硬岩tbm装备掘进过程中总推力的计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种硬岩隧道掘进装备施工方法。特别是涉及一种硬岩TBM装备掘进 过程中总推力的计算方法。
【背景技术】
[0002] 全断面隧道掘进机，是集机、电、液、光、气等系统为一体的，可实现工厂化隧道作 业的复杂工程装备系统。由于其掘进速度快、利于环保、综合效益高等优点，在我国水利、水 电、交通、矿山、市政等隧道工程中的应用迅猛增长。根据适用地质类别，可分为硬岩隧道掘 进机和软地层隧道掘进机，两者的工作原理及施工过程有很大差异。一般习惯将硬岩隧道 掘进机称为TBM，将软地层隧道掘进机称为盾构机。硬岩TBM装备适用于山岭隧道等的硬岩 掘进，其中总推力的确定是其设计及施工环节的核心技术之一。快速准确计算硬岩TBM装 备在掘进过程中所需要的总推力值，可以为动力系统设计及施工过程中参数实时调整提供 重要依据。硬岩TBM装备在掘进过程中，其总推力由刀盘上滚刀的破岩力、护盾与岩石间的 摩擦力、后续设备的牵引力几部分组成。总推力的具体取值与地质条件、装备结构以及操作 状态等因素均密切相关，不同工程间的具体值差别很大。目前已有针对软地层盾构装备掘 进中总推力的计算方法，但仍缺乏针对硬岩TBM装备掘进过程中总推力的快速准确的确定 技术，因此早已成为本行业之急需。
【发明内容】
[0003] 本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够为硬岩TBM装备施工提供可靠的参 数控制依据的硬岩TBM装备掘进过程中总推力的计算方法。
[0004] 本发明所采用的技术方案是：一种硬岩TBM装备掘进过程中总推力的计算方法， 包括如下步骤
[0005] 1)计算硬岩TBM装备刀盘上滚刀的破岩力F1:
[0006]
【主权项】
1. 一种硬岩TBM装备掘进过程中总推力的计算方法，其特征在于，包括如下步骤 1) 计算硬岩TBM装备刀盘上滚刀的破岩力F1:
式中：F1为刀盘上滚刀败石刀，平KW 乃刀孤丄浓刀双星；1乃浓yj刀尖宽度，单 位mm ;R为滚刀半径，单位mm ; Φ为滚刀与岩石接触弧度，单位rad，可通过贯入度δ，单位 mm和滚刀半径R，单位mm，计算得到# = arccos(^~^);供为岩石内摩擦角，单位rad ; σ力 A 原岩应力，单位MPa ; σ。为岩石单轴抗压强度，单位MPa ; 2) 计算护盾与岩石间的摩擦力F2: F2= μ i Ji DlkP 式中：F2为护盾与岩石间的摩擦力，单位kN; μ 护盾与岩石间的摩擦系数；D为刀盘 直径，单位m ;1为护盾长度，单位m ;k为护盾接触岩石部分所占比例；P为护盾与岩石间的 接触压力，单位kPa ; 3) 计算后续设备的牵引力F3: F3= μ 2Mg 式中：F3为后续设备的牵引力，单位kN ; μ 2为后续设备与轨道间的摩擦系数;M为后续 设备重量，单位t ;g为重力加速度，单位m/s2; 4) 计算掘进总推力F : F = F^FfF3 式中：F为掘进总推力，单位kN。
【专利摘要】一种硬岩TBM装备掘进过程中总推力的计算方法，包括：1)计算硬岩TBM装备刀盘上滚刀的破岩力F1；2)计算护盾与岩石间的摩擦力F2；3)计算后续设备的牵引力F3；4)计算掘进总推力：F＝F1+F2+F3，式中：F为掘进总推力，单位kN。本发明对于硬岩TBM装备掘进过程中的总推力计算快速准确。由于综合考虑了地质条件、操作状态、装备结构特征等核心因素的影响，因而计算结果准确可靠。并且能随时根据地质条件与掘进速度的改变灵活调整推力参数，为硬岩TBM装备动力系统的设计以及施工过程中推力参数的设定与实时调整提供了可靠的数据依据。
【IPC分类】G06F19-00
【公开号】CN104732059
【申请号】CN201510014104
【发明人】张茜, 亢一澜, 周思阳, 蔡宗熙, 侯振德, 王立辉, 曲传咏, 仇巍
【申请人】天津大学
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2015年1月12日