φ6340mm隧道掘进机 型号TM634 PMX
设 计 计 算 书 1
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1、计算条件……………………………………………………………….3 1.1工程条件………………………………………………………….3 1.2地质条件…………………………………………………………. 3 1.3计算模型…………………………………………………………. 4 1.4盾构机规格………………………………………………………..5 2、盾构机刀盘所需扭矩计算……….…………………………………….5 2.1 计算条件………………………………………………………..5 2.2 各参数的计算…………………………………………………..6 2.3 所需扭矩计算…………………………………………………..7 3、盾构机掘进时所需推力计算….……………………………………….8 3.1 计算条件………………………………………………………..8 3.2 各参数的计算……………………………………………….….9 3.3 推力计算……………………………………………………….10 4、盾构机壳体强度计算………………….………………………………11 4.1 计算条件…………….…………………………………….…...11 4.2 各参数的计算…….……………………………...………….…11 4.3 土荷载计算………………………………………………….…12 4.4 盾构机壳体水平方向变位量的计算……………………….…13 4.5 载荷的计算………………………………………………….…13 4.6 弯曲扭矩[M]及轴力[N]的计算结果……………………….…14 4.7 盾构机壳体应力σ的计算结果…………………………….…15 5、切削刀具寿命的计算………………………….……………………....21 2
5.1 地质概况…………………….…………………………………21 5.2 地质计算模型化………………….……………...……………21 5.3 主切削刀计算………………….……………………...………21 5.3.1 磨损高度与运转距离的关系…….………………………...21 5.3.2主切削刀、刮刀的磨损系数………………………….……22 5.3.3刀具磨损计算公式……………………………………….…23 5.3.4刀具磨损计算结果………………………………………….24 6、三排园柱滚子轴承计算………………………………………………25 6.1 盾构机规格……………………………………………………....25 6.2 载荷计算………………………………………………………....26 6.2.1土载荷的计算……………………………………….……....26 6.2.2 作用与三排园柱滚柱轴承上的载荷的计算………………26 6.3、三排园柱滚柱轴承寿命计算：……………………………....27 6.3.1三排园柱滚柱轴承规格………………………………….....27 6.3.2 三排园柱滚柱轴承寿命计算…………………...……….…27
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1、计算条件 ： 1.1、工程条件： (1) 隧道长度 m (2) 隧道最小转弯半径 250m (3) 盾构机开挖直径 φ6340mm (4) 管片外径 φ6200mm (5) 管片内径 φ5500mm (6) 管片宽度 1200mm (7) 管片厚度 350mm (8) 分块数 5+1块 (9) 管片重量 4.5t / 块 (10) 隧道坡度 ‰
1.2、地质条件： (1) 土质 淤泥质粘土、粘土、粉质粘土、砂质粉土、粉砂、细砂 (2) 隧道覆土厚度 5～30 m (3) 地下水位GL- 0.5 m (4) 间隙水压 MPa (5) 透水系数 cm/sec (6) 标准贯入值（N值） (7) 内摩擦角 deg (8) 粘着力 kN/cm2 (9) 含水率（W%） (10) 地面负荷 6 tf/m2 (11) 地层反力系数 kN/m2 4
1.3、计算模型 说明：由于整个计算全部采用在埋深30m，承受最大水压力，因此计算偏与安全。
水位
图 1-1 根据小松公司的长期经验，切削刀的切削抵抗系数在粘土·淤泥质粘土土层（水土不分离）中最大（见表1-1切削阻力系数）。因此采用最恶劣的粘土·淤泥质粘土土层（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 0.008~0.01 松弛湿润砂 0.01~0.02 密实湿润砂 0.02~0.04 粘土 0.4~012
30m 0.5m 土体 盾构机
p=58.8kN/m2 5
1.4、盾构机规格 盾构机主要参数如表1-2所示（详细的规格见盾构机技术规格书）。 表1-2 盾构机主要参数 盾构机外径 Φ6340mm 盾构机长度 8680mm
刀盘扭矩 5151KNm {525tfm} (100%) 6181KNm {630tfm} (120%) 盾构机总推力 37730KN {3850tf}
盾尾钢板厚度 40mm
盾尾钢板材质 Q345
2、盾构机刀盘所需扭矩的计算： 2.1 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 30 m （3） 水头 Hw 0m （※） （4） 土的单位体积质量 水位上部 W0 1.9t/m3 （5） 土的单位体积质量 水位下部 W1 1.9t/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 φ 0 deg （9） 地面载荷 S 6t/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 6.34 m （13）盾构机半径 r 3.17 m 6
（14）壳体长 L 8.680 m （15）盾构机质量 G 275t （16）掘削断面积 A 31.57 m2 （17）刀盘开口率 ξ 40% （18）刀盘半径 rc 3.15 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 θ 0.262 rad （24）主刀具数量 （安装总数的一半） nt 39个 （25）主刀具平均安装半径（ ≒d/4） Rk 1.585 m （26）刀盘支撑梁数 na 6 个 （27）刀盘支撑梁平均安装半径 Ra 1.56 m （28）刀盘支撑梁外径 da 0.46 m （29）刀盘支撑梁长度 la 0.712m （※）标记表示以水土不分离进行计算时不使用。
2.2 各参数的计算 1）松弛高度计算 ① 考虑地面负载时的覆土 H1 = H + S/W0 33.2 m ② 松弛高度 H2 因为是用全覆土计算，所以松弛高度为： H2 = H1 33.2 m ③ 松弛宽度 B B = r×cos(45-φ/2)+r{1+sin(45-φ/2)}×tan(45-φ/2) 7.7 m 2）土压计算 7
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。 ① 上部土压P1 P1 = H2×W1 617819 Pa { 63.tf/m2 } ② 侧压 P2 P2 = K1×（H2+r）×W1 507663.3 Pa { 51.8tf/m2 } ③ 下部土压 P3 P3 = P1+G/（d×L） 662565 Pa { 67.6tf/m2 } ④ 平均土压 P P = （P1+2×P2+P3）/4 573927.6 Pa { 58.5tf/m2 }
2.3 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（切削阻力系数） 松弛干燥砂 0.008~0.01 松弛湿润砂 0.01~0.02 密实湿润砂 0.02~0.04 粘土 0.4~012
一个切削刀刃所需的阻力矩Hα根据村山·田经验公式计算 Hα = 2.1×es·B0·t2×10（-0。22·θ） 1374 N { 140kgf } T1 = nt×Hα×Rk 84.949 kN-m {8.66tf-m} 2）刀盘面板与地层间的摩擦阻力矩 T2 T2 = 4×π×c×（1-ξ）×rc3/6 1953 kN-m {199tf-m} 3）刀盘面板外周与地层间的摩擦阻力矩 T3 T3 = π×c×l×rc2 1432 kN-m {146tf –m} 4）搅拌翼的阻力矩 T4