盾构关键参数详细计算

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
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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与戒+F3).Kc
式中:Kc——安全系数,
2.1 盾构地层之间的摩擦阻力F1宁波px事件
计算可按公式
F1= *D*L*C
C—凝聚力,单位kN/m2 ,查表7-7-1
C= 30.6kN/m2
L—盾壳长度,9.150mscience citation index
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
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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
pe112×1.95×9.813×1.88×9.8+(32.5-12-13)×1.91×9.8
609.2kN/m2
pe2609.2 6.25×1.91×9.8
726.2 kN/m2
qfe10.37×609.2 
225.4 kN/m2
qfe20.37×726.2
268.7 kN/m2
qfW1(32.5-2.5) ×9.8
294 kN/m2
qfW2294+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)(625.42)×1.5×2.5×9.8
=118.46 kN
计算盾构机的总推力F
F=( F1+F2+F3).Kc      Kc1.8
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:
利率汇率Fj=1000 kN/m21300 kN/m2
则选型盾构机的总推力F应为
  F=(π/4)×6.252(10001300)
    =(30679.6939883.60) kN
2.6 结论

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