文档介绍：盾构机受力计算及始发结构设计
【内容提要】本文重点从分析盾构机在始发阶段的受力入手,设计盾构机的始发设施(始发托架、反力架)及其固定,提出对盾构机掘进参数的控制要求。
【关键词】隧道、盾构、始发、始发托架、反力架
前言
随着技术进步、综合国力的增强,盾构法越来越多地被国内地铁界所接受,上海、广州、南京、北京、深圳、天津、西安、成都、沈阳、杭州、青岛等城市都使用这种方法。***是国内最早采用盾构施工的,且大部分工程都是利用盾构完成的。虽然盾构有许多成功的工程实例,但是使用这种方法也有较大的风险。而且使用盾构,在对洞口进行加固处理的始发阶段出问题的概率很高,即使是非常有经验的承包商也常会发生类似事故。
本文从盾构机在始发阶段的受力入手,设计盾构机的始发设施(始发托架、反力架)及其固定,提出对盾构机掘进参数的控制要求。
1工程地质情况简介
成都地铁1号线一期工程盾构施工2标,人民北路站至天府广场站盾构区间,第一台盾构机从始发井(右线)南端向南始发掘进,到达天府广场站调头至左线,再从左线向北始发,到达骡马市站后盾构机过站,到达文武路站后盾构机转场,到人民北路站吊出完成左线盾构掘进;第二台盾构机从始发井(右线)北端始发到达骡马市站过站,到文武路站转场,到人民北路站吊出完成右线盾构掘进,见图1线路平面示意图。整个盾构区间左、右线盾构吊装与拆除4次、调头1次、过站2次、转场2次。
成都地铁人-天区间两台盾构机在右线始发井各有一次盾构始发起点,总共7次始发,根据每次各100m的始发掘进地段的地质条件和线路平、纵断面设计,分析盾构机的掘进受力,对于正确设计、固定盾构机的始发设施,合理提出始发阶段盾构机掘进参数的控制是十分必要的。
图1线路平面示意图
2盾构机始发阶段的受力
始发前盾构机处于+%变坡点附近,整个盾体支承在始发托架上,盾构主机仅有重力G约3200kN作用在始发托架上,,刀盘悬臂置于托架前端,托架前端离始发掘进面(围护结构外侧面)。始发井盾构始发设计负7环始发,负7环端面靠紧反力架的反力环面,负7环另一端成为30个推力油缸的支撑面,提供掘进支撑反力,盾构机始发前受到始发托架两个导轨的支撑反力。
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。本标段选择的计算断面位置为YCK6+200处。根据招标文件和地质堪察报告按盾顶埋深
20 m,地下水位埋深按2m,盾构穿越地层按<4-4>卵石土地层进行核定。
管片内径:Φ5400mm
管片外径:Φ6000mm
管片厚度:300mm
管片宽度:1500mm
覆土厚度:20m
水头压力:180kPa
土容重:γ=23kN/m3
土的侧压力系数:
盾构机重量:320t
盾构机盾壳长度:
管片外径:Φg=6000mm
盾构尾部的外径为:Φ6230mm
盾构刀盘直径为:D 0=6250mm
钢与土的摩擦系数μ1=
车轮与钢轨之间的摩擦系数μ2=
每一滚刀的容许负荷pr=250kN
后配套系统G1=200t
最大推力F:34210kN
额定扭矩:4300 kNm
脱困扭矩:5200 kNm
松动圈土压,见图2荷载计算简图
按覆土厚度H0=20m计算
①Pe1=(γ-10)H0=(23-10)*20=260kPa
②Pe2=Pe1-60=200 kPa
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
图2荷载计算简图
盾构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)、由滚刀挤压破岩力、管片与盾尾的密封阻力、后方台车的牵引阻力。
(正面阻力)
n-滚刀数量按正面有35把计算
MC-管件与钢板刷之间的摩擦阻力,
WS-压在盾尾内部2环管片的自重
所需最大推力
安全系数
结论:,可以满足掘进的需要;
始发时每一个滚刀挤压产生的负荷按150kN计算,则F3=150*35=5250kN,盾构机在始发井的反力架的承载能力应大于F2+F3+F4+F5=+5250++300= kN,反力架按承载15000 kN设计。
3始发托架的设计