[发明专利]曲面型土压平衡盾构刀盘正面扭矩的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于盾构机械施工技术，具体涉及一种盾构掘进过程中刀盘驱动扭矩的计算方法。

背景技术

盾构是地下工程中的典型掘进装备，具有结构复杂、体积庞大、重型巨载等特点，目前已被广泛应用于各类隧道工程建设中。盾构掘进过程中刀盘驱动扭矩的确定是其设计及施工环节的核心技术之一。刀盘驱动扭矩包括刀盘正面扭矩、侧面摩擦扭矩、以及刀盘背面的搅拌扭矩等。其中刀盘侧面摩擦扭矩以及刀盘背面搅拌扭矩已有相应的计算方法。刀盘正面扭矩是由刀盘与掘进界面地质间不断相互作用引起的，与掘进地质条件、装备掘进速度、装备结构特征等密切相关。根据盾构刀盘侧剖面的形状，一般又分为平面型盾构和曲面型盾构。目前对于平面型盾构刀盘正面扭矩的计算方法，虽然不太成熟但基本能适用，主要问题是该计算方法未考虑刀盘形状参数对扭矩的影响。因此提出一种曲面型土压平衡盾构刀盘正面扭矩的计算方法，早已成为本行业之急需。

发明内容

本发明的目的是，提出一种曲面型土压平衡盾构刀盘正面扭矩的计算方法，为盾构施工提供可靠的参数控制依据。

本发明的计算方法分为以下四个步骤：

（1）计算掘进界面静土压引起的摩擦扭矩T₁：

T1=(1-η)fK0γρ3[πH(arcsinRρ-Rρλ)-ρ3(2+λ)(1-λ)2]]]>

式中：η为刀盘开口率，R为刀盘半径，ρ为刀盘曲率，λ为刀盘形状影响系数，可通过计算，K₀为掘进界面静止土压力系数，γ为土体容重，H为地表至盾构机中心线埋深，f为刀盘与土体间摩擦系数；

（2）计算刀盘掘进引起的摩擦扭矩T₂：

T2=πf(1-η)Eρ2δ1-μ2(1-λλ)]]>

式中：E为土体弹性模量，μ为土体泊松比，δ为刀盘每转切入深度；

（3）计算刀具切土扭矩T₃：

式中：p_m为土仓压力，c为土体内聚力，为土体内摩擦角；