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盾构机的推力和扭矩计算盾构机的推力和扭矩计算包括软土和硬岩两种情况进行。
在软土中掘进时盾构机的推力和扭矩的计算地层参数按〈6〉岩石全风化带选取，由于岩土体中基本无水，所以水压力的计算按水土合算考虑。
选取可能出现的最不利受力情况埋深断面进行计算。
根据线路的纵剖面图，〈6〉层埋深不大，在确定盾构机拱顶处的均布围岩竖向压力P e时，可直接取全部上覆土体自重作为上覆土地层压力。
盾构机所受压力：P e = 丫h+ P oP0i= P e + G/DLP i=F e xxR=(P+ 丫.D)入式中：入为水平侧压力系数，入= h为上覆土厚度，h= 丫为土容重，丫= t/m 3G为盾构机重，G=340 tD为盾构机外径，D= m ; L为盾构机长度，L= m ; P 0为地面上置何载，P o=2 t/m 2; P oi为盾构机底部的均布压力；P i为盾构机拱顶处的侧向水土压力；P2为盾构机底部的侧向水土压力；P e=X +2= t/m 22 2P oi=+34O/ (x) =m P i=x =m2P2 =+ xx =m盾构推力计算盾构的推力主要由以下五部分组成：F F i F2 F3 F4 F5式中：F i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 l 一(P e P01 P P2)DL .4式中：：土与钢之间的摩擦系数，计算时取0.31 F1(26.83 33.37 14.8918.3) 6.25 8.32 0.3 1144.23t4F2 ,4(D2P d)式中：P d为水平土压力，P d( h D)2D 6.28h 12.8 15.93m2 22F d 0.47 1.94 15.93 14.52t/mF2/ 4(6.282 14.52) 445.48tF3/4(D2C)式中：C为土的粘结力，c=mF3 (6.252 4.5) 138.06t4F4 W c c式中：VC、卩c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，当管片容重为m3管片宽度按计时，每环管片的重量为)，两环管片的重量为考虑。
盾构主要参数的计算和确定1、盾构外径：盾构外径D=管片外径D S+2(盾尾间隙δ+盾尾壳体厚度t)盾尾间隙δ--为保证管片安装和修复蛇行,以及其他因素的最小富余量，一般取25—40mm;结合五标地质取多少?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,五标刀盘开挖直径如何确定的?3、盾壳长度盾壳长度L=盾构灵敏度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，由于本线路存在线下溶土洞的可能，再掘进中能否通过此核算，盾构主机是否沉陷？5、盾构推力盾构总推力F e=安全储备系数AX盾构推进总阻力F d安全储备系数A---一般取1.5---2.0。
盾构推进总阻力F d=盾壳与周边地层间阻力F1+刀盘面板推进阻力F2+管片与盾尾间摩擦力F3+切口环贯入地层阻力F4+转向阻力F5+牵引后配套拖车阻力F6盾壳与周边地层间阻力F1计算中，静止土压力系数或土的粘聚力取盾体范围内的何点的？刀盘面板推进阻力F2，对于泥水盾构或土压盾构土仓压力如何确定的？管片与盾尾间摩擦力F3中，盾尾刷与管片的摩擦系数取偏大好吗？盾尾刷内的油脂压力如何定？计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？6、刀盘扭矩刀盘设计扭矩T=刀盘切削扭矩T1+刀盘自重形成的轴承旋转反力矩T2+刀盘轴向推力形成的旋转反力矩T3+主轴承密封装置摩擦力矩T4+刀盘前面摩擦扭矩T5+刀盘圆周摩擦反力矩T6+刀盘背面摩擦力矩T7+刀盘开口槽的剪切力矩T8刀盘切削扭矩T1中的切削土的抗压强度q u如何确定？刀盘轴向推力形成的旋转反力矩T3计算中土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？，刀盘圆周摩擦反力矩T6计算中，土压力计算是按郎肯土压公式或库仑土压计算？刀盘背面摩擦力矩T7中土仓压力P W如何确定？7、主驱动功率主驱动工率储备系数一般为1.2---1.5，主驱动系统的效率η如何确定？8、推进系统功率推进系统功率W f=功率储备系数A W X最大推力FX最大推进速度VX推进系统功率ηW功率储备系数A W一般取1.2---1.5, 最大推力F、最大推进速度V如何定？推进系统功率ηW=推进泵的机械效率X推进泵的容积率X连轴器的效率9、同步注浆能力每环管片理论注浆量Q=0.25X(刀盘开挖直径D2—管片外径D S2)X管片长度L推进一环的最短时间t=管片长度L/最大推进速度v理论注浆能力q=每环管片理论注浆量Q/推进一环的最短时间t额定注浆能力q p=地层的注浆系数λX理论注浆能力q/注浆泵效率η地层的注浆系数λ因地层而变一般取1.5---1.8。
硬岩掘进机刀盘纯切削扭矩计算研究张 宁 川（中国中铁隧道设备公司 河南新乡 453000）摘要：根据硬岩掘进机盘形滚刀在岩体开挖面上滚压切削的实际状态，以刀刃下的岩石受滚压破坏并沿刀刃两侧软弱面崩落为机理，以岩石强度极限为材料常量依据，试推导滚刀切削牵引力的计算方法，以及刀盘纯切削扭矩的计算方法。
在推导过程中，不考虑岩石为什么会被破碎或怎么破碎，仅考虑岩体受力状态。
以实际工程掘进报告比较计算结果。
谨供业内同仁参考。
关键词：硬岩掘进机 刀盘滚刀 纯切削扭矩推导计算0 引言隧道全断面开挖用的硬岩掘进机依靠刀盘及其上的盘形滚刀滚压破岩，关于岩石破碎以及刀盘滚刀滚压破岩原理和基本规律，国内外有关学者或工程师自百年前及以来均不断进行研究。
例如，H.特雷斯卡的最大剪切应力理论[2]、O.摩尔1882年提出的内摩擦理论[2]、C.Д伏尔柯夫的统计强度理论[2]、A.格里菲斯的有裂纹强度理论[2]等等以及大量相应的试验，指导了包括掘进机在内的破岩机械设计和应用。
国内东北大学、上海交大在上世纪中下年代均作过滚刀的破岩机理及受力研究[4]，提出过滚刀推力及滚动力的计算公式[4]。
现代掘进机厂商的台架试验及工程实例经验的积累，使滚压破岩的计算日趋成熟。
近年来在TBM 或盾构的引进过程中，国外厂商都给施工用户提供过刀盘扭矩计算的公式及图表，但未提供过这些计算式的推导过程。
为了获得一些自主的知识，在前人研究的基础上，也出于对滚刀破岩实际状态的一些看法，从基础研究的角度试提出另一种方式的刀盘扭矩计算方法。
1 基本假设1.1滚刀在一些研究资料中[4]，以有刃角的滚刀作为研究对象，由此得出滚刀与岩面接触区域的投影为两条双曲线围成的接触面，如图一所示。
图中θ为刃角，R 为滚刀半径，h 为贯入度。
但滚刀在实际破岩过程中，刀刃最初的刃角（或圆角）很快被磨损，刃口成为基本上是平的但边缘为小圆角的形状，如图二所示。
图二 滚刀在实际破岩过程中的实际刃角 图一 作为研究对象的有刃角的滚刀因此在以下的讨论中将刀刃作为平面接触看待，由于目前常用的滚刀刀圈刃口，从横断面来看，刃口的宽度和刃脚的宽度相差也不是非常的大。
φ6340mm隧道掘进机型号TM634 PMX设计计算书株式会社小松制作所地下建机事业本部小松(中国)投资有限公司2010年4月目录页数1、计算条件 (3)1.1工程条件 (3)1.2地质条件 (3)1.3计算模型 (4)1.4盾构机规格 (5)2、盾构机刀盘所需扭矩计算 (5)2.1 计算条件 (5)2.2 各参数的计算 (6)2.3 所需扭矩计算 (7)3、盾构机掘进时所需推力计算 (8)3.1 计算条件 (8)3.2 各参数的计算 (9)3.3 推力计算 (10)4、盾构机壳体强度计算 (11)4.1 计算条件 (11)4.2 各参数的计算 (11)4.3 土荷载计算 (12)4.4 盾构机壳体水平方向变位量的计算 (13)4.5 载荷的计算 (13)4.6 弯曲扭矩[M]及轴力[N]的计算结果 (14)4.7 盾构机壳体应力σ的计算结果 (15)5、切削刀具寿命的计算 (19)5.1 地质概况 (19)5.2 地质计算模型化 (19)5.3 主切削刀计算 (19)5.3.1 磨损高度与运转距离的关系 (19)5.3.2主切削刀、刮刀的磨损系数 (20)5.3.3刀具磨损计算公式 (21)5.3.4刀具磨损计算结果 (22)6、三排园柱滚子轴承计算 (23)6.1 盾构机规格 (23)6.2 载荷计算 (24)6.2.1土载荷的计算 (24)6.2.2 作用与三排园柱滚柱轴承上的载荷的计算 (24)6.3、三排园柱滚柱轴承寿命计算： (25)6.3.1三排园柱滚柱轴承规格 (25)6.3.2 三排园柱滚柱轴承寿命计算 (25)1、计算条件：1.1、工程条件：(1) 隧道长度 m(2) 隧道最小转弯半径 250m(3) 盾构机开挖直径φ6340m m(4) 管片外径φ6200m m(5)管片内径φ5500m m(6)管片宽度 1200mm(7)管片厚度 350mm(8)分块数 5+1块(9)管片重量 4.5t / 块(10)隧道坡度‰1.2、地质条件：(1)土质淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、砂质粉土、粉砂、中粗砂(2)隧道覆土厚度 5～30 m(3)地下水位GL- 0.5 m(4)间隙水压 MPa(5)透水系数 cm/sec(6)标准贯入值（N值）(7)内摩擦角 deg(8)粘着力 kN/cm2(9)含水率（W%）(10)地面负荷 6 tf/m2(11)地层反力系数 kN/m21.3、计算模型说明：由于整个计算全部采用在埋深30m ，承受最大水压力，因此计算偏与安全。
6.15m土压平衡型地铁盾构机（液压系统）计算书拼装机驱动液压系统1、基本参数拼装机转速： n = 0.3rpm/1.5rpm拼装机转动范围： =±210°马达-减速机速比： i1 = 19.56减速机-大齿圈速比：i2 = 200/15回转力矩： T=87.2KN²m2、马达扭矩：T马达= T/ i1 / i2= 87.2/19.56/(200/15)= 334.36 N²m3、马达转速：n马达=n³i1³i2=1.5³19.56³(200/15)= 392r/min。
4、马达排量马达的工作压力初选12MPaV = 6.28³T马达/12/ηm= 6.28³334.36/12=174.98mL/min5、流量：Q = V²n马达/ηv= 175³392/1000/0.98= 70L/min考虑到泄漏量：单马达的所需流量初选75/min.根据上述参数：选配：马达： MB175AP080马达额定扭矩： T额定=765 N²m马达排量： q =175cm3/rev额定压力： 27.5Mpa额定转速： 600rpm油源与螺旋机系统共用。
拼装机油缸液压系统1、提升油缸工作负载：210KN；提升速度：5cm/s；油缸数量：21） 液压缸内径D 的计算 初选液压缸的工作压力为21MPamm P F D 79.79102114.31000105446=⨯⨯⨯⨯==π 根据国家标准GB/T2348-1993液压缸内径系列将所计算的值圆整为标准值，取D=80mm2）活塞杆直径D 的计算mm Dd 9.4446.1146.1801=-⨯=-=ϕϕ 根据国家标准GB/T2348-1993活塞杆直径系列将所计算的值圆整为标准值，取d=45mm其中ϕ—速度比。
222d D D -=ϕ下面给出了不同速度比时活塞杆直径d 和液压缸内径D 得关系d 和D 的关系设计中，根据工作压力的大小，选用速度比时可参考ϕ和p 的关系表ϕ和p 的关系本，应尽量选用标准系列值。
土压平衡盾构机刀盘刀具设计的探讨0 引言在城市地铁施工建设中，土压平衡盾构是应用最广泛的一种形式。
在盾构机的刀盘布局设计中，刀具类型、布置方法直接影响到刀盘的掘进效果及使用寿命。
从施工方面来讲，合理的刀盘布局设计与整个盾构施工的安全性、经济性和效率密切相关，盾构刀盘刀具的布局研究对盾构施工具有重要的指导意义。
1、盾构刀盘及刀具类型刀盘按结构形式可分为a.辐条式、b.面板式、c.复合式，辐条式适用于软土，面板式适用于硬岩，复合式是介于辐条式和面板式的一种形式，通用性高，复合地质条件适用性强[1]。
本文针对广州地铁4号线南延段盾构施工研究，属复合地层。
复合式刀盘主要由直刮刀、边缘刮刀、单刃滚刀、双刃刮刀组，根据功能需要配合以先行刀、超挖刀、磨损检测刀、保护刀等[2]。
2、盾构刀具磨损计算分析随着盾构法施工在地铁建设中的广泛应用，刀具磨损已经成为一个影响工程质量和进度的关键问题。
刀具的磨损在盾构掘进过程中不可避免，合理的布局设计需要考虑因磨损引起的使用寿命一致。
参照经验公式，盾构机刀盘外圈刀具的磨损公式①[3]：。
式中：—磨损量，mm；—磨耗系数um/km；D—盾构刀盘外径，m；L—盾构掘进距离，m；—刀盘的转动速度，r/min；—盾构掘进速度，cm/min。
将D=2R代入①式，即得公式②：为保证刀盘能切削整个掘进圆面积范围，盾构机刀盘上刀具的安装，自内向外依次排列，不同半径刀具的行程会有较大差异。
有效做到各刀具的更换周期一致，就需要合理控制刀具的磨损量。
刀具的磨损系数可以参照经验公式[4]③：。
式中：—1条轨迹配置n把刀具的磨损系数；—1条轨迹配置1把刀具的磨损系数。
磨耗系数定义为[5]：刀具每掘进1Km时的磨损量，单位mm。
将③式代入②式，得公式④：。
并且，为了计算刀具的掘进距离，转化为L的函数公式，得到公式⑤：。
在刀具的使用中，当磨损量达到一定值时，即进行更换，这里使用代替，得到许用距离的表达式⑥⑦：、。
浅析海瑞克土压平衡盾构机刀盘电机控制系统作者：彭川来源：《城市建设理论研究》2013年第26期摘要：土压力平衡盾构机是工程中重要的一种机械，其刀盘电机的控制系统是土压力平衡盾构机的重要组成部分，Herrenknecht土压力盾构机是目前使用较为广泛的一种土压力盾构机，研究其刀盘电机控制系统的设计应用方面的内容对盾构机的刀盘系统的发展具有重要意义。
文章从Herrenknecht土压力盾构机刀盘控制系统的构成出发，探讨了刀盘控制系统的难点问题以及刀盘电机的逻辑控制。
关键词：海瑞克；土压力盾构机；刀盘电机控制系统；逻辑控制中图分类号：TM3 文献标识码：A1刀盘电机控制系统的构成海瑞克土压力盾构机的刀盘电机控制系统主要由PLC、变频器、人机界面三者组成，在盾构机工作的过程中，操作员通过人机界面来控制刀盘的运行，使得刀盘的工作在设定的范围内，变频器的运转是通过Profibus总线和PLC进行信息的传输的，变频器是对380 V/50 Hz的工频交流电进行变频以此来达到驱动盾构机刀盘运转。
目前因为盾构机的生产核心技术都在欧美等国家的手中，特别是刀盘电机控制系统，研究海瑞克土压力盾构机的刀盘电机控制系统的设计可以为国产盾构机的发展起到积极的推动作用，同时研究海瑞克土压力平衡盾构机刀盘电机控制系统能够促进盾构机控制系统方面的极大发展。
2刀盘电机控制系统的难点问题因为土压力盾构机的体积较大，其中电机设计的设备较多，系统设计繁杂，复杂性较高，刀盘电机在运行的过程中往往会涉及到液压系统、润滑系统、、水系统等辅助型系统。
辅助系统与刀盘电机系统的协调性问题一直是盾构机刀盘电机控制系统设计的难题，若处理不好系统与系统之间的问题，盾构机在使用的过程中，很容易发生崩溃的现象，严重的影响盾构机的正常使用，在工程中，若盾构机发生故障，则会造成较大的损失。
文章从状态机的编程将刀盘电机的运行分成若干个系统，再根据若干子系统的条件进行子程序的设计。
