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地下电缆隧道工程盾构机关键参数计算根据隧道工程条件,盾构主要参数计算按盾构在最大土压和水压位置进行计算根据招标文件和地质勘察报告可知盾构顶部最大埋深约
25.16m按25m计算,地下水位埋深按2m,盾构穿越地层按中粗砂地层进行核定1计算参数盾构机设计关键参数计算需依据表3-
9.表3-9参数统计表项目名称参数项目名称参数管片内径/外径04000/04600nun盾构本体直径D D4850mm管片厚度300mm盾构刀盘直径D04880mm管片宽度1200mm钢与土的摩擦系数d0o3覆土厚度25m车轮与钢轨之间的摩擦系数P
20.2水头压力250kPa每一滚刀的容许负荷出250kN土容重y=20kN/m3后配套系统G Gt=107t土的侧压力系数X=0o25最大推力F22280kN盾构机重量G=224t额定扭矩3000kNo m盾体长度L8573mm脱困扭矩3750kN.m2盾构荷载计算盾体部分受力分析按覆土厚度Ho二25m计算盾体四周各处所受压强,分别如下
①垂直土压Pei=y-lOHo=20-10x25=250kPa
②垂直抵抗土压Pe2=Pei-140=1lOkPa
③上部水平土压qei=Pei*X=250x
0.25=
67.5kPa
④下部水平土压qe2=y-10*25+
4.88*X=10x
29.88x
0.25=77kPa
⑤自重抵抗土压:pg=G/Do*L=224x10/
4.88x
8.573=554kPa
⑥上部正面土压:qfei=qei=
67.5kPa
⑦下部正面土压qfe2=qe2=77kPa
⑧上部正面水压qfwi=250kPa
⑨下部正面水压:qfw2=
298.8kPa
11.1盾构机总推力盾构机的总推进力必须大于各种推进阻力的总和,否则盾构无法向前推进包括盾构外围与土的摩擦力、盾构推进阻力正面阻力、由滚刀挤压阻力、管片与盾尾的密封阻力、后方台车的牵引阻力1盾构外围与土的摩擦力2盾构推进阻力正面阻力3管片与盾尾的密封阻力Me-管件与钢板刷之间的摩擦阻力,取03;Ws-压在盾尾内部2环管片的自重4后方台车的牵引阻力所需最大推力盾构在50%o上坡时盾构的推力按直线水平段的
1.15倍考虑,盾构的实际推力应为安全系数根据分项计算盾构总推力的安全系数达到
1.57,可以满足掘进的需要
11.2盾构机的扭矩实践证明装备扭矩与盾构机的外径的关系极大,通常可用下式表示式中Te一装备扭矩kNm;Do—盾构机外径m;cu—刀盘支撑方式决定系数,简称为支撑系数m;X2—土质系数;00—稳定掘削扭矩系数根据盾构机刀盘实际情况,为中心支撑式刀盘,ai=
0.8〜1;对岩层而5,12=
0.8〜1;对土压盾构而言,ao=8〜23kN/m3;综合上述参数取合理中间值,计算可得:根据盾构机设计额定扭矩为3000kN.m,安全系数为3000/1743=
1.72,而最高脱困扭矩为375kN°m,满足条件
11.3刀盘驱动功率1刀盘功率P计算P=2nTcXn/60式中,Tc——刀盘驱动最大扭矩kNm n--刀盘驱动最大扭矩时的转速r/min与该盾构设计的最大扭矩相对应的转速为L2r/min,则刀盘执行机构实际功率为P^nSOOOX
1.2/60=377kW2刀盘驱动电机功率P P=P/n式中n——传动总效率,包括机械传动总效率、液压传动总效率,取n=08,则:P=377/08=47IkW该盾构的刀盘驱动电机功率设计值为500kW,满足上述计算要求
11.4盾构机推进功率盾构最大推进功率Pt可按下列公式计算Pt=F・V式中:F——总推力kN V--最大推进速度m/s盾构的设计总推力为22280kN,最大推进速度为80mm/min,则Pt=22280X80X10-3/60=
29.7kW盾构推进功率的设计取值为75kW,满足上述计算要求
11.5螺旋输送机出土能力1盾构开挖实际需要理论出土能力其中:D=
4.88m盾构掘进机的开挖直径V max=6m/h盾构最大开挖速度C=
1.3硝土松散系数q=14X
4.88义
4.88X6X1,3/4=
87.5m3/h2螺旋输送机实际出土能力的计算由盾构机设计参数可知卬=180m3/h说明螺旋输送机完全能够满足盾构最大开挖速度的要求.
11.6盾尾内径与管片外径间隙曲线开挖时要求的盾尾间隙计算如下1设计参数盾尾内径Do=4730mm管片外径D=4600mm管片宽度W=1200mm曲线半径R=3m盾尾覆盖管片的长度L=1935mm2盾尾间隙理论值X=Xi+X2,示意图见图2—
25.其中Xi一为拼装管片方便并考虑管片安装误差及偏移所取的间隙裕量取Xi=20mm X2—曲线施工和修正盾构机蛇行所需的间隙按右图所示,可求得2X2=Ri—Ri XcosO,Ri=R-D/2,sin0=L/Ri化简成假设最小转弯半径R=300m,可得X2=5mm X=Xi+X2=20+5=25mm设计值X=4730-4600/2=75mm,能满足250m曲线半径的施工要求,而本标段最小转弯半径为300m,故完全可满足施工要求
11.7同步注浆能力盾构掘进1环1m环形间隙理论体积Ql=n XR2-r2XL=n X
2.442-
2.32X
1.2=
2.5m3其中:R为盾构开挖半径R=
2.44m;r为管片外圆半径r=
2.3m;L为盾构掘进
1.2环长度L=
1.2m根据计算,注浆量为环形间隙理论体积的
1.3〜
1.8倍则每环的注浆量:Q=3〜
4.5n搅拌罐的存储容量Q3=6m32Q2(说明搅拌罐的浆液容量能满足一环的注浆量)每环同步注浆时间应与掘进时间相同则注浆流量15()功而其中V为盾构平均掘进速度V=40mm/min实际注浆能力H:10m3/h(单台泵),两台泵总注浆能力为20000L,,即注浆泵注浆能力H超过3000〃〃〃由计算H2h说明注浆泵的同步注浆能力是能够满足盾构平均挖速度的要求。