盾构机推力扭矩计算依据

TBM力的计算范文TBM（Thrust and Boring Machine）力的计算是指在盾构工程中，计算盾构机在推进过程中所需的推力大小。

推力是盾构机推进的核心参数之一，它直接影响到盾构机的推进速度和施工效率。

在盾构机推进过程中，推力的计算一般依据以下几个因素：2.导轨的摩擦力：盾构机在推进过程中，会沿着导轨前进。

导轨与盾构机之间的接触面会产生一定的摩擦力，阻碍盾构机的前进。

通过计算摩擦力的大小，可以确定所需的推力。

3.土层的摩擦力：盾构机推进时，还要克服土层的摩擦力。

土层的摩擦力取决于土壤的抗剪强度和土与盾构机之间的接触面积。

通过计算土层的摩擦力，可以确定所需的推力。

以上三个因素是影响推力计算的关键因素。

下面以一个实际的案例来进行详细说明。

假设盾构隧道的里程为1000米，隧道直径为8米，地层深度为50米。

根据地质勘探资料得知，该隧道区间土层主要由黏土组成，抗剪强度为100kPa。

已知导轨与盾构机之间的摩擦系数为0.05、根据勘探资料，地层应力为20MPa。

首先，计算径向压力：地层自重压力=地层面积×地层单位体积质量地层单位体积质量=23.5kN/m^3（假设）地层应力压力=地层面积×地层应力其次，计算导轨摩擦力：导轨摩擦力=导轨接触面积×摩擦系数×地层单位体积质量最后，计算土层摩擦力：土层接触面积=2×π×(8÷2)×50≈1256.64平方米土层摩擦力=土层接触面积×抗剪强度综上所述，推力大小计算结果为：推力=径向压力+导轨摩擦力+土层摩擦力以上就是盾构机推力计算的一个简单案例。

实际中，在进行推力计算时，需要考虑更多的因素和参数，如地层的变化情况、不同地层的摩擦系数和抗剪强度等。

同时，也需要结合盾构机的技术性能和工程项目的实际情况来确定最终的推力大小，确保施工的顺利进行。

盾构机的计算原理及应用1. 引言盾构机作为一种重要的地下工程施工设备，在城市地下空间开发中起着重要作用。

本文将介绍盾构机的计算原理以及其在工程中的应用。

2. 盾构机的计算原理盾构机的计算原理是在工程实践的基础上得出的，主要涉及以下几个方面：2.1 地质勘探与分析在盾构施工之前，需要进行地质勘探和分析，确定地下岩土体的力学性质、地下水情况等。

这些信息对盾构机的计算具有重要意义。

2.2 土压力计算在盾构施工过程中，土压力是一个重要的计算参数。

根据地质勘探数据和盾构机的工作原理，可以计算出土体对盾构机的压力。

土压力的计算可以采用经验公式或者数值模拟方法。

2.3 盾构机推力计算盾构机需要推动推土板进行推进，推力是盾构机运行的关键参数。

推力的计算需要考虑盾构机的结构和工作状态，可以通过力学模型和数值模拟方法得出。

2.4 涌水压力计算在地下施工中，涌水是一个常见的问题。

盾构机在遇到涌水时，需要承受涌水带来的压力。

涌水压力的计算需要考虑涌水速度、涌水口尺寸等因素。

3. 盾构机的应用盾构机在地下工程中具有广泛的应用，特别是在城市地铁、隧道等工程中。

3.1 地铁工程中的应用地铁工程是盾构机的重要应用领域之一。

盾构机在地铁隧道的开挖过程中，可以保证施工速度、质量和安全。

盾构机还可以根据地下的地质情况进行设计和调整，以提高施工效率和降低土体开挖的风险。

3.2 隧道工程中的应用除了地铁工程，盾构机还广泛运用于其他隧道工程，如水利隧道、交通隧道等。

盾构机能够根据地下环境进行自动控制，提高施工效率和减少对地下环境的影响。

3.3 城市地下空间的开发随着城市的发展，地下空间的利用也越来越重要。

盾构机在城市地下空间的开发中扮演着重要角色，可以用于地下商业、地下停车场等建设。

盾构机的应用使得城市地下空间的利用更加高效和便捷。

4. 结论通过对盾构机的计算原理和应用进行介绍，可以看出盾构机在地下工程施工中具有重要的地位和作用。

准确的计算和合理的应用可以提高盾构机的效率和安全性，为城市地下空间的开发做出贡献。

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：1）盾壳和土层的摩擦力 FM其中μ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/m 2；土压按静止土压力计算：Po=Ko γH上式中：Po—静止土压力H—覆土厚度Ko—静止土压系数Ko=1－sin φ式中：φ—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/m2M BA S NL F F F +F +F =+∑()[]4/11h h V V M P P P P L D F +++⨯⨯⨯=πμBA F 214BA i s F D p π==9109.3 KN3）盾尾密封的摩擦力（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）5）总推力计算ΣF=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：ΣF=17943.3×1.5=26914.95KN盾构机实际配备推力：S -488/S -698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：刀盘转速： （根据类似工程选取经验值） 刀盘每转切深：岩土的抗压强度： ；刀盘直径： Dd=6.68mT 1=0.5x[100x0.0667x(6.68x0.5)2]=37.2KNm214BA i s F D p π=2S 'F i s F D π=S'10/F KN m=KN F NL 750=h m V /8.4max =rpm n 2.1=cm n V h 67.6/max ==100u q KPa =()[]2max 15.05.0⨯⨯⨯⨯=d u D h q T2）刀盘自重产生的主轴承旋转反力矩:其中：刀盘自重：主轴承滚动半径：滚动摩擦系数：3）刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩 其中：推力载荷 ；刀盘不开口率： a=0.4；刀盘半径；P t =0.4x3.14x3.34x102=428KNT 3=428x1.3x0.004=2.23KN.m4）密封装置摩擦力矩式中：密封与钢之间的摩擦系数：；密封的推力：；密封数：密封的安装半径：5）刀盘前表面上的摩擦力矩； g R G T μ⨯⨯=12570G KN =m R 3.1=004.0=g μ2570 1.30.00429.6.T KN m=⨯⨯=g t R P T μ⨯⨯=3d t P R P ⨯⨯⨯=2παm R 14.32=()1/2102/d h h P P P KN m =+=2142m m m R n F T ⨯⨯⨯⨯=μπ2.0=m μKPa F m 5.1=3=n m R m 25.11=mKN T m .8.825.135.12.02214=⨯⨯⨯⨯=π()d p P R T ⨯⨯⨯⨯⨯=32532μπα其中土层和刀盘间的摩擦系数：；T5=2/3x(0.7x3.14x0.15x3.343x102)=835KN.m6）刀盘圆周的摩擦反力矩其中刀盘边缘宽度：；刀盘圆周土压力：T 6=2x3.14x6.68x0.45x205x0.15=580KN.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，假定土仓室内的土压力为Pd8）刀盘开口槽的剪切力矩其中土的抗剪应力：在切削腔内，由于碴土含有水，取C=15KPa ，内摩擦角为 T 8=2/3x3.14x23x3.343x(1-0.7)=538KN.m9）刀盘土仓内的搅动力矩T 9其中刀盘支撑柱直径：；刀盘支撑柱长度；支撑柱数量刀盘支撑柱外端半径：；刀盘支撑柱内端半径：所以，刀盘总扭矩15.0=p μp z d P B D T μπ⨯⨯⨯⨯=26m B 45.0=()11/4205z h h v v P P P P P KPa =+++=()3722722.94.3p d T R P KN m απμ=⨯⨯⨯⨯⨯=()απτ-⨯⨯⨯⨯=132328R C T 15102523d C C P tg tg KPa τφ=+=+⨯︒=︒=5φ()b d z b n r r P L T ⨯+⨯⨯⨯=2/219φm b 6.0=φm L z 1.1=4=b n m r 4.12=m r 7.01=()m KN T .5.44442/7.04.136.1601.16.09=⨯+⨯⨯⨯=，此为额定扭矩。

某泥水盾构机推力计算书1)计算条件1-1土质条件土壤单位体积的重量γ土壤单位体积的重量(水中) γ'水单位体积的重量γw土壤内摩擦角φ侧向土压摩擦系数Ka最大埋深H从盾构顶部测量的最大地下水位Hw开挖面的水压(盾构机中央) Pw泥土和钢板间的摩擦系数μ1-2 盾构机盾构外径 D盾构长度L盾构总重W盾构千斤顶的最大推力Fj盾构千斤顶的数量nj 1-3 管片材料类型RC单环管片的重量Ws管片和钢板间的摩擦系数μc2)作用于盾构外部钢板的土压将土压减去水压，可求得盾构外壁和泥土之间的摩擦阻。

土压可根据整个埋深计算得出。

上载负载P1、P2为∶P1=γ’H+ PoP2=P1+S式中∶S=πｇ=πγｏｔ水平负载Q1、Q2为:Q1=K1(γ’ H1)Q2=K1{γ’(H1+2R) }3）作用于刀盘面的土压根据整个埋深可计算出土压。

土压可由下式得出。

Pd=Ka×{γ’×(H+R)}4）盾构机的掘进阻力盾构机的掘进阻力表示如下：(1)盾构外部钢板和泥土之间的摩擦阻力(F1)F1=μ×{π×D×L×(P0+P2+P3+P0')/4+W}(2)土压的正面阻力(F2)F2=(π×D2/4)×Pd(3)水压的正面阻力(F3)F3=(π×D2/4) ×Pw(4)盾尾内表面和管片之间的摩擦力(F4)F4=μc×Ws'×gWs'=作用于盾尾部分的重量(假定作用在盾尾部分的最大重量相当于2个环片的重量。

) 5）所需推力和装备推力根据4.(1)～(4),所需推力可由下式得出：F=F1+F2+F3+F4而实际装备推力 Fa 为Fa= Fj×nj=278400 kN ＞ F SF=1.61【CASE2】因此，该盾构机具有足够的推力。

水压的正面阻力F3 kN 116,849.87 99,132.88 盾尾内表面和管片之间的摩擦力F4 kN 667.08 667.08 所需推力和装备推力 F kN 155,698.56 172,566.64 安全率sf - 1.79 1.612.挖掘扭矩的计算一般认为盾构机（轴承型中间支承方式）的挖掘所需扭矩T由以下各要素构成。

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：1）盾壳和土层的摩擦力 FM其中μ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/m 2；土压按静止土压力计算：Po=Ko γH上式中：Po—静止土压力H—覆土厚度Ko—静止土压系数Ko=1－sin φ式中：φ—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/m2M BA S NL F F F +F +F =+∑()[]4/11h h V V M P P P P L D F +++⨯⨯⨯=πμBA F 214BA i s F D p π==9109.3 KN3）盾尾密封的摩擦力（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）5）总推力计算ΣF=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：ΣF=17943.3×1.5=26914.95KN盾构机实际配备推力：S -488/S -698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：刀盘转速： （根据类似工程选取经验值） 刀盘每转切深：岩土的抗压强度： ；刀盘直径： Dd=6.68mT 1=0.5x[100x0.0667x(6.68x0.5)2]=37.2KNm214BA i s F D p π=2S 'F i s F D π=S'10/F KN m=KN F NL 750=h m V /8.4max =rpm n 2.1=cm n V h 67.6/max ==100u q KPa =()[]2max 15.05.0⨯⨯⨯⨯=d u D h q T2）刀盘自重产生的主轴承旋转反力矩:其中：刀盘自重：主轴承滚动半径：滚动摩擦系数：3）刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩 其中：推力载荷 ；刀盘不开口率： a=0.4；刀盘半径；P t =0.4x3.14x3.34x102=428KNT 3=428x1.3x0.004=2.23KN.m4）密封装置摩擦力矩式中：密封与钢之间的摩擦系数：；密封的推力：；密封数：密封的安装半径：5）刀盘前表面上的摩擦力矩； g R G T μ⨯⨯=12570G KN =m R 3.1=004.0=g μ2570 1.30.00429.6.T KN m=⨯⨯=g t R P T μ⨯⨯=3d t P R P ⨯⨯⨯=2παm R 14.32=()1/2102/d h h P P P KN m =+=2142m m m R n F T ⨯⨯⨯⨯=μπ2.0=m μKPa F m 5.1=3=n m R m 25.11=mKN T m .8.825.135.12.02214=⨯⨯⨯⨯=π()d p P R T ⨯⨯⨯⨯⨯=32532μπα其中土层和刀盘间的摩擦系数：；T5=2/3x(0.7x3.14x0.15x3.343x102)=835KN.m6）刀盘圆周的摩擦反力矩其中刀盘边缘宽度：；刀盘圆周土压力：T 6=2x3.14x6.68x0.45x205x0.15=580KN.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，假定土仓室内的土压力为Pd8）刀盘开口槽的剪切力矩其中土的抗剪应力：在切削腔内，由于碴土含有水，取C=15KPa ，内摩擦角为 T 8=2/3x3.14x23x3.343x(1-0.7)=538KN.m9）刀盘土仓内的搅动力矩T 9其中刀盘支撑柱直径：；刀盘支撑柱长度；支撑柱数量刀盘支撑柱外端半径：；刀盘支撑柱内端半径：所以，刀盘总扭矩15.0=p μp z d P B D T μπ⨯⨯⨯⨯=26m B 45.0=()11/4205z h h v v P P P P P KPa =+++=()3722722.94.3p d T R P KN m απμ=⨯⨯⨯⨯⨯=()απτ-⨯⨯⨯⨯=132328R C T 15102523d C C P tg tg KPa τφ=+=+⨯︒=︒=5φ()b d z b n r r P L T ⨯+⨯⨯⨯=2/219φm b 6.0=φm L z 1.1=4=b n m r 4.12=m r 7.01=()m KN T .5.44442/7.04.136.1601.16.09=⨯+⨯⨯⨯=，此为额定扭矩。

第七节 关键参数的计算1．地质力学参数选取MCZ3-HG-063A 7-7-1，作为该标段盾32.5m ，盾构机壳体计算38.75m ，地下稳定水位2.5m 。

地质要素表 表7-7-1隧道基本上在<4－1>、<5Z-2>和<6Z-2>地层中穿过，为相对的隔水地层。

按上述条件对选用盾构的推力、扭矩校核计算如下：2.盾构机的总推力校核计算：土压平衡式盾构机的掘进总推力F ，由盾构与地层之间的摩擦阻力F 1、刀盘正面推进阻力F 2、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F 3组成，即按公式F=( F 1+F 2+F 3).K c式中：K c ——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1计算可按公式 F1= *D*L*CC —凝聚力，单位kN/m 2 ，查表7-7-1，取C= 30.6kN/m2L—盾壳长度，9.150mD—盾体外径，D=6.25m得： F1=π*D*L*⋅C=3.14159⨯6.25⨯9.15⨯30.6＝ 5498 kN2.2 水土压力计算D——盾构壳体计算外径，取6.25m；L——盾构壳体长度，9.15m；pe1——盾构顶部的垂直土压。

按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。

qfe1——盾构机拱顶受的水平土压；qfe1＝λ×pe1pe2——盾构底部的垂直土压。

按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。

qfe2——盾构底部的水平土压。

qfe2＝λ×pe2qfw1——盾构顶部的水压qfw2——盾构底部的水压λ——侧压系数，取0.37；计算qfe1 qfe2qfw1qfw2pe1＝12×1.95×9.8＋13×1.88×9.8＋（32.5-12-13）×1.91×9.8 ＝609.2kN/m2pe2＝609.2 ＋6.25×1.91×9.8＝726.2 kN/m2qfe1＝0.37×609.2＝225.4 kN/m2qfe2＝0.37×726.2＝268.7 kN/m2qfW1＝(32.5-2.5) ×9.8＝294 kN/m2qfW2＝294+6.25×9.8=355.3 kN/m22.3 盾构机前方的推进阻力F 2作用于盾构外周和正面的水压和土压见图7-7-2所示。

第七节 关键参数的计算1．地质力学参数选取MCZ3-HG-063A 7-7-1，作为该标段盾32.5m ，盾构机壳体计算38.75m ，地下稳定水位2.5m 。

地质要素表 表7-7-1隧道基本上在<4－1>、<5Z-2>和<6Z-2>地层中穿过，为相对的隔水地层。

按上述条件对选用盾构的推力、扭矩校核计算如下：2.盾构机的总推力校核计算：土压平衡式盾构机的掘进总推力F ，由盾构与地层之间的摩擦阻力F 1、刀盘正面推进阻力F 2、盾尾内部与管片之间的摩擦阻力F 3组成，即按公式F=( F 1+F 2+F 3).K c式中：K c ——安全系数， 2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1计算可按公式 F1= *D*L*CC —凝聚力，单位kN/m 2 ，查表7-7-1，取C= 30.6kN/m2L—盾壳长度，9.150mD—盾体外径，D=6.25m得： F1=π*D*L*⋅C=3.14159⨯6.25⨯9.15⨯30.6＝ 5498 kN2.2 水土压力计算D——盾构壳体计算外径，取6.25m；L——盾构壳体长度，9.15m；pe1——盾构顶部的垂直土压。

按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。

qfe1——盾构机拱顶受的水平土压；qfe1＝λ×pe1pe2——盾构底部的垂直土压。

按全覆土柱计算，为校核计算安全，采用岩土的天然密度ρ值计算。

qfe2——盾构底部的水平土压。

qfe2＝λ×pe2qfw1——盾构顶部的水压qfw2——盾构底部的水压λ——侧压系数，取0.37；计算qfe1 qfe2qfw1qfw2pe1＝12×1.95×9.8＋13×1.88×9.8＋（32.5-12-13）×1.91×9.8 ＝609.2kN/m2pe2＝609.2 ＋6.25×1.91×9.8＝726.2 kN/m2qfe1＝0.37×609.2＝225.4 kN/m2qfe2＝0.37×726.2＝268.7 kN/m2qfW1＝(32.5-2.5) ×9.8＝294 kN/m2qfW2＝294+6.25×9.8=355.3 kN/m22.3 盾构机前方的推进阻力F 2作用于盾构外周和正面的水压和土压见图7-7-2所示。

1、盾构外径：
盾构外径 D=管片外径 D
S+2(盾尾空隙δ+盾尾壳体厚度 t)
盾尾空隙δ--为保证管片安装和修复蛇行 ,以及其余要素的最小充裕量，一般取 25—40mm;联合五标地质取多少 ?
2、刀盘开挖直径：
软土地层，一般大于前盾 0—10mm,砂卵石地层或硬岩地层，一般大于前顿外径 30mm,五标刀盘开挖直径怎样确立的 ?
3、盾壳 xx
盾壳 xxL=盾构敏捷度ξx 盾构外径 D
小型盾构 D≤3.5M，ξ=1.2 —1.5；中型 3.5M＜D≤9M，ξ=0.8 —1.2；
大型盾构 D＞9M；ξ=0.7 —0.8；
4、盾构重量
泥水盾构重量 =（45---65）D2，因为本线路存在线下溶土洞的可能，再掘进中可否经过此核算，盾构主机能否沉陷？
5、盾构推力
盾构总推力 F
e=安全贮备系数AX盾构推动总阻力 F
d
安全贮备系数A---一般取。

盾构推动总阻力 F
d=盾壳与周边地层间阻力 F
1 / 4。

1.1 系统推力计算盾构的总推力根据各种推进阻力的总和及所需的富裕量决定，对于土压盾构通常考虑的推进阻力有盾体的摩擦力、作用在刀具上的阻力、开挖面的支撑压力、盾尾与管片及盾尾密封刷间的摩擦力、后配套的拖拉力等。

这些推进阻力根据地层情况和盾构的尺寸参数计算如下：1）盾体与地层间的摩擦阻力由公式（1）计算11001)22(25.0μμγπ⨯+⨯++=W D K P K P DL F e e （1） 式中D ——盾构机直径L ——主机长度W ——盾构机主机重量（KN ）γ—— 掘削断面上的土体浮重度（KN/m3）K 0——掘削断面上土体的静止土压系数，取值0.51μ——地层与盾构机外壳间摩擦系数， 通常取ϕμtan 5.01=ϕ——掘削断面上土体的内摩擦角（°）P e ——作用在盾构机上顶部的竖直土压强度（kPa ）, in i i e H p ∑==1γn ——地表至盾构机外壳上顶区域内的不同浮重度的土层的层数γi ——第i 层的浮重度（KN/m3）H i ——第i 层厚度=1F 0.25×3.14×8.658×6.48×（2×200+2×0.5×200+0.5×20×6.48）×0.13+3000×0.13＝4196KN2）刀具上的推力现按照滚刀方式计算推力，共47把，按每把单刃滚刀的最大承载力按250kN 计算。

F2=250×47=11750kN3）盾尾与管片间的摩擦力盾尾与管片间的摩擦力由公式（2）计算2110213μπμ⨯⨯⨯⨯+⨯⨯=p l D W n F s （2） 式中1n ——盾尾内管片的环数Ws ——1环管片的重量2μ——管片与盾尾间的摩擦系数D0——管片外径1l ——盾尾刷的长度1p ——尾刷内油脂压力 F3=2×1000×0.3+3.14×6.2×0.85×300×0.15=1344kN4）后配套拖车的拖拉力后配套的拖拉力暂按500 kN 考虑F4=500 kN5）开挖面的支撑压力开挖面的支撑压力按公式（3）计算，对于土压平衡盾构计算公式如下 S P D F ⨯⨯=425π (3) 式中s P ——设计掘进压力，此处取200kPaF5=3.14×6.482×200/4=6592kN6）系统推力系统的装备推力为上述推进阻力的总和乘以富裕量系数此处取1.5 F=)(54321F F F F F ++++⨯α=1.5×(4196+11750+1344+500+6592)=36573kN 实际配置共22根推进油缸，总推力达到40861KN 。

盾构机的关键参数计算方法1.1.1.1盾构机总推力计算根据隧道工程条件，盾构主要参数计算按盾构在最大土压和水压位置进行计算。

根据招标文件和地质堪察报告按盾顶埋深22m，地下水位埋深按2m，盾构穿越地层按粉质粘土地层进行核定。

1、计算参数管片内径：Φ5500mm管片外径：Φ6200mm管片厚度：350mm管片宽度：1500mm覆土厚度：20m水头压力：200kPa土容重：粘土γ＝19.1kN/m3,粉土γ＝19.9kN/m3土的侧压力系数：0.5盾构机重量：331.7t盾构机盾壳长度：9.55m管片外径：Φg=6200mm盾构尾部的外径为：Φ6390mm盾体直径为：D 0＝6410mm钢与土的摩擦系数μ1＝0.3车轮与钢轨之间的摩擦系数μ2＝0.2每一先行刀的容许负荷pr＝150kN后配套系统G1＝160t最大推力F：42,000kN额定扭矩：5316 kNm脱困扭矩：6934 kNm2、盾构荷载计算松动圈土压，见图2.1.6-1。

按覆土厚度H0=22m计算,H1=1m,H2=12m.H3=9m①Pe1=（γ-10）H2+（γ-10）H3 +γ*H1=219.3kPa ②Pe2=Pe1-64.5=153.8kPa③④ ⑤⑥ ⑦ ⑧ ⑨图2.1.6-1 荷载计算简图3、盾构机总推力计算盾构的总推进力必须大于各种推进阻力的总和，否则盾构无法向前推进。

包括盾构外围与土的摩擦力、盾构推进阻力（正面阻力）、由先行刀挤压阻力、管片与盾尾的密封阻力、后方台车的牵引阻力。

1.1.1.2盾壳与土体的摩擦力(1)、盾构外围与土的摩擦力)4()(221101011w q p q p LD w Lp D F e e e e w ++++=+=πμπμkN 6.11047）331742.1481048.1533.21955.9*41.6*14.3(3.0＝=++++kPa p q e e 1045.0*208*11===λkPa Pe q e 2.1485.0*2195.0*45.6*12*)145.6*)10((2=+=+-=λγkPaL D G p g 02.62)0.8*45.6/(10*320*/0===11e e q qf =22e e q qf =kpa qf w 2101=kpa qf w 2752=(2)、盾构推进阻力（正面阻力）kNqf qf qf qf D F w e w e 1383922752108.1533.219*40881.41*14.32*42211202=+++=+++π＝(3)、由先行刀挤压产生的阻力kN n p F r 2700150*18*3=== (4)、管片与盾尾的密封阻力kN W M F S C 8.1418.92.51.55.5)5.5-6.22.6(41416.323.04=⨯⨯⨯⨯⨯⨯÷⨯⨯=⨯=MC -管件与钢板刷之间的摩擦阻力，取0.3 WS-压在盾尾内部2环管片的自重 (5)、后方台车的牵引阻力kN G F 3201600*2.0*＝125==μ 所需最大推力kN F F F F F F 4.280483208.1412700138396.1104754321max =++++=++++=安全系数5.14.28048/42000/＝max ==F F α 根据分项计算推力的安全系数达到1.5，可以满足掘进的需要。

-K 0φH B e ·у0+B H -K 0φ·B 1·уC1-eφ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。

⑴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/m 3岩土内摩擦角 φ=27°土的粘聚力 C=30Kpa=3.0t/m 2覆盖层厚度 最大：H max =20.3m ；最小H min =10.0m 地面上置荷载 Po=2t/m 2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 W g =19.29t水平垂直土压之比 K o =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：1×tg27° 0-1×tg27°× 5.71 )(20.32.002+ e 20.3( )5.71-1×tg27°× ×1-e 3.05.71×2.0.5.71 (1- ) h = =7.08m )(.式中：松动土压P SP S =γh 0=2×7.08=14.16t/m 2两倍盾构掘进机直径的全土柱土压：P q =γh 0式中：h 0=2D=2×6.39=12.78mP q =γh 0=2×12.78=25.56t/m 2由于P q ＞P S所以，取P q 计算。

P o = P q +2=25.56+2=27.56 t/m 2P o1= P o +W/（D ·L ）=27.56+300/（6.39×7.755）=33.61t/m 2 侧压力计算：P 1 =P o1λ=33.61×0.62=20.84 t/m 2P 2 = （P o +γD ）λ =（27.56+2.0×6.39）×0.62=25.01 t/m 2 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F 1、刀盘承受的主动水平压力引起的推力F 2、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—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②-1b2-3、②-1c2-3、②-2b4、③-1h1-2、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③-3a1-2号地层选取如下：岩土容重：3/9.18m KN =γ 岩土的内摩擦角：φ=17.60土的粘结力： c=47KN/m2覆盖层厚度： mH 33max =地面荷载：2020/P KN m =水平侧压力系数：45.0=λ盾构外径：m D 4.6= 盾构主机长度： m L 38.7= 盾构主机重量： W=350t 经验土压力系数：01K =松动土压（泰沙基公式）计算：()()()()1010/0/0111/B H tg K B H tg K s e P e tg K B c B P φφφγ--⨯+-⨯⨯-⨯=其中B1=R ×ctg[(45°+φ/2)/2] =3.2×ctg[(45°+17.6°/2)/2] =6.3m代入上式得 P5=︒⨯.617)3.6/319.18(3.6tg －×[1－e -1×tg17.6°×(33/6.3)]+20×e -1×tg17.6°×(33/6.3)=228.7(KN/m 2)计算两倍掘进机直径的全土柱土压： Pq=γ×2×D=18.9×2×6.4=242(KN/m2)q sP P >qP ∴取作为计算的数据。

• 地层阻力强度是地层的固有值,它是浆液可以注 入地层的压力最小值,地层阻力强度因土层条件 及掘削条件的不同而不同,通常在0.1～0.2Mpa 以下,但也有高到0.4Mpa的情形,
• 六、二次注浆
• 需要进行二次注入的情形主要有：①一次注入 后未充填到部位的完全充填；②一次注入浆液 的体积缩减部分的补充注入；③为了提高抗渗 透等施工效果而进行的注入,
• 1、工作井
• 为便于进行盾构安装和拆卸,在盾构施工段的始 端和终端,建造的竖井或基坑,
• 始发工作井
在盾构施工的始端,满足盾构掘进机安装和 出洞施工的要求,并用于运送人员、管片、材料、 设备、出渣,
• 接收工作井
在盾构施工的终端,盾构隧道掘进完成后进 入接收井,满足盾构拆卸或转场吊装移位的工作 空间要求,
第七节 盾构法施工的出洞进洞技术
出洞——盾构机从始发工作井开始向隧道内推 进时叫出洞；
进洞——盾构机从隧道内到达接收井时叫进洞； 盾构机出洞、进洞是盾构法施工的重要环节, 需确定的技术方案包括：
工作井设计与施工 工作井洞门的形式 洞门的加固
洞内设备布置等.
盾构进洞 盾构出洞
• 一、 盾构机工作井
• 淤泥层、黏土层中使用双液型浆液的小于50%；
• 砂层、淤泥层,使用砂浆中添加纸浆纤维的浆液 比例占 10%(速凝),
• (2)单液型浆液——土体稳定,无须壁后注浆一定 与掘进同时进行,对于砂砾层地下水含量大的地 层来说,应选定不易被水稀释的浆液,
目前施工中使用最多的石灰膏浆液材料配合比见表
注浆材料配合比 (体积比 )
井下安装盾构
盾构推进进洞
• 2、工作井建筑尺寸
• 作为拼装和拆卸用的竖井,其建筑尺寸应根据盾 构拼装、拆卸及施工来确定,满足盾构装、拆的 施工工艺要求,

土压平衡d1型地铁盾构（液压系统）计算书Ф6340土压平衡d1型盾构推力扭矩计算书2．设计依据Φm土压平衡盾构掘进机的设计根据上海地区的软土地质条件和工程条件进行，土质主要包括灰色淤泥质粘土层、灰色粘土层、粉质粘土、砂质粉土等。

地质条件隧道需穿越的地层主要是灰色淤泥质粘土层、灰色粘土层、灰色粉质土层，其特点：饱和、流塑，属高压缩性土，受扰动后沉降大，易发生流砂。

（见图一）其主要力学指标：a．平均值：N＝2～8b．内摩擦角：Φ＝°～°c．凝聚力：C＝～d．渗透系数：K V20＝×10－5～×10－4cm/secK H20＝×10－5～×10－4cm/sec推进系统3.盾构的载荷条件P g—自重抵抗土压(kN/m2)； P w1—顶部垂直水压(kN/m2)；P w2—底部垂直水压(kN/m2)； q e1—顶部土体侧压(kN/m2)；q e2—底部土体侧压(kN/m2)； q w1—顶部侧向水压(kN/m2)；q w2—底部侧向水压(kN/m2)； q fe1—顶部水平土压(kN/m2)；q fe2—底部水平土压(kN/m2)； q fw1—顶部水平水压(kN/m2)；q fw2—底部水平水压(kN/m2)。

其中q fe1=q e1，q fe2=q e2，q fw1=q w1，q fw2=q w2。

垂直土压： P e1=W0+γt H0+γ'H w（1）式中： W0—地面荷载(kN/m2)； H0—地下水位高度(m)；H w—H-H0； H—覆土厚度(m)；γt—地下水位上部的土体容重(kN/m2)；γ'—地下水位下部的土体容重(kN/m2)。

土体抗力的计算与垂直土压的计算相似。

水平土压（土体侧压）的计算可把垂直土压乘上侧压系数λ求出，即q e=λP e（2）水压通常指地下水位以下的静止水压，即P w =γw H w （3）依据上述情况可以计算盾构在推进过程中的受力进而可以计算盾构推进所需推力。

一、液压泵的选择
1、根据公式算出盾构推进所需的最小推力F0；
2、选择几种千斤顶油缸，根据其直径D0和压力P0算出单个油缸的推力
D2π×P
F1=1
4
3、已我们这边为例，盾构有16组千斤顶，每组有两个油缸，那么推力为:
F2=16×2×F1
4、选择适当型号的油缸，令F2>F0即可；
5、你说的“泵”应该叫做“推进泵”，是给油缸送油的，它的主要参数是流量Q0
（L/min）和压力P1（MPa）；
6、先了解下你们这边隧道的最大允许推进速度V0，这个速度就是千斤顶的最大
D2π×16×2
伸出速度，则最大推进速度时的液压油需求量Q1=V0×1
4
7、Q0>Q1, P1>P0则推进泵满足要求，就确定了推进泵的型号。

如果是两个推进泵，则两个推进泵的流量总和大于Q1，任意压力大于P0。

8、具体多少组千斤顶根据盾构直径而定，地铁一般是16组32个。

警告：
纯属个人看法，慎用！
二、电机车的选择
1、根据盾构直径D和管片宽度L算出一环的挖掘量K=1
4
D2π×L
2、根据土的重度γ算出土体的质量M1=1
4
D2π×L×γ，容重查勘察报告。

3、管片的质量为M2、电机车及平板车的质量为M3
我们这边的形式如下
电机车浆车4节土箱平板车
2节管片平板车
4、一帮情况下M1>M2，则电机车的最大负载为M1+M3，
5、根据隧道最大坡度和摩擦系数可算出电机车的牵引力，则确定了电机车的型
号。

一、盾构外径D
盾构外径D根据管片外径、盾尾空隙、盾尾板 厚确定。
D=D0+2(x+t) 式中 D0——管片外径；
t——盾尾钢板厚度，根据经验公式选用 t=0.02+0.01(D-4),
当D＜4m时，第二项为0；即当D＜4m时， t=20mm；当D=10m时，t=80mm。
x——盾尾空隙。管片组装时富裕量， x=0.01 D0～0.008 D0，根据日本经验，x=20 ～ 30mm。
上海地铁隧道外径6.2m，环宽1m，管片厚0.35m，由6块管片拼装而成。
平板式管片（标准片）
平板式管片 （封顶管片、 邻接管片）
3、按形状分类
（1）箱型管片——由主肋、接头板或纵向肋构成 的凹形管片。
（2）平板型管片——具有实心断面的弧板状管片。
• 三、钢筋混凝土管片尺寸与制作
• 1、管片几何尺寸考虑因素
• 七、注浆设备
• 壁后注浆设备——材料储存设备、计量设备、 搅拌机、贮浆槽（料斗、搅拌器）、注浆泵 （压送泵、注入泵）、注入输浆管、注入控制 装置、记录装置等构成，随注入方式的不同其 构成也不同。
注浆设备：
压浆可用往复活塞泵、单轴螺杆泵等。 注浆泵、储浆泵等均放在盾构后车架。
盾构后车架上的注浆设备
• 淤泥层、黏土层中使用双液型浆液的小于50%；
• 砂层、淤泥层，使用砂浆中添加纸浆纤维的浆液 比例占 10%（速凝）。
• （2）单液型浆液——土体稳定，无须壁后注浆 一定与掘进同时进行。对于砂砾层地下水含量大 的地层来说，应选定不易被水稀释的浆液。
目前施工中使用最多的石灰膏浆液材料配合比见表
注浆材料配合比 (体积比 )
• 4、管片最大弧弦长度：小于4m

右线始发推力及扭矩计算一、计算条件盾构机受力分析：图1项目符号单位覆土厚度H m地下水位(从水面至盾构机顶部为止) H w m泥土天然容重γt/m3水的容重γw t/m3土内部摩擦角φdegree 静土压系数k0--- 土的粘聚力 c kN/m2盾构机外径 D m盾构机总长L m盾体长度Ls m盾体总重量Gs t后配套台车总重量Gt t推进油缸推力 F kN/根油缸装备数量m 根刀盘扭矩Tr kN-m 管片外径Ds m刀盘开口率ξ％刀盘幅宽l m标准刀刀刃宽度B0 cm如图1所示，盾构机在土体中，覆土厚度H ，其间含有H W 高的水头，此时盾构机上下左右均受到水和土体对它的作用力，如图2所示： 1)、盾构机顶部所受的垂直负荷：P1P 1＝H ·γ×10 2)、盾构机顶部侧向负荷： Q 1101P k Q ⨯=3)、盾构机底部侧向负荷： Q 2()102⨯⨯+=γD H k Q4)、盾构机底部所受的垂直负荷：3Pg P P +=13盾构机自重引起的压力：LsD Gs g ⋅⨯=10图2 图3DP1P3二、盾构掘进刀盘扭矩和所需推力计算1、掘进时刀盘扭矩 理论刀盘扭矩：TT = T 1 + T 2 + T 3 + T 4其中 T 1：刀具的切削阻力扭矩T 2：大刀盘面板与地层的摩擦阻力扭矩 T 3：大刀盘外周部与地层的摩擦阻力扭矩 T 4：中间支撑梁的阻力矩 1）、刀具的切削阻力扭矩：T 1H α=10×2.1×ec ･B0･t ･10(-0.22θ)/1000 T 1=n t ×H α×R k其中 e c ：切削阻力系数 B 0：切削刀刃宽度 t ：切入深度 θ：切削刀刃的前角 n t ：刀盘刀具装备数R k ：刀盘刀具平均安装半径2）、大刀盘面板与地层的摩擦阻力扭矩：T 2()322132⎪⎭⎫⎝⎛⋅-⋅⋅=D c T ξπ其中：ξ为大刀盘开口率3）、大刀盘外周部与地层的摩擦阻力扭矩；T 32322⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅⋅⋅=D l c T π其中 l ：为大刀盘外周板的宽度 4）、中间支撑梁的阻力矩 T 4c r ld n T a a a a ⨯⨯⨯⨯⨯=242、盾构掘进推力 盾构机所需推力：FF = F 1 + F 2 + F 3 + F 4其中 F 1：外壳板外周面与坑壁的摩擦阻力的推力 F 2：盾构机前方的水土压力的推力 F 3：管片与盾尾密封的摩擦阻力的推力 F 4：后配套设备的牵引阻力的推力1）、盾体外壳板外周面与坑壁的摩擦抵抗的推力：F 1 Ls D C F ⋅⋅⋅=π1 2）、盾构机前方的土水压力的推力：F 2()422212D Q Q F ⋅⋅+=π 3）、管片与盾尾密封的摩擦阻力的推力：F 3F 3＝μs ×n s ×π×D s ×(P s +P x )其中：μs ：管片与盾尾密封的摩擦系数(＝0.3) P s ：盾尾密封的紧迫力 (＝3.1kN/m)P x ：水压引起的紧迫力 (43.00.13211P Q Q P +++⨯⨯=)4）、后配套设备的牵引阻力的推力：F 4 F 4＝G t ×μt ×9.8其中μt ：牵引阻力系数(＝0.2)。