盾构关键参数计算

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1、广州地铁三号线【汉溪站南～市桥站北盾构区间】盾构工程投标文件第七篇盾构机选型及管模第七节关键参数的计算1．地质力学参数选取图7-7-1计算断面地质剖面图根据广州市轨道交通三号线详勘阶段汉溪～市桥盾构段Ⅱ段的岩土工程勘察报告，汉溪站南～市桥站北区间隧道中，左线及右线的工程地质纵断面图，选择右线里程YCK21+037.233处地质钻孔编号为MCZ3-HG-063A的相关地层数据，见地质剖面图7-7-1，作为该标段盾构机选型关键参数设计和校核计算的依据。该段面地表标高为27.41m，隧道拱顶埋深32.5m，盾构机壳体计算外径6.25m，盾壳底部埋深38.75m，地下

2、稳定水位2.5m。其它地质要素如表7-7-1所示。地质要素表表7-7-1代号地层厚度S（m）天然密度ρ（g/cm3）凝聚力C（KPa）底层深度H（m）<4－1>粉质粘性土12.01.9520.312.0<5Z-2>硬塑状残积土13.01.8826.025.0<6Z-2>全风化混合岩、块石土14.01.9130.639.0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F1、刀盘正面推进阻力F2、盾尾

3、内部与管片之间的摩擦阻力F3组成，即按公式F=(F1+F2+F3).Kc式中：Kc——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=p*D*L*C7-72中铁十四局集团有限公司广州地铁三号线【汉溪站南～市桥站北盾构区间】盾构工程投标文件第七篇盾构机选型及管模C—凝聚力，单位kN/m2，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=p*D*L*×C=3.14159´6.25´9.15´30.6＝5498kN2.2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

4、；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qfe1qfe2qfw1qfw2pe1＝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×

5、9.8＝726.2kN/m2qfe1＝0.37×609.2＝225.4kN/m2qfe2＝0.37×726.2＝268.7kN/m2qfW1＝(32.5-2.5)×9.8＝294kN/m2qfW2＝294+6.25×9.87-72中铁十四局集团有限公司广州地铁三号线【汉溪站南～市桥站北盾构区间】盾构工程投标文件第七篇盾构机选型及管模=355.3kN/m22.3盾构机前方的推进阻力F2作用于盾构外周和正面的水压和土压见图7-7-2所示。2图7-7-2盾构机受力示意图按水压和土压分算公式计算，将以上各项代入公式得：F2=17539.5kN2.4盾尾内部与管片之间的

6、摩阻力F3F3=μc.ωsμc——管片与钢板之间的摩擦阻力，取0.3ωs——压在盾尾内的2环管片的自重F3=0.3×2×(3.1416/4)(62－5.42)×1.5×2.5×9.8=118.46kN计算盾构机的总推力FF=(F1+F2+F3).KcKc取1.8F=(5498+17539.5+118.46)×1.8=32770.7kN2.5盾构机总推力的经验计算《日本隧道标准规范<盾构篇>》，根据大量工程实践的统计资料，推荐单位面积上的推力值为：Fj=1000kN/m2～1300kN/m27-72中铁十四局集团有限公司广州地铁三号线【汉溪站南～市桥站北盾构区间

7、】盾构工程投标文件第七篇盾构机选型及管模则选型盾构机的总推力F应为F=(π/4)×6.252(1000～1300)=(30679.69～39883.60)kN2.6结论选型盾构机的推力为36000kN，它大于校核计算值32770.7kN，又控制在经验值范围内，说明该盾构机的推力值合理。3盾构机刀盘扭矩校核计算3.1．计算条件选取地质条件同前，由于该地段埋深较大，考虑土体的自成拱效应，土压力计算按2倍的盾构直径按水土分算进行。3.1.1天然地基的强度、地压、水压天然地基的抗压强度（查表）P=500kN/m2盾构中心的水平土压Pd=107.7kN/m2盾构中心的水

8、压Pw=324.7kN/m2上部垂直土