x0.0667x（6.68x0.5）2=37.2KNm2）刀盘自重产生的主轴承旋转反力矩:T2 T2 = G x R1 X|i其中:刀盘自重：G = 刀盘自重：G = 570KN主轴承滚动半径：R = 1.3m滚动摩擦系数：H g= 0.

4、004T = 570 x 1.3 x 0.004 = 29.6 KN .m3）刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩T= T= P x R xh其中：推力载荷 Pt =axnx R2 x Pd ； 刀盘不开口率：a=0.4；刀盘半径r2 = 3-14m ；Pd=（Ph +）/2 = 102KN / mP =0.4x3.14x3.34x102=428KN tT3=428x1.3x0.004=2.23KN.m4）密封装置摩擦力矩T = 2k x h x F x n x R” 式中.密封与钢之间的摩擦系数：七=0.2 ;密封的推力：Fm = L5KPa ；密封的安装半径：Rm1=L25m8.8 KN .mT4

5、 = 2兀 x 0.2x 1.5 x 3x 1.252】8.8 KN .m5）刀盘前表面上的摩擦力矩T - x C xk x H x R 3 x p）53P 2 d ；其中土层和刀盘间的摩擦系数：H=0.15;T5=2/3x(0.7x3.14x0.15x3.343x102)=835KN.m刀盘圆周的摩擦反力矩T = 2兀 x D x B x P xp其中刀盘边缘宽度：B = 0.45m ；丁!舟后jpq + jzp 力 P =(P + P + P + P )/4 = 205KPa刀盘圆周土压力：zhl h v1 vT6=2x3.14x6.68x0.45x205x0.15=580KN.m刀盘背面

6、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，假定土仓室内的 土压力为PdT = - x(axKx R3 xp x P )= 722.94KN .m732 p d刀盘开口槽的剪切力矩T = 3 x兀 x C x R3 xG 以)其中土的抗剪应力：C =C+P例=15+102xtg50=23KPa在切削腔内，由于碴土含有水，取C=15KPa，内摩擦角为卜50T8=2/3x3.14x23x3.343x(1-0.7)=538KN.m刀盘土仓内的搅动力矩T9T F xL xP x(r + r )/2xn 9 b z d 12b其中刀盘支撑柱直径：，b=0.6m；刀盘支撑柱长度气=顷；支撑柱数量nb = 4刀盘支撑柱外端半径：r2 = 1.4m ；刀盘支撑柱内端半径：r1 = 0.7mT = 0.6 x 1.1 x 160.36 x G.4 + 0.7 )/2 x 4 = 444.5KN.m所以，刀盘总扭矩T =寸 T = 2929KN.m1 1，此为额定扭矩。按照土压平衡盾构扭矩估算公式计算T =a x D3计算盾构的扭矩，其中a为土压平衡盾构系数，根据盾构直径的 大小不同一般取值14-20，这里取a=16计算