始发推力及扭矩计算

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)	Hw	m
泥土天然容重	γ	t/m3
水的容重	γw	t/m3
土内部摩擦角	φ	degree
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
切入深度	t	cm
标准刀前角	θ	rad
标准刀装备数量	nt	个
标准刀平均安装半径	Rk	m
中间梁数量	na	根
中间梁平均安装半径	ra	m
中间梁半径	da	m
中间梁长度	la	m
盾尾密封段数	ns	段

 
    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：P1
                   P₁＝H·γ×10 
2)、盾构机顶部侧向负荷： Q₁
                   
3)、盾构机底部侧向负荷： Q₂
                    
4)、盾构机底部所受的垂直负荷：
                   
   盾构机自重引起的压力：
 

 
 
 
                      图2                                       图3
 
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：T
T = T₁ + T₂ + T₃ + T₄
其中 T₁：刀具的切削阻力扭矩
   T₂：大刀盘面板与地层的摩擦阻力扭矩
   T₃：大刀盘外周部与地层的摩擦阻力扭矩
      T₄：中间支撑梁的阻力矩
1）、刀具的切削阻力扭矩：T₁
Hα=10×2.1×ec･B0･t･10^(-0.22θ)/1000
T₁=n_t×H_α×R_k
其中 e_c：切削阻力系数
       B₀：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：T₂

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；T₃

其中 l：为大刀盘外周板的宽度
4）、中间支撑梁的阻力矩   T₄

   
 
 
 
    2、盾构掘进推力
盾构机所需推力：F
F = F₁ + F₂ + F₃ + F₄
其中   F₁：外壳板外周面与坑壁的摩擦阻力的推力
     F₂：盾构机前方的水土压力的推力
     F₃：管片与盾尾密封的摩擦阻力的推力
     F₄：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：F₁
                    
2）、盾构机前方的土水压力的推力：F₂

3）、管片与盾尾密封的摩擦阻力的推力：F₃
                  F₃＝μ_s×n_s×π×D_s×(P_s+P_x)
  其中：μ_s：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 ()
4）、后配套设备的牵引阻力的推力：F₄
                    F₄＝G_t×μ_t×9.8
  其中μ_t：牵引阻力系数(＝0.2)