1.一种用于超大直径盾构过基岩突起段的刀盘扭矩计算方法,其特征在于,包括如下步骤:(1)参数获取:获取滚刀及软土刀具相对刀盘中心位置的几何关系和刀盘、主轴承的参数;获取不同地层与刀盘之间的位置关系、地层的物理力学特征参数;(2)地层高度分段函数建立:利用地勘资料确定刀盘面板底部以上位置各地层的覆盖厚度、各地层的物理力学特征,将刀盘中心位置确定为坐标原点,向上为Y轴正方向;具体为,引入时间变量t,刀盘转速n,角速度为 刀具与X轴夹角θ ti =θ 0i +ωt,t时刻刀具i在Y轴上投影为r i sinθ ti ,r i 为滚刀的安装半径,θ 0i 为刀具i与中心连线和水平方向的夹角,依据r i sinθ ti 判断落入的地层,从而计算刀具的载荷,进一步使用CSM公式计算滚刀在岩石地层的载荷,式中:R为滚刀半径,mm;T为滚刀刀尖宽度,mm;S为刀间距; 为滚刀与岩石的接触角 弧度;h为滚刀贯入度;Ψ为刀尖压力分布系数,随刀尖宽度增加而减小;σ c 为岩石单轴抗压强度,MPa;σ t 为岩石单轴抗拉强度,MPa;C为无量纲系数,C≈2.12,F ir 为滚刀i的法向力,该力与刀盘平面平行并驱动滚刀转动;F iv 为滚刀i受到的垂向力,κ i 为滚刀测量倾角,式中,F 11 为滚刀切削岩土产生的垂向力,T 11 为滚刀切削岩土产生的阻力矩,r i 为滚刀的安装半径;(3)建立扭矩表达式,获得子项扭矩:建立刀具切削岩土体过程中扭矩的表达式,按照CSM模型计算滚刀处于岩石地层,同时计算扭矩和垂向力,获得主轴承摩擦阻力矩、主轴承密封摩擦阻力矩和刀盘在泥浆的阻力矩表达式;所述主轴承摩擦阻力矩T 3 包括分作用在轴向轴承上阻力矩T 31 ,分作用在径向轴承上产生的阻力矩T 32 ,F=F 11 +F 12 +F 13 +P slurry ·πR b 2T 31 =F·μ b ·R tT 32 =W ch ·μ b ·R rW ch =W c g-γ 泥水 V c式中:μ b 为滚动摩擦系数;W ch 为泥水中刀盘的浮重;刀盘质量W c ;排水量V c ;中心泥水压力P slurry 影响;R r 为主轴承径向滚子轴承接触处到盾构中心轴线距离;R b 为主轴承外圈半径;通过盾构在空转阶段的扭矩减去主轴承摩擦阻力矩、主轴承密封阻力矩后近似为T 5 ,通过数据拟合可得到A e 、B e 的值,形成T 5 关于角速度ω的表达关系刀盘在泥浆的阻力矩 其中膨润土泥浆可通过Herschel-Bulkley描述来拟合,n 1 为拟合的流动指数;(4)计算总扭矩:对各子项扭矩表达式求和并进行求解:对步骤(3)中的各子项扭矩进行求和,形成扭矩关于时刻t、角速度ω的表达式并编制计算程序,求得刀盘扭矩用于盾构设计及施工应用。
2.根据权利要求1所述的用于超大直径盾构过基岩突起段的刀盘扭矩计算方法,其特征在于,步骤(3)中,刀盘配置滚刀和切刀,滚刀与切刀见刀高差大于0,将滚刀与土体接触面简化为平行于掌子面的投影面S o 及垂直于掌子面的投影面S h ,S o 、S h 与滚刀结构、滚刀贯入土体深度相关,σ xi 为第i把滚刀处侧向土压力,滚刀与软土作用垂向力为F 12 ,与软土挤压过程中的阻力矩为T 12 , 将在软土、岩石两部分滚刀垂向力、扭矩进行加和形成滚刀垂向力和扭矩。
3.根据权利要求1所述的用于超大直径盾构过基岩突起段的刀盘扭矩计算方法,其特征在于,切刀处于硬岩地层时,拟定单把切刀垂向力为0,扭矩也为0,切刀处于软土地层时,计算单把切刀的垂向力F jv 和扭矩并求和,
4.根据权利要求1所述的用于超大直径盾构过基岩突起段的刀盘扭矩计算方法,其特征在于,步骤(3)中,所述主轴承密封摩擦阻力矩T 4 =2πR s 2 P s n s μ s ,其中R s 为密封圈安装半径;P s 为密封线压力;n s 为密封圈数目;μ s 为金属与密封圈之间的摩擦系数。