盾构机-系统推力计算

盾构的总推力根据各种推进阻力的总和及所需的富裕量决定，对于土压盾构通常考虑的推进阻力有盾体的摩擦力、作用在刀具上的阻力、开挖面的支撑压力、盾尾与管片及盾尾密封刷间的摩擦力、后配套的拖拉力等。这些推进阻力根据地层情况和盾构的尺寸参数计算如下：

1）盾体与地层间的摩擦阻力由公式（1）计算

F10.25DL(2Pe2K0PeK0D)1W1 （1） 式中

D——盾构机直径 L——主机长度

W——盾构机主机重量（KN）

γ—— 掘削断面上的土体浮重度（KN/m3） K0——掘削断面上土体的静止土压系数，取值0.5

1——地层与盾构机外壳间摩擦系数， 通常取10.5tan

——掘削断面上土体的内摩擦角（°）

peiHii1nPe——作用在盾构机上顶部的竖直土压强度（kPa）,

n——地表至盾构机外壳上顶区域内的不同浮重度的土层的层数 γi——第i层的浮重度（KN/m3） Hi——第i层厚度

F10.25×3.14×8.658×6.48×（2×200+2×0.5×200+0.5×20×6.48）

×0.13+3000×0.13＝4196KN

2）刀具上的推力

现按照滚刀方式计算推力，共47把，按每把单刃滚刀的最大承载力按250kN计算。

F2=250×47=11750kN 3）盾尾与管片间的摩擦力

盾尾与管片间的摩擦力由公式（2）计算

F3n1Ws2D0l1p12 （2）

式中

n1——盾尾内管片的环数

Ws——1环管片的重量

2——管片与盾尾间的摩擦系数 D0——管片外径

l1——盾尾刷的长度 p1——尾刷内油脂压力

F3=2×1000×0.3+3.14×6.2×0.85×300×0.15=1344kN 4）后配套拖车的拖拉力

后配套的拖拉力暂按500 kN考虑 F4=500 kN 5）开挖面的支撑压力

开挖面的支撑压力按公式（3）计算，对于土压平衡盾构计算公式如下

F5D24PS (3)

式中

Ps——设计掘进压力，此处取200kPa

F5=3.14×6.482×200/4=6592kN 6）系统推力

系统的装备推力为上述推进阻力的总和乘以富裕量系数此处取1.5 F=(F1F2F3F4F5)=1.5×(4196+11750+1344+500+6592)=36573kN 实际配置共22根推进油缸，总推力达到40861KN。