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粉质粘土地层盾构推力的计算 摘要： 以江南地区粉质粘土地层盾构施工为例，运用理论和经验公式对盾构推力进行计算和比较，对相同或相似地层条件下的盾构参数计算和选型具有一定的参考价值。 关键词：盾构机；推力；粉质粘土 Key words: shield machine; thrust; silty clay Abstract: Shield on silty clay strata in Jiangnan region, as a sample to calculate and compare the shield thrust with theory and empirical formula, have a certain reference value for shield parameter calculation and selection on the same or similar strata. 一、 概述 用盾构法施工隧道是利用刀盘旋转切削土体并由千斤顶推动盾构机前进，因此刀盘和推进系统是盾构机中的关键部件，刀盘转矩和千斤顶推力的计算是盾构选型的基础，也是保证盾构顺利切削、推进的前提。盾构掘进时，影响掘进的主要因素是地层土体条件。本文以无锡地铁一号线盾构施工为背景，以德国海瑞克直径为6.39m的盾构机为例，对粉质粘土地层盾构推力进行了计算和比较。 二、盾构外部荷载分析计算 有关土力学参数及由地表至隧道底部的地层构造见表1 表1地表至隧道底部的地层构造表 土层代号及名称 含水量ω(%) 天然密度ρ (g/cm3) 土层厚度 m 静止侧压力系数λ (3)3-1粉质粘土 25.03 1.93 2.23 0.35 (3)3粉土夹粉质粘土 31.09 1.90 3.53 0.43 (5)粉质粘土 31.92 1.87 2.97 0.50 (6)1-1粉质粘土、 26.02 1.97 4.6 0.35 (6)1粘土 24.44 1.99 6.2 0.33 盾构荷载分布见图1。 土层的天然密度ρ： 取ρ=1.97g/cm3；即19.3KN/m3 土层的静侧压力系数λ： 取λ=0.35； 地面上置荷载P′：按设计文件说明取2t/m2，即20KN/m2。 区间隧道覆土厚度为：H=12～18m 盾构的外径为：D=6390mm 盾构长度：L=7400mm 盾构的重量：W＝484t 图1盾构荷载分布图 Pe1――竖直土压； Pe2――竖直抗力土压； Pg――自重反压； Pw1――竖向水压； Pw2－－竖向水压； qw1－－侧向水压； qw2－－侧向水压； qe1－－盾构顶部水平土压； qe2－－盾构底部水平土压； Pe1=ρH+P′ =19.3×18+20 =367KN/m2； Pe2=Pe1+ρD =367+19.3×6.39 =490KN/m2； Pg＝4W/(πDL) =4×4840÷(3.14×6.39×7.4) =130KN/m2； Pw1=Pw2=qw1=qw2=0； qe1=λPe1 =0.35×367 =128KN/m2； qe2=λPe2 =0.35×490 =171.5KN/m2。 三、盾构推力的理论计算 盾构推力由壳体外周摩擦阻力、克服面板所受的土压与水压的推力、后续设备的牵引力、管片与盾尾密封的摩擦阻力等组成。 1、盾构与地层之间的摩擦阻力F1 F1=0.25πDL(2Pe1+qe1+qe2)μ1+μ1W =0.25×3.14×6.39×7.4×(2×367+128+171.5)×0.2+4840×0.2 =8641KN μ1——盾构外壳与粘土的摩擦系数，μ1＝0.2 2、刀盘正面土压力F2 F2=π(D2Pd)/4 Pc——刀盘中心处静止土压力 Pc=λ（Pe1+ρD/2） =0.35×(367+19.3×6.39/2) =150KN/m2 F2=π(D2Pc)/4 ＝3.14×(6.392×150)/4 =4808KN 3、盾尾密封与管片之间的摩阻力F3 F3=1.2nπD1μc =1.2×2×3.14×6.2×10 ＝467KN n——盾尾内的管片环数，n＝2 D1——管片外径，D1=6.2m μc——每m管片长度摩擦阻力μc＝10kN/m (经验值) 4、盾构总阻力F为F1、F2、F3之和： F=F1+F2+F3 =8641+4808+467 =13916KN 5、由于盾构在施工中经常需要纠偏、转向，并考虑盾构机后部拖车的牵引阻力及刀具切土所需推力，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1.5～2倍，按最大值2倍计算盾构掘进所需的总推力。 Fs=2×F =2×13916 =27832KN。 四、盾构机实际配备的推力 推进系统油泵的最