盾构机受力计算及始发结构设计Word文档格式.docx
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图1线路平面示意图
2盾构机始发阶段的受力
盾构机始发前的受力
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,重心距刀盘面约2.7m,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)约1.8m。
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。
盾构机的总推力计算
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+20C处。
根据招标文件和地质堪察报告按盾顶埋深20m,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。
2.2.1计算参数管片内径:
①5400mm
管片外径:
①6000mm
管片厚度:
300mm
管片宽度:
1500mm
覆土厚度:
20m
水头压力:
180kPa
土容重:
丫=23kN/m3
土的侧压力系数:
盾构机重量:
320t
盾构机盾壳长度:
8.16m
①g=6000mm
盾构尾部的外径为:
①6230mm
盾构刀盘直径为:
D0=6250mm
钢与土的摩擦系数皿=
车轮与钢轨之间的摩擦系数卩2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:
4300kNm
脱困扭矩:
5200kNm2.2.2盾构荷载计算
松动圈土压,见图2荷载计算简图
按覆土厚度H0=20m计算
1Pei二(丫-10)H0=(23-10)*20=260kPa
2Pe2=Fei-60=200kPa
3qe1pe1*162*0.232.4kPa
4qe2(10)*(206.25)*13*26.25*0.268.25kPa
pgG/D0*L320*10/(6.25*8.16)62.75kPa
5g
⑥qfe1qe1
^⑦qfe2qe2
8qfw1180kpa
9
qfw2242kpa
图2荷载计算简图
2.2.3盾构机总推力计算
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
223.1盾构外壳与土的摩擦力
PelqelPe2qe2
Fii(DoLpww)i(DoLw)
4
26032.420068.25、
=0.3(3.14*6.25*8.163200)=7693.7kN
2.2.3.2盾构推进阻力(正面阻力)
2.2.3.3由滚刀挤压产生的阻力
F3pr*n250*358750kN
n-滚刀数量按正面有35把计算
2.2.3.4管片与盾尾的密封阻力
F4MeWs0.323.14164(66-5.45.4)1.52.59.8118.5kN
Me-管件与钢板刷之间的摩擦阻力,取
Ws-压在盾尾内部2环管片的自重2.2.3.5后方台车的牵引阻力
F5=2*G10.15*2000300kN
所需最大推力
FmaxF1F2F3F4F57693.78013.38750118.530024875.5kN
安全系数
=F/Fmax34210/24875.51.37
结论:
根据分项计算推力的安全系数达到,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15000kN设计。
3始发托架的设计
始发托架的用途及受力
3.1.1始发托架的用途
始发托架用于组装盾构机主体和支撑组装好的盾构机主体,并且可使盾
构机处于理想的预定进发位置(高度、方向)上,确保盾构机始发时掘
进稳定,同时始发托架还可以用于盾构机到达吊出井时的接收托架和过站时的横移、纵移托架。
3.1.2始发托架的受力
始发托架受到盾构机的重力、掘进扭矩和管片固定及管片重力。
始发托架设计及固定
3.2.1始发托架高度的确定
盾构中心线与轨面线的距离为1860mm,轨面线与始发井底板的距离为
1590mm,故盾构中心线与始发井底板的距离为1860+1590=3450mm,预
留20mm找平高度,设计盾构中心线与始发托架底面的距离(含以后调
头、过站时在托架底部焊接20mm厚的钢板)为3450-20-=3430mm。
3.2.2始发托架长度的确定
设计零环管片进入盾构隧道洞门600mm(在400-800mm范围内),反力架的反力环端面距零环管片进入隧道洞门端面的距离为1500X7+(1500-600)=11400mm这中间安装了7环负环管片。
始发托架的长度二
反力环端面距零环管片进入隧道洞门端面的距离(11400mm)-洞门前排水
沟的宽度(1000mm)-托架距反力环端面的距离(200mm)=10200mm。
323始发托架导轨的确定
盾体支撑采用43kg/m重轨,重轨截面中心线过盾体中心,并且垂直于轨面,轨面距盾体中心R3125即前盾外径尺寸6250的一半),中盾安装时用铝板或铜板垫平,垫平厚度为3125-6240+2=5mm;
后盾安装时也用铝板或铜板垫平,垫平厚度为3125-6230-2=10mm。
3.2.4两重轨之间夹角的确定
设盾构机重量为G,重轨给盾体的支撑力为N1,N2,截面受力分析如下,
设两重轨界面中心线过圆心的夹角为?
G=N1Cos?
2+N2Cos?
/2=2N1Cos?
2
N1Sin?
/2=N2Sin?
/2
故N1=G/2Cos?
2为了使N1小,Cos?
/2就取大,?
角就越小越好。
选?
角为50°
。
G=320t,于是N1=320/2CoS25=177t
如图3盾构机静载受力所示:
图3盾构机静载受力图
3.2.5始发托架结构的确定盾体(前盾)外径距始发托架底面的距离为3430-3125=305mm,故始发托架底部支撑采用热轧H型钢(GB/T11263-1998H250X250材料。
两侧的重轨支撑采用3个30mm厚钢板与H250X250型钢一起焊接的方式。
3个30mm厚钢板焊接成的工字形支架横向焊两个30mm厚的加强筋板筋板纵向间隔890mm(即H250X250型钢的中心线上);
纵向焊两个20mm厚钢板形成箱形结构。
重轨焊接到连接板的表面,连接板通过高强度螺栓与工字形支架连接,在重轨纵向的方向上每隔500mm焊两个20mm的三角形加强筋板。
管片支撑架采用H型钢150X150材料,焊成三角形与底部支撑(H250X250)一起与盾体底部支架通过两个30mm厚的法兰板用M24的高强度螺栓相连。
管片支撑架的支撑面与管片之间有200mm的距离,中间通过木楔子撑紧。
始发托架主体分为10个部分,纵向从中间一分为二,由两个30mm厚的钢板用高强度螺旋连接。
横向分为5个部分,中间由两个30mm的法兰板用高强度螺栓相连。
等主体连接好后,将重轨及连接板与主体栓接。
管片支架安装时,先把支撑三角架分别与底座端头用两个30mm厚钢板相连,然后把管片垫板用高强度螺栓连到支撑三角架上。
始发架底架H250X250型钢之间,中间连接板两侧用14a槽钢焊接加强,用两个14a槽钢斜撑焊接在重轨支架底部与中间槽钢下方,斜撑纵向夹角55°
盾体组装时用千斤顶顶推来实现,盾体总重按320t设计,重轨表面涂抹黄油润滑,有润滑钢对钢的摩擦系数为,所需要的推力320X=32t。
利用两台85t千斤顶可实现盾体平移组装。
千斤顶挡板采用30mm厚钢板焊接成L型,后面加一支撑的方式。
千斤顶挡板支架采用H型钢250X250材料,与底部支撑H型钢栓接在一起。
千斤挡板与挡板支架间用M24高强度螺栓固定。
3.2.6洞口始发导轨的安装
在围护结构破除后,盾构始发架端部距离洞口围岩必然会产生一定的空
隙,为保证盾构在始发时不致于因刀盘悬空而产生盾构“叩头”现象,
需要在始发洞内安设洞口始发导轨。
安设始发导轨时应在导轨的末端预
留足够的空间,以保证盾构在始发时,不致因安设始发导轨而影响刀盘旋转。
3.2.7重轨支撑强度校核
支撑架的工字型支架按H250X250型钢简化成简支梁计算
因为每个重轨承受盾体的力为177t。
所以支撑架中的承重加上重轨及其他部件的总量约为200t。
支撑架长度以10m来计算
每米支承架的承受力P=200t/10=20t=200kN(1t=10kN)
受力见图4支撑架的剪力图弯矩图:
支反力RA=RB=P/2=200kN/2=100kN
最大变距在距两端500m处。
Mmax=R\x=100x=
惯性矩|z=fAy2dA=1/3xAxy3=1/3xx=60013cm4
最大弯应力cmax=Mmax•y/Iz=x1.25m/60013x10-8m4=50xx
1.25m/60013x10-8m4=104MPav[c]故满足要求
图4支撑架的剪力和弯矩图
328根据以上分析设计的始发托
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- 关 键 词:
- 盾构 机受力 计算 始发 结构设计