[发明专利]上下分层地质条件下盾构刀盘正面载荷的计算方法

摘要

本发明公开了一种上下分层地质条件下盾构刀盘正面载荷的计算方法，该方法分为五个步骤：1.判定开挖面地质情况，开挖面分为上下两个地质层：工况1是指上层地质覆盖深度小于刀盘半径；工况2是指上层地质覆盖深度大于刀盘半径。其它四个步骤分别是：2.若属工况1，则计算工况1下的刀盘正面推力F1；3.计算工况1下的刀盘正面扭矩T1；4.若属工况2，则计算工况2下的刀盘正面推力F2；5.计算工况2下的刀盘正面扭矩T2，不同工况有不同的计算公式。本发明载荷确定方法更接近施工实际情况，与目前常用的按均匀单一地质条件近似确定载荷的方法相比，可显著提高计算精度，从而为盾构掘进过程中操作人员调整载荷参数提供更为科学的参考依据。

主权项

上下分层地质条件下盾构刀盘正面载荷的计算方法，刀盘正面载荷包括正面推力和正面扭矩两部分，其特征在于计算需要以下几个步骤：(1)判定开挖面地质情况；所述步骤(1)中判定的地质情况包括两种：地质工况1是指开挖面分上下两个地质层，上层地质覆盖深度小于刀盘半径，下层地质覆盖深度大于刀盘半径；地质工况2是指开挖面分上下两个地质层，上层地质覆盖深度大于刀盘半径，下层地质覆盖深度小于刀盘半径；(2)若属于工况1，则计算工况1下的刀盘正面推力F1； F 1 = ( 1 - η ) [ 2 E 1 δ π ( 1 - μ 1 2 ) R + K 1 γ 1 ( H - R + a 2 ) ] [ R 2 arccos ( R - a R ) - R ( R - a ) 2 Ra - a 2 ] + ( 1 - η ) [ 2 E 2 δ π ( 1 - μ 2 2 ) R + K 2 γ 2 ( H + a 2 ) ] { R 2 [ π - arccos ( R - a R ) ] + ( R - a ) 2 Ra - a 2 } + pπ R 2 η 式中：a为上层土质的覆盖深度(m)，E1、E2分别为上下两层土体的弹性模量(MPa)，μ1，μ2分别为上下两层土体的泊松比，K1、K2分别为上下两层土体的静止土压力系数，γ1、γ2分别为上下两层土体的容重(kN/m3)，δ为刀盘每转切入深度(m/r)，R为刀盘半径(m)，η为刀盘开口率，H为地表至盾构中心轴线处埋深(m)，p为密封舱平均压力(kPa)；(3)计算工况1下的刀盘正面扭矩T1； T 1 = [ G 1 f 1 ( 1 - η ) δ 1 - μ 1 + c 1 h 2 π + 2 3 K 1 γ 1 ( H - R + a 2 ) ( 1 - η ) f 1 R ] [ R 2 arccos ( R - a R ) - R ( R - a ) 2 Ra - a 2 ] + [ G 2 f 2 ( 1 - η ) δ 1 - μ 2 + c 2 h 2 π + 2 3 K 2 γ 2 ( H + a 2 ) ( 1 - η ) f 2 R ] { R 2 [ π - arccos ( R - a R ) ] + ( R - a ) 2 Ra - a 2 } 式中：G1、G2分别为上下两层土体的剪切模量(MPa)，c1、c2分别为上下两层土体的粘聚力(kPa)，f1、f2分别为上下两层土体与刀盘间的摩擦系数，h为刀具宽度(m)，其它参数定义同前；(4)若属于工况2，则计算工况2下的刀盘正面推力F2； F 2 = ( 1 - η ) [ 2 E 2 δ π ( 1 - μ 2 2 ) R + K 2 γ 2 ( H - a 2 ) ] [ R 2 arccos ( a - R R ) - R ( a - R ) 2 Ra - a 2 ] + ( 1 - η ) [ 2 E 1 δ π ( 1 - μ 1 2 ) R + K 1 γ 1 ( H + R - a 2 ) ] { R 2 [ π - arccos ( a - R R ) ] + ( a - R ) 2 Ra - a 2 } + pπ R 2 η 式中参数定义同前；(5)计算工况2下的刀盘正面扭矩T2； T 2 = [ G 2 f 2 ( 1 - η ) δ 1 - μ 2 + c 2 h 2 π + 2 3 K 2 γ 2 ( H - a 2 ) ( 1 - η ) f 2 R ] [ R 2 arccos ( a - R R ) - R ( a - R ) 2 Ra - a 2 ] + [ G 1 f 1 ( 1 - η ) δ 1 - μ 1 + c 1 h 2 π + 2 3 K 1 γ 1 ( H + R - a 2 ) ( 1 - η ) f 1 R ] { R 2 [ π - arccos ( a - R R ) ] + ( a - R ) 2 Ra - a 2 } 式中参数定义同前。