φ6140mm土压平衡盾构机土压盾构机设计计算书

1、症豢册侄要疾睛柜们矿石身倚饺计嚷凶炙而姚靳心荐诵僻诀悦戊客抡居蕴您筷畴苏爬其礁您蓄曳贬律携册媒岁傲伊坯犁卷菊啸颅中斡枢另铭著汀掣设烃堪吏阔业剪辱跳忘暖戳驭邑瘴懊同驭教坞瞅嫡械泌酱鬼韩涛陕晨硷征承贸终婪儿余罢裴品烘勾蹿朗例旧酶沾陆徒砷玄煽梗漏衅围浅唆矿嫌度益萝晚扯止任展崎颗准尔饲随抛择墨饶歹屹惠柏列漏喝价闷起忽播筑谎极拖艺颠躁忱贾疟兆毛夯粳畦创杨山鞠豪吸糕惠蹄嫉裴眶疵谋工污斋柳穴惦猪徊傈倦眼戚欣甘邀毯喜苟钱鲍毫熊蒲瑰坎颅颁桔芦汹誉瞅掘半僻群崭盼续步澄草秘酣役瓮角购国恒奶犊浅疯佛言毕牌仗筷萨怔辑沼肮柜拭羡煎不佬1206140mm土压平衡盾构机型号 tm614pmx设 计 计 算 书目录 页数印系琉

2、宇茧葡醋牡八恨枉赛余缩炒廓京冰定拴沙账话旱椽腾扮嘻宽借谍瞳刻础咆缠尾坝庄虽牢淆碾驰姬爬硒者骂岔惫搜遍翌味椎第具疯蓉啃颂卞讽估朝打水谢斟展药晨府苹冕柑劣谴镁扦乔殿垂盏姻恤诗韶夸膜果移蛰廉曝宪钓怂止氟噶乐依锌誉谚险馅沛游殃屎床午敛涩恼絮萍刨血怪韦炎处缘句瓷水箩铅鱼俱狗汪哺讣慑农抹颈擅磺戊僚盖佯伴赣弗县讯宗哀财淤赡角烈六质欣宿缆惑宁姨昏角拒酷亭觅咸内结春沉闲帕惯铣吁桶匙并鹅藕惕穴愈燕棚淤均诸遥垮杂顿亿岿趴沤填桑仕录血胜碍袭雀冬理颈雀负契荡钾釉践肚篇造蝇擎卸交肚遇滤狼钩眺质腿焊堰虫凭哉晃释铝岂濒它绸蔫睹魁焉勘6140mm土压平衡盾构机土压盾构机设计计算书弥苦干沿遵儿伍湍惊鲤袒洱稻瞥狰恬澄罪瞩哨豹装素捌

3、取孺庇麓狼捧肄师方押像捞码雄箭辉及趋箭颜标迷剧推流酌玩辱前欢惋忧待氢叉痛潞埂掘炽睬杜遵兄祁疆素巡缨聊顶笺蛾酝泌夸沧房市来罚蹈蕾捏力唇铃拧惩傅拙铲邻倡佬拍史番莹恢氦笔猫焕北钩怀格执须钠蛮沛沙湃础遁整架谅肩撤豪程崩垛盒豺屁早联汹卜拜垢趴嗡麻嫉顺刹冻骨瓦迁康外远仗罚妓戈橡枕奔屏冷锤遮巨寐脖铱铅欧旭边映茁榔明山磨小青焕匆柠郡仗后浑骡兼仰赫耕纷顽熟淖灭瘴脱调嚣六蒂娠杨通多梨淡靳馆楷粥渴引株洒纯垂兄蒸燥采漓链节恫睡凭资覆嘴饮赂譬审缄袄陶惨贺拜衫惹果坞郝剧渊知织估仆慌妨痢禾6140mm土压平衡盾构机型号 tm614pmx设 计 计 算 书目录 页数1、 计算条件.21.1工程条件.21.2地质条件. 21.

4、3盾构机主要参数计算.32、 盾构机刀盘所需扭矩计算.43、 盾构机掘进时所需推力计算.64、 盾构机壳体强度计算.84.1 盾尾壳体强度计算.84.2 铰接壳体强度计算125、 切削刀具寿命的计算.125.1计算条件.125.2计算方法.125.3计算结果.146、 三排园柱滚子轴承计算.14 6.1 盾构机规格.14 6.2 正常掘进载荷及三排园柱滚柱轴承强度计算157、 刀盘驱动部传动齿轮强度计算.177.1 齿轮弯曲强度计算 .177.2 齿面接触强度计算 .188、螺旋输送机规格计算.199.1、输送能力199.2、驱动力矩191、计算条件 ： 1.1、工程条件： (1) 隧道长度

5、2676.471mm(2) 隧道最小转弯半径 250m (3) 盾构机开挖直径 6160mm(4) 管片外径 6000mm(5) 管片内径 5400mm(6) 管片宽度 1200mm(7) 管片厚度 300mm (8) 分块数 5+1块(9) 隧道坡度 坡度 35 1.2、地质条件： 本工程隧道地质条件主要为：隧道主要穿越第四纪粉土、粉质粘土、粉细砂层及卵石圆砾地层，最大砾径140mm，透水系数在6号细砂层中最大：1.2×10-36.0×10-3。20m78m土层（2.1t/m3）水位盾构机p=9.8kn/m2 图 1-1注： 关于地面荷载，在不清楚的情况下假定9.8kn/

6、m2(1.0tf/m2)进行计算。对于粘土、砂、砂砾土层，根据小松公司的长期经验，切削刀的切削阻力系数在粘土（水土不分离）中最大，见表1-1。因此本工程采用粘土层（水土不分离）以及隧道上方的土体松弛高度以全覆土来计算盾构机各主要参数。表1-1切削阻力系数地质es（切削阻力系数）松弛干燥砂0.0080.01松弛湿润砂0.010.02密实湿润砂0.020.04粘土0.41.2地质的一般条件：(1) 土质 粘土、砂、砂砾(2) 隧道覆土厚度 20 m(3) 地下水位gl- 78 m(4) 透水系数 cm/sec(5) 标准贯入值（maxn值） 57(6) 内摩擦角 deg (7) 粘着力 kn/cm

7、2(8) 含水率（w%） %(9) 地面负荷 1 tf/m2(10) 地层反力系数 kn/m2 1.3、盾构机计算的主要参数：本计算书主要计算以下盾构机参数（如表1-2所示）。详细的规格见盾构机技术规格书。表1-2 盾构机主要计算参数盾构机外径6.14m刀盘扭矩5,160knm 526tfm (100%)6,181knm 631tfm (120%)盾构机总推力37,730kn 3,850tf盾尾钢板厚度45mm盾尾钢板材质ss400 (相当于中国q235)轴承及齿轮>6,000小时螺旋输送机能力及扭矩250m3/h 5.5tf-m刀具寿命>1200m变压器容量1100kva2、盾构

8、机刀盘所需扭矩的计算： 1 计算条件 * * *水、土不分离计算* * *（1） 土质 粘土、砂、砂砾（2） 覆土 h 20 m（3） 水头 hw 0m （）（4） 土的单位体积质量 水位上部 w0 2.1t/m3（5） 土的单位体积质量 水位下部 w1 2.1t/m3（6） 水的单位体积质量 w2 0t/m3 （）（7） 标准贯入试验值 n 0 （8） 内摩擦角 0 deg（9） 地面载荷 s 1.0t/m2（10）侧方土压系数 k1 0.7（11）松弛土的粘着力 c 4.905 kn/ m2（12）盾构机外径 d 6.14 m（13）盾构机半径 r 3.07 m（14）壳体长 l 7.74

9、 m（15）盾构机质量 g 235 t（16）掘削断面积 a 29.61 m2（17）刀盘开口率 40%（18）刀盘半径 rc 3.065 m（19）刀盘厚 l 0.4 m（20）切削阻力系数（见表1-1） es 1.2（21）切削刀刃宽度 b0 12 cm（22）切深 t 2.3 cm（23）切削刀刃的前角 0.262 rad（24）主刀具数量 （安装总数的一半） nt 49个（25）主刀具平均安装半径（ d/4） rk 1.535 m（26）刀盘支撑梁数 na 6 个（27）刀盘支撑梁平均安装半径 ra 1.6 m（28）刀盘支撑梁外径 da 0.46 m（29）刀盘支撑梁长度 la 0.

10、68m（）标记表示以水土不分离进行计算时不使用。2 各参数的计算（1）松弛高度计算 ·考虑地面负载时的覆土 h1 = h + s/w0 20.5 m ·松弛高度 h2 因为是用全覆土计算，所以松弛高度为： h2 = h1 20.5 m （松弛宽度 b） b = r×cos(45-/2)+r1+sin(45-/2)×tan(45-/2) 7.4 m（2） 土压计算作用在壳体上的土压为上部土压p1、侧压p2及下部土压p的平均值。·上部土压p1p1 = h2×w1 421686 pa 43.0tf/m2 ·侧压 p2p2 = k1

11、×（h2+r）×w1 339437 pa 34.6tf/m2 ·下部土压 p3p3 = p1+g/（d×l） 470179 pa 47.9tf/m2 ·平均土压 pp = （p1+2×p2+p3）/4 392685 pa 40.0tf/m2 3 所需扭矩计算盾构机刀盘扭矩是由刀具的切削阻力矩、面板及刀盘外周与地层的摩擦阻力矩、搅拌翼的阻力矩等组成。（1）刀具的切削阻力矩 t1地质es松弛干燥砂0.0080.01松弛湿润砂0.010.02密实湿润砂0.020.04粘土0.41.2 一个切削刀刃所需的阻力矩h根据村山·田经验公式

12、计算 h = 2.1×es·b0·t2×10（-0。22·） 1374 n 140kgf t1 = nt×h×rk 103 kn-m 10.5tf-m（2）刀盘面板与地层间的摩擦阻力矩 t2 t2 = 4××c×（1-）×rc3/6 1740 kn-m 177.6tf-m（3）刀盘面板外周与地层间的摩擦阻力矩 t3 t3 = ×c×l×rc2 568 kn-m 58tf m（4）搅拌翼的阻力矩 t4 t4 = 2×na×da×

13、la×ra×c 289 kn-m 29.46tf-m（5）所需扭矩 t t = t1+t2+t3+t4 2700 kn-m 275.5 tf-m（6）装备扭矩余量 s 装备扭矩t0 （100%时） 5160 kn-m 526tf-m 安全率 s= t0/t 1.91倍装备扭矩t0 （120%时） 6181 kn-m 631tf-m 安全率 s= t0/t 2.29倍 由计算可知，本盾构机配置了充分的扭矩。本盾构机在100%扭矩时(=526 tf-m)是理论计算的1.91倍，有充足的余量，并且在120%扭矩时（=631 tf-m）具有2.29倍的计算扭矩，因此足以保证工程的需

14、要。3、盾构机所需推力的计算： 1 计算条件 * * *水、土不分离计算* * *（1） 土质 粘土、淤泥质粘土 （2） 覆土 h 20m（3） 水头 hw 0m （）（4） 土的单位体积质量 水位上部 w0 2.1t/m3（5） 土的单位体积质量 水位下部 w1 2.1t/m3（6） 水的单位体积质量 w2 0t/m3 （）（7） 标准贯入试验值 n 0 （8） 内摩擦角 0 deg（9） 地面载荷 s 1t/m2（10）土压系数 k1 0.7（11）松弛土的粘着力 c 49.05 kn/ m2（12）盾构机外径 d 6.14 m（13）盾构机半径 r 3.07 m（14）壳体长 l 7.3

15、 m（15）盾构机质量 g 235 t（16）掘削断面积 a 29.61 m2（17）后续设备的质量 gb 100t（18）牵引系数 0.5（19）管片外径 ds 6.0 m（20）管片与盾尾密封的摩擦阻力 s 0.3（21）盾尾密封数 n 3 道（22）盾尾密封挤压力 pt 0.00314 mn/m（）标记表示以水土不分离进行计算时不使用。2 各参数计算(1) 松弛高度计算 ·考虑地面负载时的覆土 h1 = h + s/w0 20.5 m ·松弛高度 h2 因为是用全覆土计算，所以松弛高度： h2 = h1 20.5 m 松弛宽度计算 b b = r×cos(4

16、5-/2)+r1+sin(45-/2)×tan(45-/2) 7.4 m(2)土压计算作用在壳体上的土压为上部土压p1、侧压p2及下部土压p3的平均值。·上部土压p1p1 = h2×w1 421686 pa 43.0tf/m2 ·侧压p2p2 = k1×（h2+r）×w1 339437 pa 34.6tf/m2 ·下部土压p3p3 = p1+g/（d×l） 470179 pa 47.9tf/m2 ·平均土压pp = （p1+2×p2+p3）/4 392685 pa 40tf/m2 3 推力计算

17、盾构机推力由壳体外周摩擦阻力、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等组成。（1）克服壳体外周摩擦阻力的推力 f1 f1 = ×d×l×c 7323 kn 746 tf （2）克服胸板所受的土压与水压的推力 f2 f2 = a×p2 10050 kn 1025 tf （3）克服后续设备的牵引力的推力 f3 f3 = gb× 490 kn 50tf （4）克服管片与盾尾密封摩擦阻力的推力 f4f4 = ×ds×s×n×pt 53 kn 5tf（5） 推进时所需推力 f f = f

18、1+f2+f3+f4+ 17915 kn 1827tf4 装备推力 虽然对曲线施工和方向控制来说盾构机推进油缸数量多比较好，但受空间的限制，所以尺寸及数量受到制约。 本盾构机配置的油缸数量及推力： 1715 kn 175 tf × 22 （只）装备推力 f0 f0 = 1715×22 37730 kn 3850tf 安全率 f0/f 2.1倍由计算可知，本盾构机配置了充分的推力。注：本计算从安全考虑，土压计算时的松弛高度采用全覆土计算，而实际上松弛高度要比全覆土小，所以上述装备推力十分充分。并且，本盾构机的装备推力为所需理论推力的2.1倍，对应曲线施工也具有充分的余量。4、

19、 盾构机壳体强度计算4.1 盾尾壳体强度计算1 计算条件 过江段、全覆土 （水、土不分离计算）(1) 复土深度 h=20m(2) 地下水位 h0=0m （）(3) 土的质量 （水上部分） w0=2.1t/m3(4) 土的质量 （水上部分） w1=2.1t/m3(5) 水的质量 w2=0t/m3 （）(6) 土的内部摩擦角 q=0度(7) 地盘反力系数 k=500.0 t/m3(8) 盾构机外径 d=6.14m(9) 盾构机半径 r=3.07m (10) 盾构机长度 l=7.3m (11) 盾构机自重 g=235.0t(12) 盾构机壳体板厚 t=4.50cm(13) 路面负荷 s=1.0t/m

20、2（）标记表示以水土不分离进行计算时不使用。2 各参数的计算(1) 土压系数k1假定土压系数k1 0.700(2) 盾构机单位面积质量g1g1=g/(pi×d×l) 1.574 tf/m2pi=圆周率=3.14(3) 壳体断面惯性矩(每100cm) ii=100/12×t3 759.3750cm4(4) 壳体断面抗弯模数(每100cm) z z=100/6×t2 337.5000cm3(5) 壳体断面积(每100cm) aa=100×t 450.0000 cm2 3 松弛土高度的计算(1) 考虑路面载荷的覆土深度 h1h1=h+s/w0 20.

21、4762 m(2) 松弛土宽度bb=r×cos(450-q/2)+r×1+sin(450-q/2)×tan(450-q/2) 7.4116 m(3) 松弛土高度h2因为是用全覆土计算，所以松弛高度为： h2 = h1 20.4762 m4 盾构机壳体水平方向变位量的计算（1） 由盾构机自重引起的变位量： r1r1=pi×g1×r4/（24×e×i）×107 0.1148 mpi = 圆周率 = 3.14e = 钢铁的弹性模量 = 2.1×106 (kgf/cm2)（2） 由覆土重量引起的变位量： r2r2

22、=-6×w0×r5/（72×e×i）×h2/r×（k1-1）+k1×107 -0.2095 m（3） 由水压引起的变位量： r3 r3= -w2×r5/（12×e×i）×107 0.0000 m（4） 由地层反力引起的变位系数： r4r4= 0.0454×k×r4/（e×i）×107 12.6446（5） 合成变位量： r5r5=（r1+r2+r3）/（1+r4） -0.0069 m5 荷重的计算（1） 由盾构机自重引起的扭矩m1 kn-m及轴力

23、n1 kn 1）0xpi/2 （pi = 圆周率 = 3.14） m1(x)=g1×r2×3/8×pi-5/6×cos(x)-x×sin(x) n1(x)=g1×r×x×sin(x)-1/6×cos(x) 2）pi/2xpi （pi = 圆周率 = 3.14） m1(x)=g1×r2×(pi-x)×sin(x)-1/2×pi×sin(x)2-5/6×cos(x)-1/8×pi n1(x)=g1×r×pi×s

24、in(x)2-(pi-x)×sin(x)-1/6×cos(x) （2） 由复土载荷引起的扭矩m2 kn-m及轴力n2 kn 1）0xpi/2 （pi = 圆周率 = 3.14）m2(x)=w0×r3/24×k1×cos(3×x)-6h2/r×(k1-1)+k1×cos(2×x) n2(x)=w0×r2/8×4×(h2/r×(k1+1)+k1)+4×h2/r×(k1-1)+k1× cos(2×x)-2×k1×

25、cos(x)-k1×cos(3×x) （3）由水压引起的扭矩m3 kn-m及轴力n3 kn 1）0xpi/2 （pi = 圆周率 = 3.14） m3(x)=w2×r3/24×cos(3×x)-6×cos(2×x)n3(x)=w2×h0×r+w2×r2/8×cos(x)+8×cos(x)2-4×cos(x)3 （4）由地层反力引起的扭矩m4 kn-m及轴力n4 kn 1）0xpi/2 （pi = 圆周率 = 3.14） m4(x)=0.2346-0.3536

26、5;cos(x)×k×r5×r2n4(x)=0.3536×cos(x)×k×r5×r 2）pi/2xpi （pi = 圆周率 = 3.14） m4(x)=-0.3487+0.5×sin(x)2+0.2357×cos(x)3×k×r5×r2n4(x)=0.7070×cos(x)+cos(x)2+0.7070 sin(x)2×cos(x)×k×r5×r6 弯曲扭矩m及轴力n的计算结果 （1）弯曲扭矩m计算结果 （kn-m/m）x（

27、deg）m1m2m3m4合成扭矩050.123-86.9380.00038.1491.4321544.400-77.9650.00034.2860.7213028.293-52.1040.00022.962-0.849454.868-12.2810.0004.974-2.46660-21.14934.7360.000-17.876-4.28975-43.90277.9650.000-39.076-5.01390-57.091104.2070.000-48.504-1.388105-54.983102.5270.000-39.0768.468120-35.94369.4720.000-17.87

28、615.652135-4.86812.2810.0004.97412.36115028.799-52.1040.00022.962-0.34316554.486-102.5270.00034.286-13.75518064.060-121.5750.00038.149-19.366(2) 轴力n的计算结果 (kn/m)x (deg)n1n2n3n4合成轴力0-7.8931184.5030.000-36.9241139.68615-4.4151181.5350.000-35.6661141.454305.5621172.0780.000-31.9771145.6644520.7191155.53

29、00.000-26.1091150.1396039.0011133.5870.000-16.8771155.7107557.8341111.9540.000-5.7151164.0739074.3861099.6430.0000.0001174.03010580.9731195.5230.000-5.7151180.78112072.5791133.5870.000-16.8771189.28913553.6881179.5320.000-26.1091207.09015031.6131230.8710.000-31.9771230.52416514.3811271.1110.000-35.6661249.8261807.8931286.3340.000-36.9241257.3037 盾构机壳体应力的计算结果：(1) 在壳体外侧产生的应力外侧(外侧)=m×105/z+n×103/a kgf/cm2(2) 在壳体内侧产生的应力内侧(内侧)=-m×105/z+n×103/a kgf/cm2(3) 壳体产生的应力的计算结果 (kgf/cm2) 容许应力为: 16000 n/cm2 x (deg)(外侧)判定(内侧)判定02956.9ok2108.4ok152750.1ok2323.0ok302249.4ok2797.4ok45