盾构施工关键参数的计算
中国铁建盾构机技术参数

中国铁建盾构机技术参数
中国铁建盾构机是一种用于地下隧道施工的设备,它的技术参数包括但不限于以下几个方面:
1. 推进力,指盾构机在推进隧道时所施加的力量,通常以吨或千牛(kN)为单位。
2. 推进速度,盾构机在推进过程中的速度,通常以米/小时或米/分钟为单位。
3. 外径和内径,指盾构机的外径和内径,即隧道的外径和内径尺寸,通常以米为单位。
4. 推进液压系统,包括液压系统的工作压力、液压油箱容量、液压泵流量等参数。
5. 刀盘直径,刀盘是盾构机的关键部件之一,刀盘直径通常以米为单位,它决定了隧道的直径尺寸。
6. 电动机功率,盾构机所配备的电动机的功率,通常以千瓦
(kW)为单位。
以上是中国铁建盾构机的一些技术参数,具体参数可能因不同型号和用途而有所不同。
希望这些信息能够帮助您了解盾构机的基本技术特性。
盾构渣土松散系数

盾构渣土松散系数1. 概述盾构渣土松散系数是盾构施工过程中一个关键性的参数,用于评估盾构机对不同类型渣土的适应能力。
该系数的大小决定了盾构机在施工过程中的推进速度和施工质量。
2. 盾构渣土分类在盾构施工过程中,渣土通常被分为四类:黏土、砂土、粉土和淤泥。
这些不同类型的渣土具有不同的物理和力学性质,对盾构机的推进有着不同的影响。
•黏土:黏土是由颗粒直径小于0.002mm的粒状颗粒组成的土壤,具有较高的含水量和较强的粘性。
黏土的松散系数较低,需要较大的推力来推进盾构机。
•砂土:砂土是由颗粒直径在0.002mm到2mm之间的颗粒组成的土壤,具有较高的孔隙度和较低的粘性。
砂土的松散系数较高,盾构机在砂土中的推进速度较快。
•粉土:粉土是由颗粒直径在0.002mm到0.02mm之间的颗粒组成的土壤,具有较高的含水量和较弱的粘性。
粉土的松散系数较低,推进盾构机时需要适当调整盾构机的推力。
•淤泥:淤泥是由颗粒直径小于0.02mm的细颗粒组成的土壤,具有高含水量和较高的粘性。
淤泥的松散系数非常低,盾构机在淤泥中的推进速度较慢。
3. 渣土松散系数的影响因素盾构渣土松散系数的大小受到多种因素的综合影响,包括渣土的含水量、颗粒大小分布、颗粒形状等。
•含水量:渣土的含水量对其松散系数有着重要影响。
含水量较高的渣土具有较低的松散系数,推进盾构机时需要投入较大的力量。
而含水量较低的渣土具有较高的松散系数,盾构机的推进速度相对较快。
•颗粒大小分布:渣土中颗粒大小分布的不均匀性也会对松散系数产生影响。
颗粒大小分布越均匀,渣土的松散系数越高。
•颗粒形状:渣土中颗粒的形状也会对松散系数产生影响。
比如,在黏土中,颗粒形状越规则,松散系数越低。
4. 盾构渣土松散系数的测定方法盾构渣土松散系数的测定方法有多种,常见的方法包括场测和室内试验。
•场测:盾构渣土松散系数可以通过在现场进行测试得出。
在施工现场,可以通过盾构机的推力和推进速度来判断渣土的松散系数。
盾构机选型

一、工程概况宁和城际轨道交通NH-TA06标包含一站一区间,分别为华新路站、春江新城站~华新路站区间。
隧道长度:春江新城站~华新路站区间左右线总长度为3262.842m(左线长1635.5m,右线长1627.342m);左右线间距: 13m~14.6m;隧道覆土厚度最小约11.1m,最大约49.61m;平面最小曲线半径为450m,区间最大坡度为22‰。
两区间隧道内净空:φ5.5m,管片外径φ6.2m.管片采用强度等级C50,抗渗等级P12。
宽度1.2m,厚度为350mm。
错缝连接,28个M30螺栓,强度等级为5.8级,螺母强度等级8.0级。
二、本段工程施工的难点1、本标段区间隧道主要穿越强风化凝灰岩、中风化凝灰岩、中风化安山岩。
2、盾构机在上软下硬地段掘进,由于下断面岩石强度大、上端面土层强度低,易发生开挖面失稳、隧道抬头、超挖量过大引起地层沉降等现象;3、沿线下伏J3l层全~中风化凝灰岩、安山岩,均具有强度高、低压缩性的特性。
天然状态下强度高,最高强度可达94MPa,对盾构刀具的磨损大,强度要求高,隧道穿越该岩层时应选择适宜强度的刀具,并及时检查、更换。
4、区间地层系上统龙王山组凝灰岩、安山岩,裂隙发育,局部岩体呈碎裂状,构造裂隙处有地下水分布,其透水性及赋水性受裂隙发育情况影响分布不均,局部水量较大。
三、对盾构机的设计要求基本功能要求⑴要求盾构具有开挖系统、开挖面稳定辅助支撑装置、出碴系统、碴土改良系统、人闸气压装置、管片安装系统、注浆系统、动力系统、控制系统、自动测量导向系统、超前钻探和注浆(自动计量)等基本功能。
⑵对地层的适应性及开挖能力的要求区间隧道主要穿越强风化凝灰岩、中风化凝灰岩、中风化安山岩。
盾构设计时应重点考虑以下问题:①具有土压平衡和气压平衡掘进功能;②具有足够的破岩能力;③足够的刀盘驱动扭矩和推力;④合理的刀盘及刀具设计,恰当的刀盘开口率和合理的开口位置;⑤具有高水压状态下的防水密封能力;⑥能够对较大的岩土进行破碎,有效防止堵管;⑦刀盘、刀具、盾壳、等具有足够的耐磨性;⑧具有盾体防扭转能力;⑨足够能力的同步注浆系统;⑩碴土改良系统;⑪盾构的防喷涌功能;⑫防止刀盘中心结泥饼;⑬合理的人舱设计;⑭超前钻探和注浆。
盾构机的计算原理及应用

盾构机的计算原理及应用1. 引言盾构机作为一种重要的地下工程施工设备,在城市地下空间开发中起着重要作用。
本文将介绍盾构机的计算原理以及其在工程中的应用。
2. 盾构机的计算原理盾构机的计算原理是在工程实践的基础上得出的,主要涉及以下几个方面:2.1 地质勘探与分析在盾构施工之前,需要进行地质勘探和分析,确定地下岩土体的力学性质、地下水情况等。
这些信息对盾构机的计算具有重要意义。
2.2 土压力计算在盾构施工过程中,土压力是一个重要的计算参数。
根据地质勘探数据和盾构机的工作原理,可以计算出土体对盾构机的压力。
土压力的计算可以采用经验公式或者数值模拟方法。
2.3 盾构机推力计算盾构机需要推动推土板进行推进,推力是盾构机运行的关键参数。
推力的计算需要考虑盾构机的结构和工作状态,可以通过力学模型和数值模拟方法得出。
2.4 涌水压力计算在地下施工中,涌水是一个常见的问题。
盾构机在遇到涌水时,需要承受涌水带来的压力。
涌水压力的计算需要考虑涌水速度、涌水口尺寸等因素。
3. 盾构机的应用盾构机在地下工程中具有广泛的应用,特别是在城市地铁、隧道等工程中。
3.1 地铁工程中的应用地铁工程是盾构机的重要应用领域之一。
盾构机在地铁隧道的开挖过程中,可以保证施工速度、质量和安全。
盾构机还可以根据地下的地质情况进行设计和调整,以提高施工效率和降低土体开挖的风险。
3.2 隧道工程中的应用除了地铁工程,盾构机还广泛运用于其他隧道工程,如水利隧道、交通隧道等。
盾构机能够根据地下环境进行自动控制,提高施工效率和减少对地下环境的影响。
3.3 城市地下空间的开发随着城市的发展,地下空间的利用也越来越重要。
盾构机在城市地下空间的开发中扮演着重要角色,可以用于地下商业、地下停车场等建设。
盾构机的应用使得城市地下空间的利用更加高效和便捷。
4. 结论通过对盾构机的计算原理和应用进行介绍,可以看出盾构机在地下工程施工中具有重要的地位和作用。
准确的计算和合理的应用可以提高盾构机的效率和安全性,为城市地下空间的开发做出贡献。
盾构机参数设定

土压平衡式盾构机控制原理与参数设置随着地下空间的开发,盾构技术已广泛地应用于地铁、隧道、市政管道等工程领域。
在我国的各项施工中,盾构机的种类越来越多,其中土压平衡式盾构机在上海、南京、广州等地铁施工中有着较为出色的表现,笔者以日本小松公司Φ6340盾构机为例,结合施工中的一点经验与理解,对其控制原理和参数设置等做简要总结。
控制原理土压平衡式盾构机的土压控制是PID自动调节控制,切削刀盘切下的弃土进入土仓,形成土压,土压超过预先设定值时,土仓门打开,部分弃土通过螺旋机排出土仓,从而保持土仓内土压平衡,土仓内的土压反作用于挖掘面,防止地层的坍塌。
土压的平衡控制是通过装在盾构机土仓隔壁上的土压计对掘进中的土压进行实时监视,土压计监测到的数值传送到PLC,PLC计算出测量值与设定值之间的差值E,通过PID控制,自动调整螺旋机转速,使E值趋向于零,当E值大于零时,PLC发出指令,增加螺旋机转速,提高出土量直至土仓内土压重新达到新的平衡状态,反之当E值小于零时,PLC 会降低螺旋机转速,以减少偏差。
以保持土仓内土压平衡,使盾构机正常掘进。
主要参数抽样周期:PID 演算处理的时间间隔,周期越短,动作越连续,但增加了单位时间的处理次数,因此PID以外的控制变慢,不需要细微变动时,可延长周期。
过滤系数:用来除去输入模拟值上的高频成分,数值越大,则过滤效果越强,系统反应也就越迟钝。
比例常数P:为了提高系统灵敏度,使土压保持在一定范围,把计测值与设定值的差值E 乘以一个系数,所得结果再与目标值相比较,这个系数就是比例常数P,P 值越大,调控效果越好。
积分时间I:系统引入比例常数后,PLC调控螺旋机的输出操作量mv=P*E,也就是偏差被放大了P倍,这样当系统产生偏差时,可能会使螺旋机转速突然增大或减小了许多,形成超调现象,于是又反过来调整,这就引起螺旋机转速忽大忽小,形成振荡。
为了消除振荡,引入积分环节,使操作量mv 在积分时间内逐渐完成,即螺旋机转速平稳变化,直到消除偏差。
盾构掘进及主要参数计算

作用于管片顶部的荷载,采用松弛土压力,以考 虑地基的拱效应。
考虑地面超载作用,相关公式如下:
v
B1 ( c / B1 ) (1 ek0 tanH / B1 ) k0 tan
p e k0 tan H / B1 0
/4/2
B1 R0 cos(
2
)
H1
H
p0
12:33
广州盾建
—28—
土压力(kPa)
12:33
广州盾建
—22—
监测断面的地质条件
本次隧道围岩压力监测拟结合工秳地质条件和地 面建筑物情况开展研究。
1、 监测断面的地质条件
监测断面从上到下主要 为:人工填土局<1>, 粉土<4> 、可塑状粉 质粘土〈5-1〉,硬塑粉 质粘土〈5-2〉;隧道洞 身为全风化带〈6〉,洞 底为强风化带〈7〉。
研究结果表明:
目前设计中常用的惯用设计法土压力计算模型是 合理的,泰沙基(Terzaghi)松弛土压力不实测 土压力基本接近,实测稳定土压力不计算土压力 分布觃律是吻合的。
12:33
广州盾建
—31—
管片内力不发形的现场监测试验研究
12:33
广州盾建
—32—
(2) 掘迚推力 F
盾构的掘迚总推力是由各种推迚阻力的总和来确 定。推迚阻力主要由以下几项构成:
计算值 计算值与稳定后 (kPa) 实测值相对误差(%)
520 拱顶316° 98.3
528 拱腰249° 98.1
525 拱底228° 143.5
521 拱底180° 123.1
522 拱腰103° 70.8
511
拱腰92°
93.4
23.6
土压平衡盾构土仓压力设定与控制

土压平衡盾构土仓压力设定与控制土压平衡盾构是一种用于地下隧道开挖的先进施工技术。
在盾构机挖进土体的过程中,为了保证人员和设备的安全,需要通过设定和控制土仓压力来保持平衡。
本文将介绍土压平衡盾构土仓压力的设定与控制的方法。
一、土压平衡盾构土仓压力设定的目标土压平衡盾构土仓压力设定的目标是在盾构机挖进土体的过程中,保持土压平衡,即土压力与地下水压力之间的差值不超过一定范围。
这样可以有效控制土体的变形和沉降,保证隧道的稳定施工。
二、土压平衡盾构土仓压力设定的方法1. 理论计算法:根据盾构机的挖进速度、土体性质和地下水压力等参数,通过理论计算得出合理的土仓压力设定值。
这种方法相对简单,但需要精确的参数输入和土质性质的准确评估。
2. 经验法:根据历次相似工程经验,结合地质勘察结果,设定合适的土仓压力。
这种方法适用于类似地质条件下的盾构施工,但需要经验丰富的专业人员进行判断。
3. 反馈控制法:利用传感器测量土仓压力和地下水压力,通过实时反馈控制系统对土仓压力进行调整。
这种方法可以根据实际情况灵活调整土仓压力,但需要高精度的传感器和快速响应的控制系统。
三、土压平衡盾构土仓压力控制的方法1. 主动控制:根据土仓压力设定值,通过改变土仓内部的工作压力来控制土仓压力的变化。
这种方法可以实现对土仓内部的土体压力进行主动调节,但需要有稳定的供土系统和准确的土压力控制装置。
2. 被动控制:在土仓内设置排土管,通过调节排土管的开闭程度来控制土仓压力的变化。
这种方法相对简单,但需要准确把握土仓内外土体的平衡关系,以防止排土管过度开启引起土层失稳。
3. 水封控制:在土仓与盾尾之间设置水封装置,通过调节水封压力来控制土仓压力的变化。
这种方法可以实现对盾尾处土仓压力的有效控制,但需要稳定的供水系统和精确的水封装置。
四、土压平衡盾构土仓压力设定与控制的注意事项1. 土仓压力设定值应根据实际地质条件和施工需求进行合理确定,避免过大或过小造成隧道沉降或土体塌陷。
盾构机主要技术参数表

盾构机主要技术参数表序号 项目名称 技术参数 备注 1 设备总长 35m 2 盾体长度 6,540mm 3 总重 200t 4 外径 6,340mm5 盾构型式 EPB 加泥土压平衡式6 土压传感器7 7 推进速度 0-5cm/min8 盾构变压器 800KVA9 盾构灵敏度 1.03 10 盾尾密封 两排钢丝刷 11 盾 构 总 体 参 数 最小转弯半径 300m12 外径×宽度 6,200mm ×1,000mm 13 内径 5500mm 14 每环数量 615 管片重量 6,200mm ×1,000mm 16 安装机旋转角度 ±210 17 举升能力 4.5T 18 刀具 割刀 19 超挖刀 220 旋转方向 正、反方向 21 驱动 液压 22 液压马达 8个 23 工作扭矩 3,180kNm 24 最大扭矩 4,730kNm 25 刀 盘 及 刀 盘 驱 动 转速 0-0.75rpm 26人闸 工作压力0.25MPa27 液压油缸数量 22 28 总推力 35,000KN 29 长油缸 3 个 30 推 进 系 统 长油缸行程 1680mm 31 推进系统 19个 32 短油缸 1200mm 33 油缸安全压力 32Mpa 34 推 进 系 统 油缸撑靴 尼龙式 35 型式 中心轴式 36 直径 702mm 37 转速 0-15rpm 38 螺 旋 输 送 机 闸门 滑动式 39 驱动型式 液压 40 皮带宽度 650mm 41 皮带长度 52m 42 皮 带 输 送 机皮带速度 1.2m/s 43 地面配电站1 套44 液压动力站 1 套(含冷却系统) 45 轨道输送列车 4 列(管片,排土) 46 发泡剂注入系统 1 套 47 泥浆注入系统 1 套 49 盾尾密封注脂泵 1台 50 轴流通风系统 1 套 51 导向系统 1 套 52 数据采集系统 1 套 53 盾 构 后 续 配 套 设 备地下通讯系统1 套 54供 初级电压10,000KVA55 次级电压 380V 56 频率 50Hz 57 照明电压 220V 58 电 参 数控制电压 24V/48V/110V 59 刀盘驱动385KW 60 推进机构 45KW 61 螺旋输送 74KW 62 皮带输送 15KW 63 主要部件功率配置管片安装10KW关键技术参数计算11.6.1 盾构推力 (1)计算原理盾构千斤顶应有足够的推力克服盾构推进时所遇到的阻力。
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3.19545°+27°2B1=2+R45°-K0φHBe·у+BH-K0φ·B1·уC1-eφ5.71φ°盾构施工关键参数的计算1)计算依据盾构掘进机选型主要性能参数的计算,根据工程和水文地质情况、盾构机厂商提供的结构和性能参数,参考有关资料进行。
2)计算内容盾构机的主要参数计算主要为土压平衡工况下盾构机推力和扭矩的计算。
⑪在软土中推进时,盾构机所需推力的计算地质参数选取:岩土容重γ=2.0t/m3岩土内摩擦角φ=27°土的粘聚力 C=30Kpa=3.0t/m2覆盖层厚度最大:H max=20.3m;最小H min=10.0m地面上置荷载 Po=2t/m2水平侧压力系数λ=0.62盾构掘进机外径 D=6.39m盾构掘进机总长 L=7.755m盾构掘进机总重 W=300t管片每环的重量 W g=19.29t水平垂直土压之比 K o=1由于隧道沿线的埋深差别不大,最大处为20.3m,最小为10.0m,因此,计算最大埋深处的松动土压和两倍盾构掘进机直径的全土柱高产生的土压,并取其中的较大值作为作用于盾构掘进机上的土压计算:松动高度计算:1×tg27° 0-1×tg27°× 5.71)(20.32.002+ e 20.3( )5.71-1×tg27°× ×1-e 3.05.71×2.0.5.71 (1- )h = =7.08m )(.式中:松动土压P S P S =γh 0=2×7.08=14.16t/m 2两倍盾构掘进机直径的全土柱土压: P q =γh 0式中:h 0=2D=2×6.39=12.78m P q =γh 0=2×12.78=25.56t/m 2 由于P q >P S所以,取P q 计算。
P o = P q +2=25.56+2=27.56 t/m 2P o1= P o +W/(D ·L )=27.56+300/(6.39×7.755)=33.61t/m 2 侧压力计算:P 1 =P o1λ=33.61×0.62=20.84 t/m 2P 2 = (P o +γD )λ =(27.56+2.0×6.39)×0.62=25.01 t/m 2 盾构掘进机的推力由盾构掘进机的外壳与土体之间的摩擦阻力F 1、刀盘承受的主动水平压力引起的推力F 2、土的粘接力引起的刀盘推力F3以及盾尾与管片之间的摩擦阻力F4几部分组成。
盾构掘进机外壳与土体之间的摩擦阻力F1:F1=1/4×(P o+ P o1 + P1 + P2)·πDLu式中:u—土与钢之间的摩擦系数,u=0.3L—盾构掘进机长度,L=7.755mF1=1/4×(27.56+33.61+20.84+25.01)×π×6.39×7.755×0.3=1249.6t刀盘水平压力引起的推力F2:F2=π/4×(D2·P d)式中:P d—水平主动土压力P d=γH0tg2(450-φ/2)H0=h0+R=12.78+3.195=15.975mP d =2.0×15.975×tg2(450-270/2)=11.998 t/m2F2=π/4×(6.392×11.998)=384.8 t土的粘接力引起的刀盘推力F3F3=π/4×(D2·C)=π/4×(6.392×3.0)=96.16t盾尾与管片之间的摩擦阻力F4F4=W cμc式中:W c—作用于盾尾和管片的重量(假定作用于盾尾的重量为两环管片的重量,W c=19.29×2=38.58t)μc—管片与盾尾之间的摩擦系数,μc=0.3F4=38.58×0.3=11.57t盾构所掘进机需要的总推力F:F= F1+ F2+ F3+ F4=1249.6+384.8+96.16+11.57=1742.13t在曲线段推进,盾构掘进机的推力为正常推进时的120%,因此,盾构掘进机实际应备的推力为:F推=1.2F=1.2×1742.13t=2090.6t取F推为2091t,盾构机提供的动力为F推=2950t所以,盾构机所配备的推力能够满足软土推进施工的需要。
⑫软土推进时盾构掘进机扭矩计算盾构掘进机在软土中推进时的扭矩包含切削扭矩、刀盘的旋转阻力矩、刀盘所受推力荷载产生的反力矩、密封装置所产生的摩擦力矩、刀盘的前端面的摩擦力矩、刀盘后面的摩擦力矩、刀盘开口的剪切力矩、土压腔内的搅动力矩。
①切削扭矩T1计算参数:推进速度v:一般情况下v=1.8m/h,v max=3m/h刀盘转速n:n=1rpm刀盘每转切深h:h=v/n=3cm,h max=v max/n=5cm土的抗压强度:q u=12.2t/m2刀盘直径:D d=6.40m,半径R d=3.2mT1=1/2(q u h max R2)=1/2×(12.2×0.05×3.142)=3.0t.m②刀盘自重产生的旋转反力矩T2T2=G·R1·u g式中:G—刀盘自重,G=64.5t;R1—滚动接触半径,R1=2.05;u g—滚动摩擦系数,u g=0.004;T2=64.5×2.05×0.004=0.53 t·m③刀盘推力荷载产生的旋转阻力矩T3T3=P t R1u g式中:P t—推力荷载P t=aπR2P d +π/4·(d22-d12)C式中:a—刀盘开口率,a=0.65d2—刀盘支撑梁外径,d2=4.8md1—刀盘支撑梁内径,d1=3.84mPt=0.65×π×3.1952×11.998+π/4×(4.82-3.842)×3.0=269.6tT3=269.6×2.05×0.004=2.2t.m④密封装置摩擦力矩T4T4=2πu m F m(n1R m12+n2R m22)式中:u m—密封与钢之间的摩擦系数,u m=0.2F m—密封的推力,F m=0.15t/m2n—密封数,n1=n2=3R m1、R m2—密封的安装半径,R m1=1.84m,R m2=2.26mT4=2×π×0.2×0.15×(3×1.842+3×2.262)=4.8t.m⑤刀盘前表面上的摩擦力矩T5T5=2/3(απu p R3P d)式中:u p—土层和刀盘之间的摩擦系数,u p=0.15;α—刀盘开口率,α=0.65P d—刀盘中心的土压力,由前面的计算,P d=11.998t/m2T5=2/3×(0.65×π×0.15×3.1953×11.998)=79.9 t·m⑥刀盘圆周的摩擦反力矩T6T6=2πDBP z U p式中:D—盾构掘进机直径,D=6.39mB—刀盘宽度,B=0.45P z—刀盘圆周土压力,P z=(P0+P01+P1+P2)/4=(27.56+33.61+20.84+25.01)/4=26.8 t/m2 T6=2×π×6.39×0.45×26.8×0.15=72.6t·m⑦刀盘背面的摩擦力矩T7刀盘背面的摩擦力矩由土腔室内的压力所产生,假定土腔室内的土压力为0.8P d。
T 7=2/3×(απR 3u p ×0.8P d )=2/3×(0.65×π×3.1953×0.15×0.8×11.998) =63.9 t ·m⑧刀盘开口槽的剪切力矩T 8 T 8=2/3·πC τR 3(1-α) 式中:C τ—土的抗剪应力, C τ=C+ P d tg φ在切割腔中,由于碴土含有水,因此 取: C=1.0t/m 2, 内摩擦角取为φ=50 C τ=1+11.998×tg50=2.0t/m 2T 8=2/3×π×2.3×3.1953×(1-0.65)=47.8 t ·m ⑨刀盘土腔室内的搅动力矩T 9 T 9=2π(r 22–- r 12)LC τ式中:r 1—刀盘支撑梁的内径,r 1=d 1/2=1.92m ;r 2—刀盘支撑梁的外径,r 2=d 2/2=2.4m ;L —刀盘支撑梁的长度,假定L=0.8m ;T 9=2×π×(2.42-1.922)×0.8×2.0=20.8 t ·m ⑩刀盘扭矩T 为T 1-T 9之和∑==91T i T T =3.0+0.53+2.2+4.8+79.9+72.6+63.9+47.8+20.8=295.5t ·m取T=296t ·m盾构机提供的扭矩力:额定=437.5 t ·m ,最大T max =525 t ·m 。
所以盾构所配备的扭矩足够。