盾构机的推力和扭矩计算盾构机的推力和扭矩计算包括软土和硬岩两种情况进行。

在软土中掘进时盾构机的推力和扭矩的计算地层参数按〈6〉岩石全风化带选取，由于岩土体中基本无水，所以水压力的计算按水土合算考虑。

选取可能出现的最不利受力情况埋深断面进行计算。

根据线路的纵剖面图，〈6〉层埋深不大，在确定盾构机拱顶处的均布围岩竖向压力P e时，可直接取全部上覆土体自重作为上覆土地层压力。

盾构机所受压力：P e = 丫h+ P oP0i= P e + G/DLP i=F e xxR=(P+ 丫.D)入式中：入为水平侧压力系数，入= h为上覆土厚度，h= 丫为土容重，丫= t/m 3G为盾构机重，G=340 tD为盾构机外径，D= m ; L为盾构机长度，L= m ; P 0为地面上置何载，P o=2 t/m 2; P oi为盾构机底部的均布压力；P i为盾构机拱顶处的侧向水土压力；P2为盾构机底部的侧向水土压力；P e=X +2= t/m 22 2P oi=+34O/ (x) =m P i=x =m2P2 =+ xx =m盾构推力计算盾构的推力主要由以下五部分组成：F F i F2 F3 F4 F5式中：F i为盾构外壳与土体之间的摩擦力；F2为刀盘上的水平推力引起的推力F3为切土所需要的推力；F4为盾尾与管片之间的摩阻力F5为后方台车的阻力1F l 一(P e P01 P P2)DL .4式中：：土与钢之间的摩擦系数，计算时取0.31 F1(26.83 33.37 14.8918.3) 6.25 8.32 0.3 1144.23t4F2 ,4(D2P d)式中：P d为水平土压力，P d( h D)2D 6.28h 12.8 15.93m2 22F d 0.47 1.94 15.93 14.52t/mF2/ 4(6.282 14.52) 445.48tF3/4(D2C)式中：C为土的粘结力，c=mF3 (6.252 4.5) 138.06t4F4 W c c式中：VC、卩c为两环管片的重量(计算时假定有两环管片的重量作用在盾尾内，当管片容重为m3管片宽度按计时，每环管片的重量为)，两环管片的重量为考虑。

卩C=F448.24 0.3 14.47tF5 G h sin g G h cos式中：G h为盾尾台车的重量，G~ 160t;B为坡度，tg 9 =卩g为滚动摩阻，卩g=F5160 0.025 0.05 160 1 12.00t盾构总推力：F 1144.23 445.48 138.06 14.47 12.00 1754.24t盾构的扭矩计算盾构配备的扭矩主要由以下九部分组成。

在进行刀盘扭矩计算时:M M1 M2 M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 M 9式中：M为刀具的切削扭矩；M为刀盘自重产生的旋转力矩M为刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩；M为密封装置产生的摩擦力矩M为刀盘前表面上的摩擦力矩；M为刀盘圆周面上的摩擦力矩M为刀盘背面的摩擦力矩；M为刀盘开口槽的剪切力矩M为刀盘土腔室内的搅动力矩a •刀具的切削扭矩MR0 1 2M i Chrdr M1 (C h max R0)0 2式中：C「：土的抗剪应力，2C「=C+P d x tg © =+x tg20 °=mh max:刀盘每转的最大切削深度，h ma=8cm/转R0:最外圈刀具的半径，R0=1 2 2M1-(9.78 8 10 2 3.142) 3.83t m2b. 刀盘自重产生的旋转力矩MM=GRl g式中：G:刀盘自重，计算时取刀盘的自重为G=55tR :轴承的接触半径，计算时取为R=卩g：滚动摩擦系数，计算时取为卩g=M=55xx = . mc. 刀盘的推力荷载产生的旋转扭矩M2M=WR 卩z W p=an R P d式中：W：推力荷载；a：刀盘封闭系数，a =尺：轴承推力滚子接触半径，RF ；F C :刀盘半径，R=卩z：滚动摩擦系数，卩z= ；P d:水平土压力，P d=mW=nXX =；M=xx = t . md. 密圭寸装置产生的摩擦力矩M2 2M4=2 冗卩F (n i Rn i +rbRn2)式中：卩m：密圭寸与钢之间的摩擦系数，卩n=；F:密圭寸的推力，F=mn i、n2 :密圭寸数，n i=3 n 2=3；Rn2：密圭寸的安装半径，Rn= R m2=；M= 2 nxxx( 3X +3X) = t • me. 刀盘前表面上的摩擦力矩MM5 2( p R3P d)3式中：a：刀盘开口率，a =；卩P：土层与刀盘之间的摩擦系数，卩P= R :刀盘半径，R=M5 2(0.30 0.15 3.143 1 4.52 ) 41.96t m3f .刀盘圆周面上的摩擦力矩MM=2 n RBP 卩P式中：R:刀盘半径，R= ; B:刀盘宽度，B=P Z:刀盘圆周土压力P Z= (P e+P)1+P1+F2) /4= (+++) /4=m2M=2 nXXXX = • mg. 刀盘背面的摩擦力矩MM=2/3[ (1- a)n 戌卩P X ]M=2/3 (XnXXXX) = • mh. 刀盘开口槽的剪切力矩MM8- C R33式中：C T：土的抗剪应力，因碴土饱和含水，故抗剪强度降低，可近似地取C==1 t/m，© =5°; C T =C+P X tg © =1+X tg5= t/mM8- 2.27 3.143 0.30 45.88t m3i .刀盘土腔室内的搅动力矩MM=2n( R2— R>2) LG式中：d i :刀盘支撑梁外径，d i=；d2 ：刀盘支撑梁内径，d2= mL：支撑梁长度，L= mM9=2 n（）XX = t • m刀盘扭矩M为M~M之和M=++++++++=• m在硬岩中掘进时盾构机的推力和扭矩的计算地质参数按照<9>层选取,<9> 层为岩石微风化带.盘形单刃滚刀的参数如下:直径d=（17 英寸），R=刃角 a =60°每转切深h=1 cm刀盘直径D=盘形滚刀刀间距， B n=2htg © /2式中：©为岩石的自然破碎角，查表选取© =155°B m=2X 1 X tg155/2= ~ 10cm盾构推力的计算硬岩具有完全自稳能力。

在硬岩中掘进时，盾构机的拱顶、两侧、底部所受的压力均很小，对盾构机的推进影响不大，盾构机的推力主要消耗在滚刀贯入岩石所需要的推力上，所以可以近似的把滚刀贯入岩石的力看成盾构机的推力，其它在选取盾构机推力的富裕量时进行统筹考虑。

根据力平衡原理和能量守恒原理计算盘形滚刀的滚压推力，每个盘形滚刀的推力F总=mF力式中： F 力为单个滚刀贯入岩石所需要的力m为刀盘上安装的盘形滚刀（单刃）的数量F力4 K d R s(丄)0.5(£1.4h .2Rh h2tg-2 1.5 35 2式中：K d为岩石的滚压系数，查表取K d=R压为岩石的抗压强度，R压==623kg/cm2r i为盘形滚刀的刃角半径；r i =8cm9 i为盘形滚刀的半刃角；B i=30°©为岩石的自然破碎角，©=155°F力4 0.55 623 (—)0.5(聖)1.4 1 2 21.6 1 『tg15524.64t3 1.5 35 2m= D /(2 X B)式中：D为刀盘的外径，D=出为滚刀的刀间距，B=10cmm = (2 X 10X 10-2)=31本盾构机设计双刃滚刀19把，合计单刃滚刀38把，满足需要。

盾构机的总推力：F总=mF力=38X =盾构扭矩的计算硬岩掘进的扭矩主要由以下三部分组成：T T1 T2 T3式中：T1为刀盘滚动阻力矩计算T2为石碴提升所需要的扭矩T3为克服刀盘自重所需要的扭矩a. 刀盘滚动阻力矩计算T1T1 FB m m.式中：F为盘形滚刀的滚动力式中：E为与被滚压岩石自由面条件和形状有关的换算系数，EP力=卩压= h为每转切深，h =1cmR为盘形滚刀的半径，R=21.6 mmF 3 0.8 ” ------ 124.64 2.273 2 21.6 1出为盘形滚刀刀间距，B=10cm=42T1 2.27 0.1 m i 204.99t mi 1b •石碴提升所需要的扭矩T2T2=q n R h 1R式中：q为石碴容重，q=mR= mH=1 mm/n卩1为刀盘系数，卩1=T2=XnXXXX =c.克服刀盘自重所需要的扭矩T3T3=W/y 1R式中：W为刀盘自重，M55 t口 1 =R=T3=55XX = • m硬岩掘进所需要的力矩T= + += • m推力和扭矩的选取及验证软土中掘进：推力F=，扭矩T= • m硬岩中掘进：推力F=，扭矩T= t • m由于盾构在施工中经常需要纠偏、转向，因此盾构的推力实际上要比计算出来的大，按照经验数据，盾构实际配备的推力为计算值的倍。

F 1.5 F 1.5 175424 2631.36t按照《Mechanised Shield Tunnelling〉〉一书（作者:Bernhard Maidl ；MartinHerrenknecht ; Lothar Anheuser等)介绍的经验公式进行验算2F D kN式中：a为经验系数，按下图取500~1200D为盾构外径，D = mF (500 ~ 1200) 6.25219530 ~ 46875kN 1953 ~ 4687.5t本盾构机设计总推力为3421t，既大于理论计算值，又处于经验计算值之间, 说明盾构机的推力是足够的。

盾构外径当用刀盘扭矩的经验公式计算刀盘扭矩时T=a D3式中：a：扭矩系数，取a =T=x = t • m本盾构机额定扭矩T=450t • m，最大扭矩Tmax=530t • m可同时满足理论计算及经验计算的要求。

刀盘的驱动功率a.刀盘驱动所需功率:4 p / 530 10 19550 b. 液压马达所需总功率m 为液压马达数量，m=8每个马达功率为:P m — 652.91 81.61kWm 8c. 驱动电机的总功率：PP z 652.91/0.9 725kWd其中：n d 为电机效率，n d =本盾构机刀盘电机配备的功率为 945kV ,在满足上述计算要求的情况下,仍有较大富裕，以应付掘进过程中不明因素的影响。

盾构推进所需功率盾构机最大推进功率P T 可按：P T =F • V式中：F---总推力，F=3421tV---最大推进速度，V=8cm/minP T =3421 X 10X 8X 10-2/60= 式中：T c 为刀盘驱动的最大扭矩；T c =530 t • mn 为刀盘最大扭矩时的转速与盾构机设计的最大扭矩相对应的转速为 1 r/m ，则刀盘执行机构实P/ 际功率为:T c n9550 554.97kW—巴=554^1 m0.85 652.91kW其中：n m 为马达效率, n m =本盾构机的推进功率取值为55kW 可满足上述要求螺旋输送机参数的确定a .输送量Q理论出土量Q 可按:本盾构机的螺旋输送机的输送能力为 400nVh ，可满足计算要求 b .螺旋输送机驱动功率螺旋输送机所需功率:式中：W 0为物料阻力系数，取丫为土的容重，取m 3L 、 H 为螺旋输送机的水平长度和高度初定螺旋输送机的长度为10m 倾角为23°则:L=10 x cos23° = m H=10 x sin23 ° = m400 1 94所以，P L ----------- (3.2 9.205 3.907) 70.55kW 367电机所需功率：P k 吃 2 7055188kW总 0.75 本盾构机螺旋输送机驱动电机功率 315 kW,可以满足上述计算要求 皮带输送机的参数确定 式中：D 为盾构的开挖直径，D=V max 为盾构的开挖速度，V max =8cm/mi n x 60=ha 为土的松动系数取为，a =Q Lmax D 24 Q L 1.56.282 44.8 221.4m 3/h P LQ L 367 (W o H)皮带输送机的输送量应与螺旋输送机的输送量相匹配，按450 m3/h确定皮带输送机的参数进行计算a.确定带宽B式中：Q 为皮带输送机的输送量取450riVhK d 为端面系数，查表K d =355 匕为速度系数，查表K v =&为倾角系数，查表K . =1V 为带速，V=s取标准带宽，B=800mmb •皮带输送机的功率计算皮带输送机的功率即为电动滚筒的功率，电动滚筒的功率 N 可按:式中：K q 为满载驱动系数，K F ~,取K q =n 为效率，取n =N ）为电动滚筒的轴功率：N 0 K k L h V K z L h Q 0.00273Q H K f式中：K q 为空载运行功率系数，查表 K q =L h 为运行长度，L h =45mK z 为水平满载运行功率系数，查表 K z = X 10-5V 为带速，V=sH 为倾斜高度，H=查表取K f =N 0 0.0165 45 2.5 10.89 10 5 45 450 0.00273 450 0.5 2.89.65 N 1.4 15.35kW—450 \ 355 0.96 1 2.5 727mmK qN 。