盾构推力的经验估算方法

（一）盾构阻力

在设计盾构推进装置时，必须考虑的主要阻力有以下6 项：盾构推进时的盾壳与周围地层的阻力 F1 ；刀盘面板的推进阻力 F2 ；管片与盾尾间的摩擦阻力 F3 ；切口环贯入地层的贯入阻力 F4 ；转向阻力 F5 ；牵引后配套拖车的牵引阻力 F6。

盾构推力必须留有足够的余量，总推力一般为总阻力的1.5～2 倍。

式中　Fe——盾构总推力；

　　　A——安全储备系数，一般为1.5～2；

　　　Fd——盾构推进总阻力，Fd=F1+F2+F3+F4+F5+F6。

1.盾构推进时盾壳与周围地层的摩擦阻力 F1

（1）对于砂土而言

式中　D——盾构外径，m；

　　　L——盾壳总长度，m；

　　　Pe——作用在盾构上顶部的竖直土压强度，kPa；

　　　K——开挖面上土体的静止土压系数；

　　　γ——开挖面上土体的浮重度，kN/m3；

　　　μ1——地层与盾壳的摩擦系数，通常取 μ1=0.5/tanϕ，ϕ 为土体的内摩擦角；

　　　W——盾构主机的重量，kN。

（2）对于黏土而言

式中　C——开挖面上土体的内聚力，kPa；

2.刀盘面板的推进阻力 F2

手掘式、半机械式盾构上，F2 为开挖面支护反力；机械式盾构上，F2 为作用于刀盘上的推进阻力；闭胸式盾构上 F2 为土仓内压力。

式中　Pf——开挖面前方的压力；泥水盾构为土仓内的设计泥水压力，土压平衡盾构为土仓内的设计土压力，kPa。

3.管片与盾尾间的摩擦阻力 F3

式中　n1——盾尾内管片的环数；

　　　WS——环管片的重量，kN；

　　　μ2——盾尾刷与管片的摩擦系数，通常为0.3～0.5；

　　　DS——管片外径，m；

　　　b——每道盾尾刷与管片接触长度，m；(www.xing528.com)

　　　PT——盾尾刷内的油脂压力，kPa；

　　　n2——盾尾刷的层数。

4.切口环贯入地层的贯入阻力 F4

（1）对砂质土而言

式中　D——前盾外径，m；

　　　Di——前盾内径，m；

　　　P3——切口换插入处的地层的平均土压，kPa；

　　　t——切口环插入地层的深度，m；

　　　KP——被动土压系数；

　　　Pm——作用在盾构上的平均土压力，kPa。

（2）对黏土而言

式中　C——开挖面上土体的内聚力，kPa。

5.转向阻力 F5

式中　R——抗力土压（被动土压力），kPa；

　　　S——抗力板在掘进方向上的投影面积，m2。

转向阻力仅在曲线施工中或者盾构推进中出现蛇行时存在，由于抗力板在掘进方向上的投影面积的计算比较复杂，因此，一般不计算转向阻力，在确定总推力时考虑盾构施工中的上坡、曲线施工、蛇行及纠偏等因素，留出必要的富余量。

6.牵引后配套拖车的牵引阻力 F6

式中　μ3——后配套拖车与运行轨道间的摩擦系数；

　　　Wb——后配套拖车及拖车上设备的总重量，kN。

（二）盾构推力的经验估算方法

（1）经验估算公式1：

式中　PJ——单位掘进断面上的经验推力，PJ 的取值范围为700～1 200 kN/m2。

（2）经验估算公式2：

式中　β——经验系数，一般β=500~1 200 kN/m2。