[发明专利]复合盾构在岩土混合地质中掘进刀盘扭矩的计算方法

权利要求书

1.一种复合土压平衡盾构在岩土混合地质掘进中刀盘扭矩的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)分别计算如下各扭矩：

滚刀破岩产生的扭矩T₁、刀盘面板与软土层接触部分由掘进挤压产生摩阻力扭矩T₂、刀盘面板与软土层接触部分由覆土埋深引起的摩阻力扭矩T₃、刀盘切削土体的地层抗力扭矩T₄、刀盘侧面与软土间的摩阻力扭矩T₅、刀盘侧面与岩石间的摩阻力扭矩T₆和土仓内搅拌臂搅拌阻力扭矩T₇；

所述刀盘面板与软土层接触部分由覆土埋深引起的摩阻力扭矩T₃的计算公式如下：

式中：刀盘面板与软土层接触部分由覆土埋深引起的摩阻力扭矩T₃单位kN·m；μ₁为刀盘与软土层地质的摩擦系数；D为刀盘直径，单位m；η为刀盘开口率；K为静止土压力系数；γ为软土的等效重度，单位kN/m³；h为隧道的有效覆土厚度，单位m，当隧道埋深大于刀盘直径的2倍即H＞2D时，隧道顶部覆土产生拱效应的可能性大，此时采用太沙基松弛土压力理论得到有效覆土厚度，h的计算公式为c为软土层地质的粘聚力，单位kPa；H为隧道埋深，单位m；为软土层地质的内摩擦角，单位rad；t为软土层面积占掘进面面积的比值；

2)计算掘进刀盘扭矩T：

T＝T₁+T₂+T₃+T₄+T₅+T₆+T₇

掘进刀盘扭矩T单位kN·m。

2.根据权利要求1所述的复合土压平衡盾构在岩土混合地质掘进中刀盘扭矩的计算方法，其特征在于，步骤1)所述滚刀破岩产生的扭矩T₁的计算公式如下：

式中：滚刀破岩产生的扭矩T₁单位kN·m；P⁰为压碎区压力，单位MPa，根据岩石强度和切削几何参数计算，即：S为滚刀刀间距，单位mm，φ为滚刀与岩石接触弧度，单位rad，通过贯入度δ单位mm和滚刀半径r单位mm计算得到：d为滚刀刀尖宽度，单位mm；ψ为滚刀刀刃上压力分布系数；σ_c为岩石单轴抗压强度，单位MPa；σ_t为岩石抗拉强度，单位MPa；N为作用在硬岩层的滚刀数量；l_i为第i把滚刀到刀盘中心的距离。

3.根据权利要求1所述的复合土压平衡盾构在岩土混合地质掘进中刀盘扭矩的计算方法，其特征在于，步骤1)所述刀盘面板与软土层接触部分由掘进挤压产生摩阻力扭矩T₂的计算公式如下：

式中：刀盘面板与软土层接触部分由掘进挤压产生的摩阻力扭矩T₂单位kN·m；μ₁为刀盘面板与软土层地质的摩擦系数；G为软土层地质的剪切模量，单位MPa；η为刀盘开口率；ν为软土层地质的泊松比；δ为贯入度，单位mm；R为刀盘半径，单位m；t为软土层面积占掘进面面积的比值。

4.根据权利要求1所述的复合土压平衡盾构在岩土混合地质掘进中刀盘扭矩的计算方法，其特征在于，步骤1)所述刀盘切削土体的地层抗力扭矩T₄的计算公式如下：

式中：刀盘切削土体的地层抗力扭矩T₄的单位kN·m；δ为贯入度，单位mm；D为刀盘直径，单位m；p为密封舱平均土压力，单位kPa；为软土层地质的内摩擦角，单位rad；c为软土层地质的粘聚力，单位kPa；t为软土层面积占掘进面面积的比值。