盾构关键参数计算..docVIP

第七节 关键参数的计算 1．地质力学参数选取 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 12.0 1.95 20.3 12.0 5Z-2 硬塑状残积土 13.0 1.88 26.0 25.0 6Z-2 全风化混合岩、块石土 14.0 1.91 30.6 39.0 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=(*D*L*C C—凝聚力，单位kN/m2 ，查表7-7-1， 取C= 30.6kN/m2 L—盾壳长度，9.150m D—盾体外径，D=6.25m 得： F1=(*D*L*(C=3.14159(6.25(9.15(30.6 ＝ 5498 kN 2.2 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×pe1 pe2——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×pe2 qfw1——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 qfe2 qfw1 qfw2 pe1＝12×1.95×9.8＋13×1.88×9.8＋（32.5-12-13）×1.91×9.8 ＝609.2kN/m2 pe2＝609.2 ＋6.25×1.91×9.8 ＝726.2 kN/m2 qfe1＝0.37×609.2 ＝225.4 kN/m2 qfe2＝0.37×726.2 ＝268.7 kN/m2 qfW1＝(32.5-2.5) ×9.8 ＝294 kN/m2 qfW2＝294+6.25×9.8 =355.3 kN/m2 2.3 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。 按水压和土压分算公式计算，将以上各项代入公式得：F2 = 17539.5 kN 2.4 盾尾内部与管片之间的摩阻力F3 F3=μc.ωs μc——管片与钢板之间的摩擦阻力，取0.3 ωs——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 =118.46 kN 计算盾构机的总推力F F=( F1+F2+F3).Kc Kc取1.8 F=(5498 +17539.5+118.46) ×1.8 = 32770.7 kN 2.5 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=1000 kN/m2～1300 kN/m2 则选型盾构机的总推力F应为 F=(π/4)×6.252(1000～1300) =(30679.69～39883.60) kN 2.6 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= 500 kN/m2 盾构中心的水平土压 Pd= 107.7kN/m2 盾构中心的水压 Pw= 324.7kN/m2