土压盾构相关参数计算VIP专享VIP免费

岩土的内摩擦角：屮=17.6o盾构关键参数的计算1.1说明盾构工作过程的力学参数计算是一个非常复杂的问题，由于地质因素、土层改良方法、掘进参数等一系列因素的影响，在盾构参数计算方法上存在很多不确定因素。至今应用的盾构参数计算方法在很大程度上只是处于研究探索阶段，甚至很大程度上是一些经验性的计算方法。以下的计算在参考盾构生产厂家提供的有关计算资料及其它相关文献资料的基础上，根据南京地铁三号线地质勘察报告，结合我单位南京地铁二号线盾构施工经验，按照盾构厂商提供的设计方案来进行关键参数的校核计算。1.2推力计算1.2.1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，在埋深最深处的隧道顶部的覆土厚度约为33m，而在较浅处的隧道顶部距地面约为9.3m。根据常用算法，盾构的外部荷载将按照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，并取两者中的最大值作为盾构计算的外部荷载。在新庄站一市政府站区间最大埋深位置在K19+342处，此处隧道处于全断面岩层中，上部覆土为②-lb2-3、②-lc2-3、②-2b4、③-lhl-2、③-2b2、③-3e1、③-3a1-2地层，埋深约33m，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③-3al-2号地层选取如下：岩土容重：丫-18.9KN/m3土的粘结力：c=47KN/m2覆盖层厚度：H—33mmax地面荷载：P—20KN/m20水平侧压力系数：九—0.45盾构外径：D—6.4m盾构主机长度：L—7.38m盾构主机重量：W=350t经验土压力系数：K—10松动土压(泰沙基公式)计算：厂Bx(/-c/B)P——11—sKxtg©0x(-e-K0tg©(H/B]))+Pxe-K0tg©(H/B1)0其中Bl=Rxctg[(45°+^/2)/2]=3.2xctg[(45°+17.6°/2)/2]=6.3m代入上式得26.3x(18.9-31/6.3)rl“P5=X[1-e-lxtgl7.6°x(33/6.3)]+20Xe-lxtgl7.6°x(33/6.3)tg17.6。=228.7(KN/m2)计算两倍掘进机直径的全土柱土压：Pq=Yx2xD=18.9x2x6.4=242(KN/m2)••・P>Pqs取f作为计算的数据。再加上地面荷载得盾构上部的土压为：Pv=242+20=262KN/m2r129L169KP盾构底部的土压为：Pv1=Pv+W/(D*L)=262+3500/(6.4x7.38)=336.1(KN/m2)则盾构上部和下部的侧压力应分别为：P=Pxk=117©QN/m2)hvP=Pxk=151.2QN/m2)h1v1图1-1盾构主体外荷载示意图1.2.2盾构的推力盾构的推力应包含以下几个部分：在土压平衡模式下：工=F+FEPB+F+F+FFMBASNLSP在敞开模式(TBM)下：工=F+FEPB+F+FFMBASNL1.2.3盾壳和土层的摩擦力FMFM=ux[nxDxLx(Pv+Pvl+Ph+Phl)/4]=0.25x[nx6.4x7.38x（262+336.1+117.9+151.2）/4]=8038.3（KN）其中卩为盾壳和土体间的摩擦系数，根据经验值取0.25。1.2.4刀盘推进力FBA刀盘上共安装了64把切刀和16把刮刀（按照海瑞克公司的经验计算，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5.6KN；根据初步设计方案，刀盘共安装了35把滚刀（按刀刃计算），每个滚刀的设计最大推力为250kN。考虑到装在刀盘边上的滚刀的分力作用，35把滚刀对刀盘产生的正向推力大约相当于31把正向滚刀的满负荷推力，所以只按31把滚刀来计算刀盘的推力（经验值）。FEPB=（64+96+31）X5.6=1069.6（KN）BAFTBM=31X250=7750（KN）BA1.2.5盾尾密封的摩擦力FS1二10KN/m（经验值，周向每米密封的摩擦力）FS二6.2"x10二194・68KN（管片外径6.2m）12・6拖拉后配套的力FNL（经验值）F二750kNNL1.2.7碴仓土压引起的前隔板反力642x兀Fsp二350KN/m2x一二11253.8KN（土仓压力按3.5bar计算）1.2.8总推力计算EPB模式:工=F+FEPB+F+F+FFMBASNLSP=8038.3KN+1069.6KN+194.68KN+750KN+11253.8KN=21306.4KN硬岩敞开模式:工=F+FEPB+F+FFMBASNL=8803.3KN+7750KN+194.68KN+750KN=17498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：在土压平衡模式（EPB）下：工二21306.4x1.5二31960KNF在敞开模式下：工=17498x1.5二26247KNF盾构机改造后实际配备推力为33760KN，能够满足盾构的实际需要。1.3扭矩计算1.3.1软土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...