盾構(gòu)機分類及選型設(shè)計第一部分1盾構(gòu)的分類

(1)按掘削地層分類硬巖盾構(gòu)（TBM）軟巖盾構(gòu)軟土盾構(gòu)硬巖軟土盾構(gòu)雙護盾TBM軟土盾構(gòu)復合盾構(gòu)(2)按盾構(gòu)機橫截面形狀分類半圓形圓形橢圓形馬蹄形雙圓搭接形三圓搭接形矩形(3)按盾構(gòu)機橫截面的形狀分類超小型盾構(gòu)φ<1m小型盾構(gòu)3.5m≥φ≥1m中型盾構(gòu)6m≥φ≥3.5m大型盾構(gòu)14m≥φ≥6m超大型盾構(gòu)18m≥φ≥14m特大型盾構(gòu)φ>18m(4)按掘削面的敞開程度分類全部敞開式：無蓋敞開式、有蓋敞開式部分敞開式：網(wǎng)格式封閉式：中心支承式、中間支承式、周邊支承式

(5)按掘土出土器械的機械化程度程度分類

人工挖掘式、半機械掘削式、機械掘削式◆手掘式盾構(gòu)◆半機械式盾構(gòu)◆網(wǎng)格式盾構(gòu)

(6)按掘削面的加壓平衡方式分類外加支承式氣壓式泥水式土壓式(7)按刀盤運動形式分類

(8)按盾構(gòu)機特殊構(gòu)造分類中折盾構(gòu)球體盾構(gòu)異徑母子盾構(gòu)重心靠前盾構(gòu)特殊構(gòu)造的盾構(gòu)現(xiàn)場換刀盾構(gòu)可直接掘削前障礙物盾構(gòu)機體可分可合盾構(gòu)固體回收盾構(gòu)傾斜中空軸全斷面機內(nèi)注漿盾構(gòu)傾斜中空軸全斷面機內(nèi)注漿+活動前檐盾構(gòu)(9)按盾構(gòu)機的功能、用途分類

(10)按盾構(gòu)隧道襯砌施工方法分類(11)綜合分類2盾構(gòu)選型

盾構(gòu)掘進機選型依據(jù)

(1)

土質(zhì)條件、巖性、（抗壓、抗拉、粒徑、成分等個參數(shù)）(2)

開挖面穩(wěn)定（自立性能）(3)

隧道埋深、地下水位(4)

設(shè)計隧道的斷面(5)

環(huán)境條件、沿線場地（附近管線和建筑物及其結(jié)構(gòu)特性）(6)

襯砌類型(7)

工期(8)

造價(9)

宜用的輔助工法(10)設(shè)計路線、線形、坡度（11）電氣等其他設(shè)備條件（1）以開挖面穩(wěn)定為核心，盾構(gòu)選型應(yīng)充分把握地層條件；（2）應(yīng)考慮土的塑性流動性、土的滲透系數(shù)；——滲透系數(shù)10-5m/s是土壓平衡盾構(gòu)作業(yè)的經(jīng)驗上限值。（3）應(yīng)考慮地下水的含量及水壓；這涉及到是選用泥水盾構(gòu)還是土壓盾構(gòu)以及盾尾密封的選型。2.1盾構(gòu)機選型的原則（4）應(yīng)重視地層中有無砂礫和大卵石；——土的滲透性、刀盤的磨耗、地層的擾動范圍、刀盤的開口率、對卵石的破碎及其排出方式。（5）應(yīng)考慮土層的粒徑分布；——采用土層顆粒曲線來界定不同盾構(gòu)的適用土層。總的來說，粒徑大時宜采用泥水盾構(gòu)，粒徑小時宜采用土壓盾構(gòu)。（6）隧道的線形和轉(zhuǎn)彎半徑也是應(yīng)考慮的因素；盾構(gòu)機本體的長度與直徑比及盾尾間隙直接影響盾構(gòu)的轉(zhuǎn)彎及糾偏能力。一般，長度與直徑之比（L/D）應(yīng)不大于1.0，當轉(zhuǎn)彎半徑過小時可考慮采用鉸接式盾構(gòu)。（7）盾構(gòu)選型時，必須根據(jù)土質(zhì)條件決定切削刀的形狀、材質(zhì)和配置。（8）刀盤的裝備扭矩也與盾構(gòu)選型有關(guān)；盾構(gòu)裝備扭矩T=αD3（D為盾構(gòu)外徑，α為扭矩系數(shù)，對泥水盾構(gòu)α=9~15；土壓盾構(gòu)α=8~23）顯然，采用泥水盾構(gòu)有利于減小刀盤切削阻力，從而減輕主軸承的負荷。（9）盾構(gòu)施工對周圍環(huán)境的影響也是盾構(gòu)選型時應(yīng)考慮的因素。比如地層變形的許可程度、有無地下構(gòu)筑物等，再比如泥水處理以及廢渣的傾倒是否對環(huán)境有污染等。（10）盾構(gòu)的選型還應(yīng)考慮對工作環(huán)境的影響。比如，盾構(gòu)的刀盤驅(qū)動是液壓驅(qū)動還是電動驅(qū)動，液壓驅(qū)動效率低，噪聲大，洞內(nèi)溫度上升快，而電動驅(qū)動效率高，洞內(nèi)環(huán)境好（噪聲小、溫度低）。不同地質(zhì)條件下全斷面掘進機選型SlurryEPB粒徑分布曲線400,006顆粒直徑

d單位mm篩分通過率<d%00,0011030200,0020,020,060,2泥土粒徑7060508090100600,62,06,060,020,010090807050403020100篩分粒徑砂粉質(zhì)土粘土細中粗礫石粗細中粗粗細中粗粗Foam不同地質(zhì)條件下全斷面掘進機選型

泡沫EPB盾構(gòu)泥水盾構(gòu)棄土容重粘土粉土粘稠度系數(shù)IC柔軟軟硬0,25堅硬0,501,000,75EPB模式

EPB敞開模式添加劑防止堵塞添加劑增加塑性高滲透性砂礫石滲透系數(shù)k[m/s]很高滲透性一般滲透性10-210-310-410-5復合式盾構(gòu)EPB+添加劑高濃度膨潤土工作艙內(nèi)土體容重[t/m3]1,401,051,502,002,20盾構(gòu)掘進機選型的其他條件（1）工期條件的制約

（2）造價因素的制約

（3）環(huán)境因素的制約

（4）基地條件的制約（5）設(shè)計路線、平面豎向曲線形狀的制約

3.1

神華新街煤礦斜井雙模盾構(gòu)實例分析1）地質(zhì)概況

新街臺格廟礦區(qū)斜井隧道長6505m，最大埋深達684m，隧道坡度為6°。斜井沿線地質(zhì)條件復雜，穿越地層有第四系湖積物、風積沙（約150m）、白堊系砂巖、砂礫巖（約3250m）、侏羅系（含安定組和延安組）砂巖、巖、砂質(zhì)泥巖等（約3105m），巖石單軸抗壓強度20～60MPa，同時地層多處呈不整合接觸，局部存在小型斷層，地層雖發(fā)生突水的可能性小，但富水性不均。盾構(gòu)選型實例2）盾構(gòu)機選型分析工程特點：該斜井隧道工程存在長距離、高埋深、大坡度連續(xù)下坡、地質(zhì)多變等特點。根據(jù)新街臺格廟礦區(qū)地層施工條件對設(shè)備選型的特殊要求，就常用的盾構(gòu)機類型進行工程適應(yīng)性分析和比較。

盾構(gòu)機類型適應(yīng)性分析和比較根據(jù)新街臺格廟礦區(qū)地質(zhì)條件，通過各種掘進機類型的特點和適應(yīng)性比較分析，我們發(fā)現(xiàn)只有同時具有單護盾TBM模式和土壓平衡模式的雙模式盾構(gòu)能夠完全勝任新街臺格廟礦區(qū)1號礦井主副井的施工要求。在圍巖完整、地層穩(wěn)定的情況下，雙模式盾構(gòu)工作在敞開式TBM模式下，實現(xiàn)隧道的快速開挖和快速出渣；在通過圍巖穩(wěn)定性差的不良地層、破碎帶、富水層時改用土壓平衡模式，保證隧道的安全穩(wěn)定掘進。由于施工條件復雜，無法直接參照地鐵施工的經(jīng)驗，因此需要考慮斜井對雙模式盾構(gòu)機的特殊要求（1）刀盤

刀盤適應(yīng)性：圍巖不穩(wěn)定時，機器工作在在土壓平衡模式下，采用介于輻條式與面板式之間的輻板式刀盤，裝有滾刀、切刀和刮刀，既保證強度與剛度，又有一個較大的開口率（35%）。圍巖穩(wěn)定時，盾構(gòu)工作在單護盾TBM模式下，拆除切刀，封閉開口，并且添加蓋板，使刀盤轉(zhuǎn)換為面板式刀盤，增大刀盤強度剛度。3）工程對部分關(guān)鍵部件的特殊要求刀盤耐磨性：在進入巖石地層與砂卵石地層，使得刀盤刀具磨損十分嚴重。刀盤冷卻裝置：由于連續(xù)長距離掘進，刀具、刀盤等部件容易產(chǎn)生大量的熱，溫度的上升會影響潤滑和密封的有效性，因此在盾構(gòu)刀盤上必須配置噴水口和相應(yīng)的管道，對掌子面進行降溫。刀盤防結(jié)泥餅：6~86m深度范圍為粉細砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互間層，細顆粒含量高，在盾構(gòu)刀具擠壓、摩擦、高溫、離子吸附下極易結(jié)泥餅，導致刀具發(fā)生偏磨，縮短刀具、刀盤使用壽命。（2）主軸承①壽命要求斜井長度達到6.3km，盾構(gòu)機設(shè)備的主要部件的設(shè)計壽命應(yīng)大于20km，主軸承壽命設(shè)計要求在15000h以上。②密封要求沿斜井方向經(jīng)過多個潛水含水層和承壓水含水層，且在埋深約457m時的最大水壓力達到3.75bar，因此主軸承最大承壓能力必須大于3.75bar。a.主軸承的密封分為內(nèi)密封和外密封，外密封防止土倉中的砂土和泥水進入主軸承，內(nèi)密封防止土倉中的砂土和泥水等進入傳動箱內(nèi)。b.根據(jù)主軸承密封系統(tǒng)的承載和使用壽命要求，可以選擇外密封為5道、內(nèi)密封4道的唇形密封圈。最外一道密封采用密封唇口向外的形式，以防止渣土、砂、地下水等添加劑等進入主軸承內(nèi)。最內(nèi)一道密封的密封唇口向里的形式，以防止?jié)櫥偷男孤＂蹪櫥笾鬏S承的良好潤滑不僅保證主軸承的正常工作，減小滾子和滾道的摩擦，降低發(fā)熱量，還能減小主軸承的載荷。（2）盾尾密封盾尾密封的主要作用是密封和潤滑，即在管片脫出盾尾時防止外面的砂漿和地下水進入盾構(gòu)，延長密封件的壽命。對于盾尾密封有以下若干要求：①良好的防水性能②一定的承壓能力需要密封油脂能在一定的地下水壓和地層壓力下有效工作③耐磨性隧道長度大，盾尾密封刷的磨損較嚴重（3）出渣系統(tǒng)雙模盾構(gòu)配置了兩套不同的一級出碴系統(tǒng)：在土壓平衡模式下采用螺旋輸送機出碴，單護盾TBM模式下，用皮帶出碴機出碴，并且在刀盤背面安裝接碴斗。長距離大坡度掘進，出碴系統(tǒng)也必須滿足的要求：①功率要求由于存在6度坡角，皮帶出碴與螺旋輸送機的功率計算與水平掘進存在一定偏差，故要修正偏差避免功率不足引起的機器故障。②適應(yīng)性要求施工中盾構(gòu)要穿越砂質(zhì)泥巖、細砂巖、灰綠色砂質(zhì)泥巖以及砂卵石等不同的地層，需要皮帶出渣機和螺旋輸送機有較廣的適應(yīng)性，以免大直徑的渣土堵塞機器。18號線起于火車南站，經(jīng)三岔湖片區(qū)至天府國際新機場，線路長度（盾構(gòu)法）：34.77Km

最小轉(zhuǎn)彎半徑：600m

縱坡：最大為26‰

隧道穿越地質(zhì)種類比較全面：

區(qū)間范圍內(nèi)表層為人工填土，其下為黏性土、粉質(zhì)粘土、粉土、粉細砂、卵石土夾粉細砂，下伏基巖為泥巖等。3.2成都地鐵18號線的路線與地質(zhì)3選型舉例A：隧道典型斷面一（火車南站——環(huán)球中心站）：主要為<5-1-3>中風化泥巖，局部<3-8-3>密實卵石土。B：隧道典型斷面二（環(huán)球中心站——世紀城站）：主要以<3-8-3>密實卵石土為主，部分區(qū)域和<5-1-3>中風化泥巖互層。一、卵石地層施工風險：1.卵石層中掘進，刀盤扭矩大，對設(shè)備能力要求高；2.富水卵石中換刀困難，短距離卵石層掘進前需提前換刀，長距離卵石層中掘進則需要降水施工和頻繁換刀；3.大顆粒卵石中掘進有形成沖擊荷載對刀具損害；卵石石英含量高，磨損性強，對刀盤、刀具和螺旋機磨損，造成損壞；4.卵石粒徑20-150mm，粒徑較大者難以進入刀盤，完整性好，造成對刀具的反復磨損；5.卵石層滲透系數(shù)大，地層若富水，涌水危險大；6.卵石堅硬，抗壓強度大，因松散分布，刀盤前難以固定碾碎；3.2.2工程地質(zhì)重難點1）砂卵石地層掘進主驅(qū)動扭矩問題中密、密實卵石層細顆粒成分含量少，渣土的摩擦阻力大，當渣土改良不佳時，土倉一旦建立壓力則刀盤扭矩急劇增大，要求設(shè)備具有較大的驅(qū)動扭矩。應(yīng)對設(shè)計方案：1）刀盤驅(qū)動系統(tǒng)具有足夠的扭矩儲備，最大扭矩系數(shù)28，脫困扭矩系數(shù)35；2）配備9路單管單泵泡沫系統(tǒng)以及膨潤土系統(tǒng)對卵石地層進行渣土改良；2）砂卵石地層掘進刀盤、刀具磨損及換刀困難問題在砂卵石地層掘進，對刀盤刀具磨損嚴重，且整個刀盤盤體及刀體本身直接與卵石接觸，卵石不僅對刀具刃口有磨損，甚至對整個刀體和刀盤盤體產(chǎn)生磨損。由于砂卵石層細顆粒含量少，透氣性好，在需要帶壓進倉換刀時很難保住氣壓，產(chǎn)生換刀困難的問題。設(shè)計解決方案：刀盤面板及大圓環(huán)采用加強型耐磨措施，刀盤安裝加強型18寸刀圈的滾刀，刮刀及邊刮刀采用大合金耐沖擊重型刀具；配備SAMSON保壓系統(tǒng)，一用一備，增加可靠性。3）螺旋機的磨損及卡螺旋機問題盾構(gòu)在砂卵石含量高地層掘進，渣土對螺旋軸葉片和螺旋機筒體的磨損作用強烈。大量卵石通過螺旋輸送機，可能會造成螺旋軸的卡滯，甚至會對螺旋軸造成嚴重的損傷。設(shè)計解決方案：螺機前端筒體設(shè)有可更換耐磨套，筒節(jié)內(nèi)敷設(shè)耐磨復合鋼板，螺旋輸送機葉片焊接耐磨合金塊；在密實砂卵石地層，可根據(jù)地層卵石粒徑大小，通過在刀盤開口部位增加格柵的方法，限制卵石通過粒徑使之與螺旋輸送機通過粒徑相匹配，防止螺機卡滯。4）強透水地層的噴涌問題區(qū)間穿越的砂卵石層為強透水層，由于地層細顆粒成分含量少，不能自然形成能夠止水的流塑狀渣土，在渣土改良不到位時極易發(fā)生噴涌，導致土倉失壓引起地層沉降，嚴重時會發(fā)生“塌坑”現(xiàn)象；渣土含水量大，皮帶機角度大會對文明施工造成較大影響。設(shè)計解決方案：配備能力足夠的渣土改良系統(tǒng)，預留聚合物改良系統(tǒng)接口；螺旋輸送機出渣口處配置2道閘門以及保壓泵接口；皮帶機傾斜段采用10°小傾角設(shè)計，驅(qū)動采用變頻調(diào)速設(shè)計，提高攜渣能力。二、泥巖地層的施工風險成都地區(qū)泥巖抗壓強度不高，破巖難度較小，但泥巖粘性大，易糊刀盤刀具，造成偏磨，開挖困難；泥巖中掘進，開挖的細小顆粒，易在刀盤、土艙、螺旋機結(jié)成泥餅，致使出土困難，刀盤、螺旋機扭矩增大，掘進不暢，甚至噴涌發(fā)生。泥巖對渣土改良的要求高，改良材料的消耗較大；泥巖對刀盤刀具的設(shè)計，其他部分的配置有較高要求；泥巖層開挖后的渣土，流動性強，粘附性強，對隧道的文明施工，設(shè)備清潔保養(yǎng)帶來較大影響；1）刀盤泥餅問題泥巖地層粘粒成分含量大，渣土改良效果不佳時刀盤特別是中心位置可能會發(fā)生結(jié)泥餅現(xiàn)象；設(shè)計解決方案：增大刀盤中心開口，提高中心渣土流動性能；土倉中心配有固定攪拌棒及高壓水沖刷通道，提高土倉中心渣土流動性能；配置9路單管單泵泡沫系統(tǒng)。2）皮帶機打滑現(xiàn)象風化程度高的泥巖，往往容易形成大塊狀渣土，在水、泡沫的作用下，其表面光滑，會在皮帶機傾斜段出現(xiàn)打滑現(xiàn)象。設(shè)計解決方案：皮帶機傾斜段采用10°設(shè)計，驅(qū)動采用變頻調(diào)速，提高攜渣能力。3）管片上浮問題泥巖地層隧道成型相對較好，同步漿液凝結(jié)時間較長，管片上浮問題突出，造成管片錯臺破裂等不良影響，同時影響掘進速度。設(shè)計解決方案：泥巖地層可通過墊塊厚度調(diào)整邊刀高度，減小開挖直徑，可有效減少管片上浮量；配置同步雙液注漿系統(tǒng)以及二次雙液注漿系統(tǒng)，控制管片上浮。4）上軟下硬地層，盾構(gòu)主機存在上漂問題設(shè)計方案：刀盤配備2把仿形刀，可實現(xiàn)掌子面底部超挖，有效抑制上漂；配置2s精度等級的激光全站儀。砂巖地層的施工風險砂巖的強度較高，為較硬~硬巖，對設(shè)備的破巖能力要求較高；砂巖的石英含量高，對設(shè)備磨損較大；砂巖裂隙密集區(qū)，易形成局部儲水結(jié)構(gòu)，有突然涌水的危險；砂巖為泥質(zhì)膠結(jié)形成，使之遇水后具有流動性，便于排渣，但也因泥質(zhì)膠結(jié)需針對渣土情況，進行渣土改良；盾構(gòu)機的構(gòu)造及針對性設(shè)計土壓平衡盾構(gòu)機構(gòu)成：1.盾殼、盾構(gòu)推進千斤頂、盾尾密封、鉸接裝置2.刀盤和刀盤驅(qū)動支承機構(gòu)3.螺旋輸送機4.管片拼裝機5.后配套設(shè)備。

盾體（盾殼）：安全保護作用承受荷載作用是盾構(gòu)各機構(gòu)的支承和安裝基礎(chǔ)盾體系統(tǒng)由前盾、中盾、尾盾等組成。盾構(gòu)機的構(gòu)造及針對性設(shè)計前盾由主驅(qū)動連接法蘭、螺旋輸送機連接座、盾殼、土倉隔板、人艙連接座等組成。土倉隔板上設(shè)有被動攪拌棒；土倉隔板上配置有向土倉添加渣土改良材料的注入口。土倉隔板上配置有高靈敏度的土壓力傳感器。

此外隔板上還設(shè)有預留的電液通道、水氣通道、保壓孔等。前盾（切口環(huán)）前盾推進機構(gòu)油缸組直線左轉(zhuǎn)右轉(zhuǎn)上傾下傾１＃工作工作工作／工作２＃工作工作／工作工作３＃工作工作工作工作／４＃工作／工作工作工作盾構(gòu)調(diào)向表鉸接構(gòu)造鉸接裝置

總推力

24,000kN

數(shù)量

2,000kN×12根

鉸接方向

全方向（上下、左右、傾斜方向）超前注漿孔及布置在特殊工況下，需要對地質(zhì)進行加固，防止開挖面坍塌造成地表沉陷。根據(jù)超前注漿的影響區(qū)域，沿中盾盾殼圓周設(shè)計有超前注漿管，可對地質(zhì)進行超前鉆探、注漿加固。同時在前盾隔板上布置有鉸接式超前注漿管，可通過刀盤開口往隧道正前方鉆孔及加固。盾尾密封形

式：

3段金屬刷漿液逆流：注漿液逆流防止板潤滑：

盾尾油脂自動注入供脂位置：每列6處（共計12處）耐水壓：0.4Mpa針對成都地鐵18號線工程，盾體需解決以下幾個問題：盾體的結(jié)構(gòu)剛度滿足工程需要；具備頂部超挖的趨勢預警；具備連續(xù)有效的超前加固能力（用于處理飄石和掌子面加固）。盾體的針對性設(shè)計序號措施效果

前中盾采用80mm和60mm的Q460D厚板，盾尾采用60mm的Q690D厚板整體強度大大提高，能適應(yīng)不同工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件的需求

前盾頂部增加土壓傳感器實時反饋頂部土壓力變化，可有效反映頂部超挖趨勢

超前注漿孔出口前移到距離掌子面2m，傾角9°可有效提升超前有效加固距離，配合超前鉆注一體機殼進行連續(xù)的超前地質(zhì)加固（該套設(shè)備目前已經(jīng)成功在我司出場的ZTE8800設(shè)備上成功應(yīng)用，該工程需要穿越機場需連續(xù)超前加固），有效提升應(yīng)對飄石孤石和其他應(yīng)急情況的能力；刀盤驅(qū)動機構(gòu)：驅(qū)動刀盤旋轉(zhuǎn)，對土體進行擠壓和切削，其位于盾構(gòu)支承環(huán)的中部。前端與刀盤的法蘭相連，后部和四周與壓力壁法蘭以螺栓聯(lián)接。刀盤支承方式：有中心支承式、中間支承式和周邊大軸承支承式

刀盤驅(qū)動機構(gòu)刀盤軸承構(gòu)造形式：3列圓柱滾子軸承壽命：10,000小時檢測：溫度監(jiān)視系統(tǒng)潤滑：自動潤滑系統(tǒng)檢查：油脂取樣刀盤驅(qū)動部土砂密封特點土砂密封：3條唇形密封1段V型密封：3段迷路密封：拉比利斯（迷宮）式檢測：溫度檢測傳感器供油脂：自動供脂其他

：密封接觸面采用硬質(zhì)材料中密、密實卵石層細顆粒成分含量少，渣土的摩擦阻力大，刀盤需要較大的攪拌力矩。當渣土改良不佳時，土倉一旦建立壓力則刀盤扭矩急劇增大，導致堵轉(zhuǎn)。主驅(qū)動設(shè)計頻率(Hz)644567084轉(zhuǎn)速(r/min)0.21.5522.53.0扭矩(kNm)225001800014300114609550刀盤扭矩-轉(zhuǎn)速對照表（12組3000kW）配置的主軸承直徑4800mm，采用12組變頻電機驅(qū)動，驅(qū)動功率3000kW，最大18000kNm，脫困扭矩22500kNm。扭矩系數(shù)28，脫困扭矩系數(shù)35，扭矩儲備較大。序號措施效果1.

采用4.8m的進口大直徑主軸承，具備軸向預緊功能可有效提高主驅(qū)動的吸震能力，保證了主驅(qū)動在高沖擊地層的穩(wěn)定性2.

標稱扭矩可達20530kNm，脫困扭矩可達28740kNm具有足夠的扭矩儲備3.采用12組驅(qū)動單元，單個電機驅(qū)動功率達250kW，預留2路改造接口負載單元多，穩(wěn)定性更強4.

變頻電機配置有進口扭矩限制器可對驅(qū)動電機和減速機起到有效的保護5.

變頻系統(tǒng)內(nèi)置水冷卻系統(tǒng)保證了高沖擊地層變頻器的穩(wěn)定性6.

密封采用多道唇式的聚氨酯密封結(jié)構(gòu)不必消耗HBW油脂，油脂消耗成本低廉主驅(qū)動的針對性設(shè)計針對成都地鐵18號線的地質(zhì)情況，主驅(qū)動方面的針對性設(shè)計大直徑土壓平衡盾構(gòu)機刀盤要重點考慮以下幾個問題：刀盤中心區(qū)域結(jié)構(gòu)強度不足；刀盤如何承受高扭矩的強度和剛度；邊緣滾刀數(shù)量如何保證較長的有效掘進距離；如何減少刀盤后續(xù)改造的工作量；刀盤的針對性設(shè)計序號措施效果

中心區(qū)域正面采用厚整板，幅臂對接處采用倒圓設(shè)計，幅臂板延伸到中心處背側(cè)，中心厚板外緣背側(cè)增加加強筋板減少中心區(qū)域輻條焊接的應(yīng)力集中，加強中心區(qū)域的整體性，加強中心區(qū)域的結(jié)構(gòu)強度和剛度

輻條板和面板主結(jié)構(gòu)采用高強度厚板加強主體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)強度和剛度

沿半徑方向分布4組傳力環(huán)提高整體結(jié)構(gòu)剛性，傳遞扭矩更加均勻

保證渣土流動性的前提下刀盤正面厚度提高到600mm，邊緣厚度可達700mm加強大推力和大扭矩作用下的刀盤的整體剛度

采用6輻條加面板式的設(shè)計，邊緣滾刀12個有效延長邊緣刀具的有效掘進距離

采用7分塊設(shè)計（1中心塊+6邊塊）中心塊較大，單個邊塊弧長較短，改造量小

刀箱按照可安裝19英寸滾刀設(shè)計針對砂卵石地層情況可安裝19英寸滾刀，也可按照以往刀具通用的原則安裝18英寸的滾刀；刀盤的針對性設(shè)計中心整厚板結(jié)構(gòu)輻條和面板的厚板邊緣滾刀4道加強型傳力環(huán)刀盤的針對性設(shè)計中心塊邊塊序號措施效果

采用砂卵石地層專用切刀（第一道合金為連續(xù)大合金，采用小背斜設(shè)計，采用3排固定螺栓）提高了切刀的抗沖擊性能和耐磨性能

刮刀采用大合金設(shè)計，且采用M30的高強螺栓固定，刀座內(nèi)安裝有鋼絲螺套提高了刀具的耐沖擊性能，極端工況下拆卸方便

刀座設(shè)計有靠近底部的定位臺階有效消除沖擊剪力

刀盤外周采用鑲嵌合金耐磨條，正面采用復合式耐磨板，邊緣及過渡區(qū)域采用耐磨網(wǎng)格提高刀盤的整體耐磨性能

滾刀正面85mm刀間距，切刀170mm刀間距提高主切削刀具的延米壽命，更能適應(yīng)大直徑刀盤外周的高線速度磨損，減小泥巖的巖脊高度；

采用小面板結(jié)構(gòu)開口大而連續(xù)保證了刀盤在卵石地層的通過性能

加強了各類刀座的保護提高了刀具的耐沖擊性能砂卵石地層的針對性設(shè)計：鑲嵌合金耐磨中心大開口正面及外周開口正面復合耐磨板序號措施效果

有中心加強措施的前提下，中心開口進一步加大，中心1.5m范圍內(nèi)開口率可達40%加強了中心區(qū)域的渣土流動性，降低泥餅形成的風險

采用6支腿結(jié)構(gòu)中心區(qū)域渣土流動性得到改善

中心區(qū)域設(shè)置有5路改良劑注入口提高中心區(qū)域的渣土改良效果

中心背部區(qū)域渣土改良口采用3方位立體式的布置設(shè)計能有效提升中心區(qū)域的渣土改良效果

刀盤背板和支腿處共設(shè)計有4個主動攪拌棒加強了土倉渣土的攪拌效果，降低了形成“土拱”的風險

刀盤隔板處設(shè)計有高壓沖洗水接口可對刀盤中心區(qū)域進行沖洗，降低形成泥餅的風險

滾刀與切刀采用57.5mm的高差保證先行刀的有效切削空間，降低切刀的磨損，在先行刀磨損到極限時切刀剛好到達掌子面，有磨損報警的實用功效；泥巖地層的針對性設(shè)計：攪拌棒立體式噴嘴布置中心正面噴嘴高壓沖洗刀盤設(shè)計：刀盤的基本結(jié)構(gòu)為輻條面板式，6個主梁+6個副梁，可安裝滾刀，滾刀的刀座可實現(xiàn)滾刀與撕裂刀互換，為復合式刀盤，刀盤開口整個盤面均勻分布，開口率34%/36%，同時具備泥巖地層和砂卵石地層掘進能力。在泥巖地層刀盤開口率36%，利于進渣，防止泥餅產(chǎn)生。卵石地層限制周邊開口設(shè)計為螺栓連接，可根據(jù)地層調(diào)整開口刀盤設(shè)計采用中心隔板固定設(shè)計，配有中心固定攪拌棒及高壓水沖刷通道，固定攪拌棒可以與隨刀盤轉(zhuǎn)動的渣土形成相對運動，對渣土進行攪拌，使之不能形成泥餅。1）刀盤土倉中心防泥餅結(jié)構(gòu)設(shè)計防止粘土附著和結(jié)泥餅對策（１）

在刀盤進土口位置裝備高壓水噴射管防止粘土附著和結(jié)泥餅對策（２）

擴大刀盤中央部分的開口，重視泥土從刀盤中心部進入土倉防止粘土附著和結(jié)泥餅對策（３）在土倉內(nèi)隔壁上裝備前后滑動式固定攪拌翼，并可從其前端添加泥漿防止粘土附著和結(jié)泥餅對策（４）裝備在刀盤內(nèi)側(cè)可以覆蓋整個區(qū)域的攪拌翼防止粘土附著和結(jié)泥餅對策（５）固定土倉隔壁中心部分，防止轉(zhuǎn)動腳中心部分泥土堵塞2）刀盤受力結(jié)構(gòu)設(shè)計及剛度強度刀盤的6主梁結(jié)構(gòu)可設(shè)置6個牛腿，結(jié)構(gòu)受力合理，通過有限元分析，大應(yīng)力部位均配置足夠的材料，刀盤強度和剛度均能滿足各種地層的施工需要。3）刀具設(shè)計:滾刀刀圈尺寸為18寸，刃寬30mm，高度187.7mm，增大了滾刀刀圈的允許磨損量，延長了換刀距離。滾刀的安裝通過兩個楔形塊、拉緊塊和長螺栓鎖緊刀軸，能實現(xiàn)刀具的快速安裝和拆卸。刀盤最外軌跡布置2把滾刀，能夠更好的保證開挖直徑，延長邊刀的使用壽命，減少邊刀更換的次數(shù)。邊刮刀：邊刮刀為弧形結(jié)構(gòu)，數(shù)量12把，高度130mm，刀頭材料采用KE13類材料（鎢鈷類硬質(zhì)合金），具備良好的耐磨和抗沖擊性能。仿形超挖刀：超挖刀具有仿形功能，可直接通過主控室控制仿形刀伸出量，主要有以下三個作用：a.當遇到盾構(gòu)機上漂時，仿形刀可在底部伸出調(diào)整盾構(gòu)姿態(tài)；b.作為最外軌跡刀具，當最外軌跡滾刀磨損之后，仿形刀可代替掘進一定距離；c.最外軌跡滾刀更換時，仿形刀伸出擴挖一部分仿形仿形刀實物圖刮刀4）長距離擴挖方式在硬巖地層小曲線半徑長距離擴挖掘進時，采用加厚L型塊加高邊刀方式進行擴挖。5）刀具互換性滾刀刀座上安裝可更換式撕裂刀，滿足局部軟弱地層配刀需求。6）設(shè)計刀盤前面板表面敷設(shè)6.4+6.刀盤耐磨4復合鋼板，耐磨材料硬度為HRC58-62，刀盤外圈梁鑲焊兩圈耐磨合金塊，可降低刀盤在卵石和砂礫層掘進時渣土對刀盤外圈梁的磨損。耐磨復合鋼板7）刀盤磨損檢測刀盤設(shè)置有4個液壓式磨損檢測裝置，能夠通過液壓油泄漏后的報警及時發(fā)現(xiàn)刀盤或刀具的磨損。磨損檢測點9路泡沫，其中兩路與膨潤土共用2路膨潤土（與泡沫共用）泥漿注入口的配置?刀盤面板前面：3處?固定隔板一側(cè)：4處?固定攪拌翼前端：1處?螺旋出渣機：3處

可選擇泥漿、泡沫和聚合物3種類型噴出口閥門構(gòu)造照片噴口總成可以從刀盤背面抽出，完全損壞或阻塞不能疏通時可在土倉內(nèi)抽出維修或更換。安裝及工作狀態(tài)洞內(nèi)抽出維修或更換刀具形狀及特點高100寬150刀具形狀及特點特點總結(jié)?大型、堅固?適用土質(zhì)的選擇?可在土倉中更換?釬焊時溫度管理和熱處理對應(yīng)復合地層的刀具配置復合地層的刀具裝備與對策?可更換滾刀與強化先行刮刀?如巖石強度在30Mpa以下可使用強化先行刮刀進行掘進?如巖石強度為30～250Mpa則應(yīng)適用滾刀進行掘進滾刀的形狀與特點尺寸：17

英寸

允許磨損量

：20mm允許負荷：250kN

允許線速度：150m/min材質(zhì)：特殊工具鋼

轉(zhuǎn)動力：70Nーm刀盤耐磨損對策刀盤外周堆焊釘狀耐磨物外周進行硬化耐磨層堆焊耐磨ＩＮＧ板螺旋出渣機的特點驅(qū)動方式

液壓驅(qū)動方式（裝備動力：110kw）出土量

280m3/h（最大排出粒徑：φ250mm×500mmL）直徑

700mm（帶軸式出渣機）轉(zhuǎn)速

1.0～24rpm驅(qū)動扭矩

常用最大：55.7kN-m脫困時最大：65,0kN-m前端部

耐磨對策（套筒與螺旋槳硬化堆焊）耐磨措施的針對性設(shè)計：成都地區(qū)的砂卵石多是花崗巖風化沖擊形成具有非常強的磨損性能，經(jīng)常出現(xiàn)螺旋機筒體磨穿，螺旋葉片磨光的情況。螺旋機的針對性設(shè)計序號措施效果

螺旋機的葉片和軸采用我公司成熟應(yīng)用于砂卵石地層的耐磨堆焊設(shè)計極大的提高了螺旋機筒體的耐磨性能

螺旋機前端主工作葉片采用鑲嵌合金的合金塊，后端葉片外周采用鑄造式合金塊極大提高了螺旋軸和葉片的耐磨性能

螺旋機前端節(jié)2000mm長度范圍，底部圓周方向120°范圍，筒體采用可更換的耐磨襯板設(shè)計耐磨性具備更大的工程實用意義螺旋機耐磨措施方面針對設(shè)計：◆結(jié)構(gòu)組成螺旋輸送機由螺旋軸，連接筒體，伸縮節(jié)，出渣節(jié)，驅(qū)動裝置組成。◆耐磨設(shè)計主要是葉片耐磨設(shè)計和筒體耐磨設(shè)計。1）葉片耐磨設(shè)計：葉片軸前部外圓鑲焊合金耐磨塊，在螺旋葉片迎渣方向堆焊耐磨網(wǎng)格。2）筒體耐磨設(shè)計：前盾螺旋輸送機筒體內(nèi)套表面貼有耐磨復合鋼板，前端兩節(jié)筒體內(nèi)表面貼復合耐磨鋼板。螺旋機防止水噴涌對策（旋轉(zhuǎn)出渣機）隔壁螺旋機閘門構(gòu)造在隔壁處裝備螺旋機前端閘門管片拼裝機和吊運系統(tǒng)應(yīng)重點解決的問題有：真空吸盤如何適應(yīng)同時適應(yīng)1800mm和1500mm，兩類環(huán)寬管片的吊裝需求；拼裝和吊運系統(tǒng)如何在噴涌地層，保證正常的管片吊運和拼裝作業(yè)；如何提高管片運輸環(huán)節(jié)的卸載和運輸效率。管片拼裝機和吊運系統(tǒng)的針對性設(shè)計序號措施效果1.

真空吸盤采用“雙輪廓”設(shè)計一個吸盤就能夠滿足1800mm和1500mm，兩類環(huán)寬管片2.

管片吊機采用“一次吊裝”設(shè)計，可直接將管片吊運至管片拼裝機抓取區(qū)，無需喂片機構(gòu)（本案包含喂片機）在噴涌工況下，仍能保證較高的管片吊裝效率，不必為清洗喂片結(jié)構(gòu)而浪費2-3個小時的時間，與此同時在始發(fā)階段也可大大提高始發(fā)階段的喂片效率3.

設(shè)計有卸載器，可從管片運輸車上整環(huán)卸載管片并存儲管片可有效提高施工物料運輸效率“雙輪廓”真空吸盤管片搬運裝置形式：雙臂搬運方式吊具：

雙起重機方式結(jié)構(gòu)：開挖面作業(yè)空間寬敞、簡潔渣土改良系統(tǒng)這對本工程需要重點考慮的問題有：具備強大的注入能力用以適應(yīng)多種地層對于渣土改良系統(tǒng)的需求；具備防堵和通堵的能力；具備對掌子面、土倉和螺旋機等多點位多層次的改良能力。渣土改良系統(tǒng)的針對性設(shè)計序號措施效果1.采用12路通路的回轉(zhuǎn)接頭（不包含液壓通路）加大刀盤的改良劑注入點2.

泡沫系統(tǒng)9路泡沫采用（單管單泵）的設(shè)計改良系統(tǒng)性能更強且具有一定的防堵能力3.泡沫噴嘴采用“Y”型止回橡膠設(shè)計具有比單向閥更好的防堵性能4.

泡沫泵采用柱塞泵設(shè)計，最高注入壓力可大50bar能直接用作高壓模式用于通堵，提高了改良劑管路的防堵能力5.

刀盤外周設(shè)計有獨立的膨潤土注入管路，能夠在緊急情況下可向掌子面上部噴射壓力泥漿用于形成泥膜提高了渣土改良系統(tǒng)對于地層的適應(yīng)性6.

本案在刀盤、盾體和螺旋機分別設(shè)置了12路、4路和8路注入口，盾體預留多出注入點可保證改良劑多點位多層次的注入性能盾構(gòu)參數(shù)表ZTE8600土壓平衡盾構(gòu)主要性能參數(shù)表序號項目參數(shù)備注1

整機長度m103

2

主機長度m約10.5（不包含螺旋機）約16.2（包含螺旋機）3

轉(zhuǎn)彎半徑m400

4

爬坡能力‰≥35

5

推進速度mm/min≥90（砂卵石）≥100（泥巖）6

開挖直徑mm8650

7

主軸承直徑m4.8

8

驅(qū)動功率kW300012*2509

驅(qū)動扭矩kNm20530扭矩系數(shù)3210

脫困扭矩kNm28740扭矩系數(shù)4511推力kN81895標稱93594脫困12

螺旋機內(nèi)徑mm1020理論出渣量≥550m3/h13皮帶寬度mm1000變頻，帶速3.2m/s14回轉(zhuǎn)接頭通路12路9路泡沫+2路膨潤土+1加水15泡沫9路單管單泵16特色設(shè)計配有云端數(shù)字化指揮系統(tǒng)接口17總功率kW約4500第一節(jié)盾構(gòu)機基本參數(shù)的確定盾殼外徑刀盤直徑主機長度盾構(gòu)機重量第二章盾構(gòu)機關(guān)鍵參數(shù)及計算盾殼外徑

盾構(gòu)的外徑由管片外徑、保證管片安裝所需要的富余量、盾構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、盾尾殼體厚度以及修正蛇行時的最小余量等確定。式中：Ds——管片外徑；t——盾尾殼體的厚度；δ——盾尾間隙。盾尾間隙δ在實際使用數(shù)據(jù)中大多為20~45mm刀盤直徑為了防止盾構(gòu)被卡，刀盤直徑D0一般大于前盾直徑D110~20mm。一般有前盾直徑>中盾直徑>盾尾直徑的關(guān)系從而使盾構(gòu)外形形成一錐形，進一步減小盾構(gòu)由于地層沉降而被卡的風險。主機長度盾構(gòu)主機主要位于盾殼內(nèi)，因此主機長度L可由前盾、中盾、盾尾三部分組成。前盾L1根據(jù)刀盤厚度、刀盤后面攪拌裝置的縱向長度、土倉的容量（長度）等條件確定。中盾L2取決于盾構(gòu)推進油缸、排土裝置、管片拼裝機舉重臂支承機構(gòu)等設(shè)備的規(guī)格大小。盾尾長度L3盾尾長度L3可按下式確定：式中：LD——盾構(gòu)推進油缸撐檔的長度，m；B——管片的寬度，m；CF——組裝管片的余度，m，通常取CF=（0.25~0.33）B；CR——包括安裝尾封材在內(nèi)的后部余度，m。盾構(gòu)主機長度L與盾構(gòu)直徑D的比值一般稱作盾構(gòu)的靈敏度系數(shù)。L/D的比值大小可以反映出盾構(gòu)主機在開挖曲線隧道時的方向控制能力。L/D越小，操作越方便。大直徑盾構(gòu)D≥6m時，取L/D=0.7~0.8（多取0.75）；中直徑盾構(gòu)（3.5m≥D≥6m）時，取L/D=0.8~1.2（多取1.0）；小直徑盾構(gòu)（D≤3.5m）時，取L/D=1.2~1.5（多取1.5）。盾構(gòu)的靈敏度系數(shù)盾構(gòu)機重量盾構(gòu)重量是指刀盤、盾殼、推進油缸、管片拼裝機和其他安裝在盾殼內(nèi)的所有設(shè)備的重量的總和。序號名稱數(shù)量直徑（mm）長（mm）寬（mm）高（mm）重量（t）1刀盤（含刀具）18650//39001302前、中盾（含設(shè)備）18600//61703603盾尾（含盾尾刷）18570//4380804管片拼裝機1

8685719061001005螺旋輸送機1

1620026001700556設(shè)備橋1

16575610048653871號臺車1

12565610032005082號臺車1

12300610030005993號臺車1

115506100300046104號臺車1

117606100300039115號臺車1

117606100300050126號臺車1

168006300300048ZTE8600土壓平衡盾構(gòu)機重量、尺寸參數(shù)表土壓力是盾構(gòu)承受荷載的主要部分，因此如何恰當?shù)赜嬎阕饔迷诙軜?gòu)上的土壓力的大小及分布，就成為了盾構(gòu)設(shè)計和研究的首要問題。盾構(gòu)隧道土壓力的計算理論常用有兩種，一種是假定作用在盾構(gòu)上的土壓力為盾構(gòu)上全覆土重，另一種是考慮土體抗剪強度的松弛土壓力理論，包括太沙基理論、普氏土壓理論、謝家烋理論、比爾鮑曼理論等。第二節(jié)土壓力計算方法及理論全覆土理論認為盾構(gòu)上的垂直土體壓力是上覆土體土柱的重力式中：γ——土體容重；h——埋深。全覆土理論適用于淺埋隧道，未考慮巖土拱效應(yīng)的影響全覆土理論太沙基理論計算洞頂巖層中任意深度一點垂直土壓力σT為：圖2?4太沙基理論計算結(jié)果圖2?3太沙基理論計算模型比爾鮑曼理論式中：B——斷面寬度；ht——斷面高度。當埋深較小時，隨埋深增加垂直土壓力逐漸增大；當埋深較大時，計算結(jié)果出現(xiàn)負值，與實際完全不符，因此不適合于深埋隧道隧道開挖后，上部土體形成壓力拱，以壓力拱作為滑移面，滑移面下部的土體將松動塌陷，滑移面上部的土體不受擾動影響普氏理論h0——壓力拱的拱高，m；b——自然拱的半跨度，b=bt+httan(π/4-φ/2)；f——巖石的堅固系數(shù)（無量綱），按普式系數(shù)取值表或可根據(jù)f=tanφ計算；ht——隧道高度，m；bt——隧道半寬度，m。

普氏理論計算模型土壓力計算理論適用范圍全覆土理論適用于軟土淺埋隧道，不適用于硬巖或者深埋隧道太沙基理論適用于軟土淺埋、深埋隧道比爾鮑曼理論適用于淺埋隧道，不適用于深埋隧道普式理論不適用于淺埋隧道，適用于深埋隧道謝家烋理論適用于淺埋隧道，不適用于深埋隧道兩種隧道設(shè)計規(guī)范、宋玉香公式可進行深淺埋界限劃分，適用于各埋深隧道特征曲線法適用于計算各埋深下山巖隧道圍巖收斂對支護結(jié)構(gòu)的壓力土壓力計算理論適用性歸納盾構(gòu)在結(jié)構(gòu)設(shè)計和關(guān)鍵參數(shù)（推力、扭矩）的確定時，需要解決盾構(gòu)上作用的載荷問題。主要包括：盾構(gòu)周圍的水、土壓力載荷，盾構(gòu)正面的水、土壓力載荷，盾構(gòu)本身自重，變向載荷，上覆載荷。松動高度h0可由計算得到的垂直土壓力σv換算得到第三節(jié)盾構(gòu)上作用的載荷及分布盾構(gòu)周圍作用的垂直土壓力始終豎直向下，當盾構(gòu)水平時，垂直土壓力與盾構(gòu)周圍外法線方向呈θ角（0≤θ≤π）盾構(gòu)周圍外法線方向上作用的土壓力可由垂直土壓力乘以外法線方向上的土壓力系數(shù)Kθ得到。盾構(gòu)周圍作用的土壓力載荷θh0R垂直土壓力σv外法線σv式中：K——水平土壓力系數(shù)。則盾構(gòu)上半部分周圍外法線方向作用的土壓力為：盾構(gòu)下半部分受到的載荷為：盾構(gòu)主機自重產(chǎn)生的地層反力pgWg——盾構(gòu)主機自重；D——盾構(gòu)機直徑；L——盾構(gòu)主機長度。盾構(gòu)周圍作用的水壓力載荷為：hw——盾首頂部水頭高度；γw——水的容重；q——滲透系數(shù)，對于砂土q=0.5~1.0；

粘性土q=0.1~0.5，風化巖層q=0~0.5。盾構(gòu)周圍作用的水壓力載荷水頭hwhw+R-Rsinθθσw刀盤正面作用的載荷為開挖面的水平土壓力載荷：式中：r——刀盤正面上任意一點距刀盤中心的距離。刀盤正面作用的土壓力載荷θh0h0+R-rsinθσfr盾構(gòu)水平掘進時刀盤正面作用的土壓力水壓力方向始終垂直于刀盤面板，同樣考慮到滲透系數(shù)的影響，盾構(gòu)刀盤正面作用的水壓力為：刀盤正面作用的水壓力載荷式中：hw——盾首頂部水頭高度。θh0h0+R-rsinθσfr盾構(gòu)進行曲線施工或修正方向時，會受到來自周圍圍巖與其偏心推力相平衡的地基抗力的作用。稱此抗力為變向荷載。變向載荷考慮變向荷載的盾構(gòu)荷載模型在土木學會、日本下水道協(xié)會制定的《盾構(gòu)用標準管片》中規(guī)定，當在道路下面修筑隧道時，應(yīng)考慮路面載荷，將其視為上覆載荷，可取10kPa。上覆載荷從盾構(gòu)的載荷模型可知，盾構(gòu)承受著來自開挖面和盾殼周圍的土壓力和水壓力的作用，因此，隨著盾構(gòu)的推進，盾構(gòu)推進力必須克服盾殼與周圍地層的摩阻力、盾構(gòu)機推進時的正面推進阻力、管片與盾尾間的摩阻力以及后接臺車的牽引阻力。一般盾構(gòu)機推進力（簡稱推力）按下式計算：第四節(jié)盾構(gòu)機推力計算式中：F1——盾構(gòu)推進時刀盤正面的水土壓力產(chǎn)生的阻力；F2——盾構(gòu)與周圍土體產(chǎn)生的摩擦阻力；F3——盾尾與管片的摩擦阻力；F4——切口環(huán)貫入阻力；F5——盾構(gòu)變向阻力；F6——牽引后配套臺車阻力；F7——刀具貫入土體產(chǎn)生的阻力；FX——盾構(gòu)下坡掘進時自重沿掘進軸線的分量，為主動力。在實際的推力配置過程中，為保證推力充足以及脫困時的推力，總推力應(yīng)大于計算得到的推力F，并留有安全系數(shù)：式中：A——安全系數(shù)，一般可取2~3。盾構(gòu)機的總裝備推力的檢驗值可按下式計算：在刀盤正面取一微元進行受力分析該微元受到的水土壓力產(chǎn)生的作用力為：刀盤正面的水土壓力產(chǎn)生的阻力F1考慮刀盤開口率的影響式中：η——刀盤開口率細小長條矩形受到周圍土體的正壓力為：則土體對盾構(gòu)上半部分產(chǎn)生的正壓力N1為：盾構(gòu)下半部分受到土體的正壓力N2為：盾構(gòu)與周圍土體產(chǎn)生的摩擦阻力F2盾構(gòu)殼體與周圍土體產(chǎn)生的摩擦阻力F2為：μ1——盾殼與周圍土體的摩擦系數(shù)。主機自重為Wz尾與管片的摩擦力F3：式中：n4——盾尾內(nèi)管片環(huán)數(shù)；Ws——每環(huán)管片的自重；D0——管片外徑；b——每道盾尾密封刷與管環(huán)的接觸長度；PT——盾尾密封刷的壓強；n5——盾尾密封刷的層數(shù)；3——盾尾密封刷與管片的摩擦系數(shù)。盾尾與管片的摩擦阻力F3由管片與盾尾內(nèi)壁間摩擦阻力和盾尾密封刷引起的摩擦阻力兩部分組成切口環(huán)阻力F4為：式中：De——盾構(gòu)外徑；Di——盾構(gòu)內(nèi)徑；q——切口環(huán)插入處地層土的平均抗壓強度；Z——切口環(huán)插入地層深度；pe——切口環(huán)插入處地層的摩阻力強度。切口環(huán)貫入阻力F4盾構(gòu)切口環(huán)未凸出刀盤時，無切口環(huán)阻力盾構(gòu)直線掘進時，沒有變向阻力；盾構(gòu)蛇形或曲線掘進時，此時變向阻力F5為：其中，式中：lJ——推進油缸的安裝半徑；Bg——管片寬度；RC——曲線施工半徑；L——盾構(gòu)主機長度；D——盾構(gòu)機直徑；k——地基抗力系數(shù)盾構(gòu)變向阻力F5牽引后配套臺車阻力F6式中：μ2——后配套聚氨酯輪與仰拱面的滾動摩擦系數(shù)，或后配套臺車鋼輪與軌道的滾動摩擦系數(shù)；Wp——為后配套臺車自重。牽引后配套臺車阻力F6刀具貫入土體產(chǎn)生的阻力F7為：式中：n1——滾刀的數(shù)目；FV1——滾刀破巖的垂直力n2——正切刀的數(shù)目FV2——切刀破巖的垂直力刀具貫入土體產(chǎn)生的阻力F7

當盾構(gòu)上下坡掘進時，主機自重與后配套臺車自重將產(chǎn)生沿著軸線方向的分量：Wp——為后配套臺車自重。Wz——為主機自重

α——為坡角盾構(gòu)機自重產(chǎn)生的下滑力FX土壓平衡式盾構(gòu)機在掘進過程中，作用于刀盤上的載荷主要有：刀盤正面的土壓力、刀盤側(cè)面的土壓力以及渣土倉的渣土壓力。隨著刀盤的旋轉(zhuǎn)，刀盤與土體發(fā)生剪切和摩擦，從而產(chǎn)生各個阻力扭矩