6340盾构机计算书Word格式文档下载.docx
- 文档编号:22135518
- 上传时间:2023-02-02
- 格式:DOCX
- 页数:31
- 大小:276.97KB
6340盾构机计算书Word格式文档下载.docx
《6340盾构机计算书Word格式文档下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《6340盾构机计算书Word格式文档下载.docx(31页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(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5~30m
(3)地下水位GL-0.5m
(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6tf/m2
(11)地层反力系数kN/m2
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
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H30m
(3)水头Hw0m(※)
(4)土的单位体积质量水位上部W01.9t/m3
(5)土的单位体积质量水位下部W11.9t/m3
(6)水的单位体积质量W20t/m3(※)
(7)标准贯入试验值N0
(8)内摩擦角φ0deg
(9)地面载荷S6t/m2
(10)侧方土压系数K10.7
(11)松弛土的粘着力c 4,905KN/m2
(12)盾构机外径d6.34m
(13)盾构机半径r3.17m
(14)壳体长L8.680m
(15)盾构机质量G275t
(16)掘削断面积A31.57m2
(17)刀盘开口率ξ40%
(18)刀盘半径rc3.15m
(19)刀盘厚l0.4m
(20)切削阻力系数(见表1-1)es1.2
(21)切削刀刃宽度B012cm
(22)切深t2.3cm
(23)切削刀刃的前角θ0.262rad
(24)主刀具数量(安装总数的一半)nt39个
(25)主刀具平均安装半径(≒d/4)Rk1.585m
(26)刀盘支撑梁数na6个
(27)刀盘支撑梁平均安装半径Ra1.56m
(28)刀盘支撑梁外径da0.46m
(29)刀盘支撑梁长度la0.712m
(※)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/W033.2m
②松弛高度H2
因为是用全覆土计算,所以松弛高度为:
H2=H133.2m
③松弛宽度B
B=r×
cos(45-φ/2)+r{1+sin(45-φ/2)}×
tan(45-φ/2)7.7m
2)土压计算
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×
W1617819Pa{63.tf/m2}
②侧压P2
P2=K1×
(H2+r)×
W1507663.3Pa{51.8tf/m2}
③下部土压P3
P3=P1+G/(d×
L)662565Pa{67.6tf/m2}
④平均土压P
P=(P1+2×
P2+P3)/4573927.6Pa{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
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)1374N{140kgf}
T1=nt×
Hα×
Rk84.949kN-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)×
rc3/61953kN-m{199tf-m}
3)刀盘面板外周与地层间的摩擦阻力矩T3
T3=π×
l×
rc21432kN-m{146tf–m}
4)搅拌翼的阻力矩T4
T4=2×
na×
da×
la×
ra×
c301kN-m{30.66tf-m}
5)所需扭矩T
T=T1+T2+T3+T43771kN-m{384.32tf-m}
6)装备扭矩余量S
装备扭矩T0时(100%时)5151kN-m{525tf-m}
安全率S=T0/T1.36倍
装备扭矩T1时(120%时)6181kN-m{630tf-m}
安全率S=T0/T1.64倍
由计算可知,本盾构机在100%扭矩时(=525tf-m)是理论计算的1.36倍,有充足的余量,特别是在120%扭矩时(=630tf-m)是理论计算的1.64倍,本盾构机配置了充分的扭矩。
足以保证工程的需要。
3、盾构机所需推力的计算:
3.1计算条件
(1)土质粘土、淤泥质粘土
(2)覆土H30m
(3)水头Hw0m(※)
(5)土的单位体积质量水位下部W11.9t/m3
(10)土压系数K10.7
(11)松弛土的粘着力c 4,905KN/m2
(14)壳体长L8.68m
(15)盾构机质量G275t
(17)后续设备的质量GB88t
(18)牵引系数μ0.5
(19)管片外径Ds6.2m
(20)管片与盾尾密封的摩擦阻力μs0.3
(21)盾尾密封数n3道
(22)盾尾密封挤压力PT0.00314MN/m
3.2各参数的计算
(1)松弛高度计算
·
考虑地面负载时的覆土
H1=H+S/W033.2m
松弛高度H2
因为是用全覆土计算,所以松弛高度为:
H2=H133.2m
(松弛宽度B)
tan(45-φ/2)=7.7m
(2)土压计算
3.3推力计算
盾构机推力由壳体外周摩擦阻力、胸板所受的土压与水压、后续设备的牵引力、管片与盾尾密封的摩擦阻力等组成。
1)克服壳体外周摩擦阻力的推力F1
F1=π×
d×
L×
c8480kN{865.3tf}
2)克服胸板所受的土压与水压的推力F2
F2=A×
P216027kN{1634tf}
3)克服后续设备的牵引力的推力F3
F3=GB×
μ614.6kN{62.7tf}
4)克服管片与盾尾密封摩擦阻力的推力F4
F4=π×
Ds×
μs×
n×
PT55kN{6tf}
5)推进时所需推力
F=F1+F2+F3+F4+25177kN{2569tf}
6)装备推力安全率
虽然对曲线施工和方向控制来说盾构机推进油缸数量多比较好,但受空间的限制,所以尺寸及数量受到制约。
装备推力F0=1715×
2237730kN{3850tf}
安全率F0/F1.5倍
由计算可知,本盾构机配置了充分的推力。
注:
本计算从安全考虑,土压计算时的松弛高度采用全覆土计算,而实际上松弛高度要比全覆土小,所以上述装备推力十分充分。
并且,本盾构机的装备推力为所需理论推力的1.5倍,对应曲线施工也具有充分的余量。
4、盾构机壳体强度计算
4.1计算条件
全覆土(水、土不分离计算)
(1)复土深度H=30m
(2)地下水位Hw=0.50m
(3)土的质量(水上部分)γ=19kN/m3
(4)土的质量(水下部分)γ’=19kN/m3
(5)水的质量γw=0kN/m3
(6)土的内部摩擦角Q=0度
(7)地盘反力系数K=15,000kN/m2
(8)盾构机外径D=6.34m
(9)盾构机半径R=3.17m
(10)盾构机长度L=8.68m
(11)盾构机自重G=2695tkN
(12)盾构机壳体板厚T=4.0cm
(13)路面负荷S=58.5kN/m2
4.2各参数的计算
(1)
土压系数[λ’]
0.850
土压系数λ’,在本工程软土层地质清楚的场合,取0.850。
如果地质情况不够清楚时,使用上式计算。
(2)
盾构机单位面积质量[G1]
15.588kN/m2
(3)
壳体断面惯性矩(每100cm)[I]
533cm4
(4)壳体断面抗弯模数(每100cm)[Z]
267cm3
(5)壳体断面积(每100cm)[A]
A=100×
T400cm2
(6)松弛土宽度[B1]因采用全覆土,故该项可不计算
(7)水土一体+地面负荷[σv]
σv=(Pe1)=γ×
H+P0628.8kN/m2
(8)盾构机外径2倍的土压[σ2D]
240.92kN/m2
因采用全覆土计算,故采用水土一体+地面负荷
[σv]=628.8kN/m2
4.3土荷载计算
(1)盾构机顶部垂直载荷[P1]
土压Pe1=γ×
水压Pw1=Hw×
γw0.0kN/m2
合计P1=Pe1+Pw1628.8kN/m2
(2)盾构机顶部水平载荷[Q1]
土压Qe1=Pe1×
K1534.5kN/m2
水压Qw1=Hw×
γw0.0kN/m2
合计Q1=Qe1+Qw1534.5kN/m2
(3)盾构机底部水平载荷[Q2]
土压Qe2=Qe1+γ’×
D×
K1636.9kN/m2
水压Qw2=(Hw+D)×
合计Q2=Qe2+Qw2636.9kN/m2
(4)盾构机底部垂直载荷[P2]
自重Pg=π×
g149.0kN/m2
土压Pe2=Pe1628.8kN/m2
水压Pw2=Qw20.0kN/m2
合计677.8kN/m2
(5)松弛土高度[H2]
因为是用全覆土计算,所以松弛高度为:
H2=H133.8m
4.4盾构机壳体水平方向变位量的计算
(1)由盾构机自重引起的地盘反力的变位量[δ]
0.0081m
E=钢铁的弹性模量=20.58×
106(N/cm2)
η=弯曲刚性有效率=1.000
4.5载荷的计算
(1)垂直载荷{P1}起的扭矩[M1kN-m]及轴力[N1kN]
kN-m
kN
(2)水平载荷{Q1}起的扭矩[M2kN-m]及轴力[N2kN]
kN-m
kN
(3)水平三角形载荷{Q2-Q1}起的扭矩[M3kN-m]及轴力[N3kN]
kN-m
(4)由地层反力{K・δ}引起的扭矩[M4kN-m]及轴力[N4kN]
①0≤X≤π/4
kN-m
kN
②π/4≤X≤π/2
(5)盾构机自重{π・g1}引起的扭矩[M5kN-m]及轴力[N5kN]
①0≤X≤π/4
kN-m
kN
②π/2≤X≤π
4.6弯曲扭矩[M]及轴力[N]的计算结果
(1)弯曲扭矩[M]计算结果(KN-m/m)
θ°
M1
M2
M3
M4
M5
合成弯矩M
1559.8
-1325.8
-105.8
-144.2
53.3
37.3
15
1350.8
-1148.2
-95.0
-129.6
47.2
25.3
30
779.9
-662.9
-63.5
-86.8
30.1
-3.2
45
0.0
-15.0
-18.6
5.2
-28.4
60
-779.9
662.9
42.3
67.6
-22.5
-29.6
75
-1350.8
1148.2
95.0
147.7
-46.7
-6.6
90
-1559.8
1325.8
127.0
183.3
-60.7
15.6
105
124.9
-58.5
11.5
120
84.7
-38.2
-3.0
135
15.0
-5.2
-8.8
150
30.6
-2.7
165
-124.9
58.0
6.1
180
-148.2
68.2
9.8
(2)轴力[N]的计算结果(KN/m)
N1
N2
N3
N4
N5
合成軸力N
1683.6
100.8
136.0
-8.2
1912.2
132.7
1570.8
97.3
131.4
-4.6
1927.6
495.2
1262.7
86.0
117.8
5.8
1967.5
990.4
841.8
66.4
96.2
21.5
2016.2
1485.5
420.9
40.3
62.2
40.4
2049.4
1848.0
112.8
14.6
21.0
60.0
2056.5
1980.7
77.1
2057.9
7.0
84.0
2072.8
75.3
2084.2
94.9
55.6
2078.9
155.9
32.8
2064.3
203.7
14.9
2053.5
221.7
8.2
2049.5
4.7盾构机壳体应力σ的计算结果
在壳体外侧产生的应力[σ外侧]
kN/m2
(2)在壳体内侧产生的应力[σ内侧]
kN/m2
(3)壳体产生的应力的计算结果(kN/m2)
容许应力为:
210,000kN/m2
σout
判定
σin
187,651
OK
-92,040
142,951
-46,572
37,220
61,153
-56,120
156,930
-59,746
162,214
26,519
76,304
109,921
-7,029
94,970
8,670
40,846
63,363
18,857
85,087
41,660
61,557
74,087
28,586
87,945
14,532
根据计算本次盾构机壳体盾尾厚度为4cm时,将采用抗拉强度490N/mm2级钢材。
结论:
本盾构机壳体的容许应力、容许应变具有充足的余量。
小松公司建议:
因为本次投标盾构机覆土最大为30m,盾尾受力较大,而以上计算时,盾尾壳体厚度采用40mm,因此,盾尾应力、应变也较大,除了采用抗拉强度490N/mm2级钢材外,可以将盾尾钢板厚度从40mm增至45mm:
(1)在盾构机直径不变的情况下,将盾尾间隙从30mm改为25mm,盾尾钢板厚度从40mm增至45mm。
(2)在保持盾尾间隙为30mm的条件下,将盾构机直径从φ6340mm增至φ6350mm,则钢板厚度可以从40mm增至45mm。
因此,如果盾尾钢板厚度采用45mm时,应力为155,681kN/m2,可采用Q255钢板。
盾尾钢板40mm及45mm的解析见下图:
1、盾尾钢板45mm的解析图
盾尾
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 6340 盾构 计算