[发明专利]隧道掘进机刀盘驱动载荷计算方法

摘要

一种包含地质参数、操作参数以及刀盘结构参数对刀盘载荷影响的驱动载荷计算方法，可以为刀盘设计及施工参数调整提供准确的依据。隧道掘进机刀盘驱动载荷包括推力和扭矩，其计算方法为：(1)确定开挖面静止土压力F1；(2)确定刀盘掘进推力F2；(3)根据F1和F2和确定刀盘总的驱动推力；(4)确定刀盘侧面与周围土体间的摩擦扭矩T1；(5)确定密封舱内搅拌扭矩T2；(6)确定刀盘掘进扭矩T3；(7)由T1、T2、T3之和确定刀盘总的驱动扭矩。本方法可以快速计算出隧道掘进机刀盘驱动载荷，由于综合考虑了各核心要素对刀盘载荷的影响规律，因而计算结果更加准确，并能随时根据地质条件与操作状态的改变灵活调整载荷参数，实现了掘进机施工过程中载荷的科学设定与调整。

主权项

隧道掘进机刀盘驱动载荷计算方法，其特征在于计算分为以下几个步骤：(1)确定开挖面静止土压力F1所述开挖面静止土压力是指掘进界面前方土体在自然状态下由自身重力引起的土压力，由如下公式确定： F 1 = π D 2 4 K 0 γH 式中，D(m)为刀盘直径，K0为开挖面静止土压力系数，γ(kN/m3)为土体容重，H(m)为地表至掘进机中心线埋深；(2)确定刀盘掘进推力F2所述刀盘掘进推力是指掘进过程中，由刀盘挤压土体引起的，用以维持掘进机推进及开挖面稳定的推进载荷，由如下公式确定： F 2 = E 1 - μ 2 δD 式中，E(kPa)为土体弹性模量，μ为土体泊松比，δ(m/r)为刀盘每转切入深度；(3)根据F1和F2的和确定刀盘总的驱动推力F1+F2(4)确定刀盘侧面与周围土体间的摩擦扭矩T1所述摩擦扭矩T1由如下公式确定：T1＝π·D·t·f1·Pm式中，t(m)为刀盘厚度，f1为刀盘与土体间摩擦系数，Pm(kPa)为作用在刀盘侧面上的平均土压力；(5)确定密封舱内搅拌扭矩T2所述密封舱内搅拌扭矩是指刀盘后方密封舱内搅拌土体产生的扭矩，T2由如下公式确定：T2＝m·πDa·La·b·f2·pm式中，m为搅拌棒个数，Da(m)为搅拌棒直径，La(m)为搅拌棒长度；b(m)为搅拌棒与刀盘中心轴线之间的平均距离；f2为搅拌棒与土体间摩擦系数；pm(kPa)为密封舱平均土压力；(6)确定刀盘掘进扭矩T3所述刀盘掘进扭矩是指在掘进界面上由刀盘旋转摩擦以及切削破坏土体所引起的扭转载荷，T3由如下公式确定： T 3 = Eπ f 1 η 8 ( 1 - μ 2 ) δ D 2 + 1 12 πηc D 3 式中，η为刀盘开口率，c(kPa)为土体内聚力；(7)由所述步骤(4)、(5)和(6)将T1、T2、T3之和，确定为刀盘总的驱动扭矩。