刀盘驱动扭矩是盾构机的关键参数,是盾构设计的重点内容之一,同时也是隧道顺利掘进的重要保障。文章针对神华新街台格庙矿区煤矿斜井工程,分析了隧道埋深和坡度对盾构刀盘驱动扭矩的影响;在现有扭矩计算理论的基础上,建立了盾构在高埋深、下坡掘进时的刀盘驱动扭矩的计算理论模型;结合工程实例,对不同埋深下斜井双模式盾构的扭矩进行了计算分析,同时对设备制造商提供的扭矩参数进行了合理性验证。结果表明:在土压平衡模式下,刀盘驱动扭矩随隧道坡度的增大明显增大,随埋深的变化先增大后趋于稳定;而在开式单护盾掘进模式下,隧道坡度和埋深的变化对刀盘驱动扭矩的影响较小。两种模式下稳定后的刀盘驱动扭矩分别为8 000 k N·m和2 000 k N·m,与盾构设备的实际参数设定值接近。
盾构选型的合理性和关键参数的准确确定是盾构法工程施工成败的关键。针对成都地铁7号线火车南站至神仙树区间地质和水文特征,结合盾构对不同地层的适应性比较,论证采用土压平衡盾构施工的可行性和必要性。同时就盾构施工可能出现的问题,对盾构各个系统进行选型分析。在盾构推进阻力和刀盘回转阻力计算方法基础上,结合实际的地质参数,计算出该区间内最大的推进阻力为10 659 k N,最大刀盘回转阻力矩为4 072 k N·m;选取合适的储备系数,确定盾构最大推力和刀盘装备扭矩的建议值分别为26 648 k N和6 108 k N·m。最后通过与实际值进行对比,验证了盾构推力和刀盘驱动扭矩理论选型值的准确性。
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