(完整word版)盾构机推力计算.doc

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。

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。

软土地区地铁盾构隧道课程设计说明书（共00页）姓名杨均学号 070849导师丁文琪土木工程学院地下建筑与工程系2010年7月1． 设计荷载计算1.1 结构尺寸及地层示意图ϕ=7.2ϕ=8.92q=20kN/m图1-1 结构尺寸及地层示意图如图，按照要求，对灰色淤泥质粉质粘土上层厚度进行调整：mm 43800 50*849+1350h ==灰。

按照课程设计题目，以下只进行基本使用阶段的荷载计算。

1.2 隧道外围荷载标准值计算 （1） 自重2/75.835.025m kN g h =⨯==δγ（2）竖向土压若按一般公式：21/95.44688.485.37.80.11.90.185.018q m KN h ni i i =⨯+⨯+⨯+⨯+⨯==∑=γ 由于h=1.5+1.0+3.5+43.8=48.8m>D=6.55m ，属深埋隧道。

应按照太沙基公式或普氏公式计算竖向土压：a 太沙基公式：)tan ()tan (0010]1[tan )/(p ϕϕϕγB hB he q e B c B --⋅+--= 其中：m R B c 83.6)4/7.75.22tan(/1.3)4/5.22tan(/0000=+=+=ϕ（加权平均值0007.785.5205.42.7645.19.8=⨯+⨯=ϕ） 则：2)9.8tan 83.68.48()9.8tan 83.68.48(11/02.18920]1[9.8tan )83.6/2.128(83.6p m KN e e =⋅+--=-- b 普氏公式：2012/73.2699.8tan 92.7832tan 32p mKN B =⨯⨯==ϕγ 取竖向土压为太沙基公式计算值，即：21/02.189p m KN e =。

（3） 拱背土压mkN R c /72.286.7925.2)41(2)41(2G 22=⨯⨯-⨯=⋅-=πγπ。

其中：3/6.728.1645.11.728.10.8645.1m KN =+⨯+⨯=γ。

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。

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。

盾构机主要参数：1、粘土2、覆土H 15米3、土体单位体积质量W1 2.1 t/m³4、内摩擦角φ 0 deg5、地面荷载 1.0t/㎡6、侧方土压系数 K1 0.77、松弛土的粘着力 c 4.905KN/㎡8、盾构机外径d 8.83m9、盾构机内径 r 4.44m10、盾构机长度 L 9.9m11、盾构机质量G 750吨12、掘削断面积A 61.9㎡13、刀盘半径4.415m14、后配套质量GB 155.7 t15、牵引系数μ 0.516、管片外径 Ds 8.5m17、盾尾密封数 n 4道18、盾尾密封挤压力 PT 0.00314MN/m19、管片与盾尾密封的摩擦阻力μs 0.3重要参数计算：（1）松弛高度计算松弛高度：考虑地面负载： H1=H+S/WO 15.5m考虑全覆土，松弛高度：H2=H1= 15.5m松弛宽度：B=r*cos(45-φ/2)+ r｛1+sin(45-φ/2｝)*tan(45-φ/2) 10.84m(2) 土压计算作用在盾体的土压为上部土压P1、侧压P2、及下部土压P的平均值P1=H2*W1=325500paP2=K1*(H2+r)*W1=293100paP3=P1+G/(d*L)=409100pa平均土压P=(P1+P2+P3+P2)/4=330200pa=3.302bar（3）推力计算盾构机由盾体外周摩擦阻力、胸板所受的土压与水压、后续设备的牵引力、管片与盾尾密封的摩擦阻力组成。

a.克服盾体外周摩擦阻力的推力F1=ňdLc =13463KNb.克服胸板所受的土压与水压F2=A*P2=181400KNc.克服后续设备的牵引力F3=μ*GB=1278.5KNd.克服管片与盾尾密封的摩擦阻力F4=ňDs*μs*n*PT=100.48KN推进时所需的推力F=F1+F2+F3+F4=32922KN=3292.2t。

机车牵引计算一、机车牵引曲线1、机车粘着系数的经验公式：μ=0.04+24/（100+4.1V）2、机车粘着牵引力及机车牵引力的计算：（1）、机车粘着牵引力计算：Fμ=μ×P（P为机车粘着重量）（2）、机车牵引力按机车动轮轮周牵引力计算：FK =3.6ηNK/V （NK为机车标称功率；η为机车车轮驱动装置传动效率）。

（3）、机车起动牵引力按速度为零时的粘着牵引力计算。

二、机车牵引吨位1、机车单位基本阻力计算（1）、电传动机车的计算单位基本阻力的经验公式：WO／=1.64+0.014V+0.00026V2（N/KN）（2）、计算货车运行单位基本阻力的经验公式：WO／／=1.07+0.0011V+0.000236V2（N/KN）（3）、单位起动阻力的计算：根据《牵规》，电传动车、内燃机车的单位起动阻力Wq ／均取5 N/KN；货车的单位起动阻力Wq／／按式Wq／／=3+0.4iq（N/KN）计算，式中iq为起动地段的加算坡度（‰），且当货车单位起动阻力的计算结果小于5 N/KN时，规定按5 N/KN计算。

2、机车在不同坡道、不同速度运行的牵引重量计算公式起动时：GQ =( Fμ-P（Wq／+ iq）)/（ Wq／／+ iq）运行时：G=( FK -P（WO／+ iq）)/（WO／／+ iq）三、45t机车27.04‰坡道牵引吨位GQ =（Fμ-P(Wq／+ iq)）/( Wq／／+ iq)粘着牵引力Fμ=μ×p=0.28x450=126KNμ：机车粘着系数 0.28P ：机车粘重 450KNWq／：机车单位起动阻力5N/KN（根据机车《牵规》取值） iq: 坡道阻力系数27.04‰／／=3+0.4igWq=273.1tGQ15T管片车重量：3t（自重）+15t（管片重量）=18x2辆=36t6m3砂浆车重量：7.5t（自重）+15t=22.5t18m3渣土车重量：11t（自重）+40t=51 x4辆=204t总牵引重量：262.5t45T机车即可满足牵引结论：经过计算满足招标要求。

1.1 盾尾间隙的计算盾尾间隙包括以下几部分：理论最小间隙、管片允许拚装误差、盾尾制造误差、盾尾结构变形、以及盾尾密封的结构要求等。

（1）理论最小间隙 管片外径D=6000mm ； 盾尾端至第一环管片前端的距离L=2600mm ；R o —隧道曲线半径，考虑到盾构蛇行的因素取R o =350m ；则隧道管片内侧曲线半径：0/2347R R D m =-=盾尾端部至第一环管片前端对应的圆心角：-1-1 = sin (L/R)= sin (2.6/347)=0.429φ︒ 则理论间隙为：b1 =R(1-cos )=347(1-cos0.429)=0.0097m =9.7mm φ⨯︒取b1=10mm（2）管片精度及管片拚装误差： b2=5mm（3）盾尾制造误差： b3=5mm （4）盾尾变形： b4=5mm （5）其它因素：图3-9-1 盾尾结构图φ1500图3-9-2 盾尾理论间隙计算示意图b5=5mm（6）盾尾密封刷安装尺寸： b6=45mm 所以盾尾间隙为1234561055554575b b b b b b b mm=+++++=+++++= b=9.7mm 是曲线半径350m 时，管片在盾尾内的最小极限间隙值，考虑到管片本身的尺寸误差、拼装的精度、盾尾的偏移等因素，同时考虑到盾尾还要安装同步注浆管道和盾尾密封，根据经验实际选取盾的间隙为75mm 。

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ZCK17+000处的隧道顶部的覆土厚度约为37m ，而在较浅处的隧道顶部距地面不足6m 。

由于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，并取两都中的最大值作为盾构计算的外部荷载。

在大石—汉溪区间最大埋深位置在ZCK17+000处，但此处围岩为7号地层，稳定性较好。

而YCK17+020处隧道顶部为6号地层，埋深约35m ，所以对盾构计算取此断面埋深为最大埋深值。

固定墩和固定支架承受的推力计算首先，需要了解什么是推力。

推力是指物体受到的外力，使其朝一个特定方向运动或倾斜的力。

在固定墩和固定支架设计中，推力是指由结构或设备对墩或支架施加的向外的力。

这些力通常是由结构或设备的重量、动力或其他外部因素引起的。

在计算固定墩和固定支架承受的推力时，需要考虑以下几个因素：1.结构或设备的重量：首先需计算结构或设备的重量，包括所有的组成部分和附属设备的重量。

重量可以通过进行重量估算或使用测力计等设备进行实际测量来获取。

2.施加在结构或设备上的外力：外力可以是静力或动力。

静力是指由于重量、压力或由其他因素引起的固定力；而动力则是指由于运动或作用力导致的力。

对于静力，可以通过掌握结构或设备受力的原理，计算得出。

而对于动力，需要考虑结构或设备运行时的最大力，并进行估算。

3.结构或设备的运动和振动：结构或设备的运动和振动会产生额外的推力。

在计算固定墩和固定支架的推力时，需要考虑这些运动和振动，并进行适当的估算。

在得出结构或设备的总推力后，可以应用牛顿第三定律，计算出固定墩和固定支架所承受的推力。

牛顿第三定律表明，任何施加给物体的力都会引起另一物体对其施加同样大小但方向相反的力。

因此，结构或设备对墩或支架施加的推力将会以相等且反向的力作用于墩或支架上。

在进行推力计算时，需要考虑墩或支架的几何形状、材料的强度和刚度等因素。

这些因素会影响墩或支架的受力分布和承载能力。

此外，还需要对墩或支架进行合理的设计和选择，以保证其能够承受计算出的推力。

设计时应考虑到材料的强度、刚度和安全系数，以确保墩或支架在使用过程中不会发生破坏或失效。

综上所述，计算固定墩和固定支架承受的推力是一个复杂而关键的工程问题。

只有充分考虑结构或设备的重量、施加在其上的外力以及运动和振动等因素，并进行合理的设计和选择，才能保证固定墩和固定支架的安全运行。

土压力计算方法二公式说明一、 计算公式根据土压平衡盾构的工作原理，土仓压力需要与开挖面的正面水土压力平衡以维持开挖面土体的稳定，减少对土层的扰动。

基于力学原理，正面水土压力的理论值为：H q H K P P P w w w c γγ++=+=)('0 （式1）式中c P 为土压力，w P 为水压力。

)('q H K P w c +=γ （式2）式中w K 为静止土压力系数，一般通过试验确定，无试验资料时，可按参考值选取；砂土取0.35～0.45；粘性土取0.5～0.7，也可利用半经验公式'sin 1ϕ-=w K 计算，式中，'ϕ为土体的有效内摩擦角。

'γ为土的有效重度，单位3/m KNH 为计算点土层厚度。

q 为连续均布荷载。

H P w w γ= （式3）式中w γ为水的重度，H 为计算点土层厚度。

二、 星会区间湖底掘进计算模型考虑2.1. 计算模型盾构机掘进穿越金鸡湖底施工，从地质纵断面图看盾构机主要通过④2粉砂层及⑤粉质粘土层，开挖面的正面水土压力考虑分为三部分，一为金鸡湖水；二为①1淤泥层，三为其他土层（包括①2素填土、③1粘土、③2粉质粘土、④1粉土、④2粉砂、⑤粉质粘土）。

2.2. 竖向分层计算原则静止土压力分层计算模式为：第一层按照均质土方法计算，计算第二层土土压力时，将第一层土换算成与第二层的性质指标相同的当量土层厚度'1h ，即211'1γγh h =，然后按换算后第二层土的厚度计算第二层范围的土压力，依此类推。

在本计算实例中，第一层金鸡湖水视为连续均布荷载）（Pa *10*3^101h q =；式中1h 为水深。

第二层为①1淤泥层，该层厚度为2h ，根据地质勘察报告，该层湿密度为3/38.1cm g =ρ，则重度为342/1038.1m KN ⨯=γ。

第三层为其他土层，该层厚度为3h ，计算该层范围土压时土层厚度32'393.138.1h h h +⨯=，根据地质勘察报告，该层平均湿密度为3/93.1cm g =ρ，则重度为343/1093.1m KN ⨯=γ。