砂性地层土压平衡盾构切刀磨损规律研究

发布时间：2020-06-28 15:41

【摘要】：盾构己经广泛应用于地下轨道交通和隧道等工程中,大量的盾构隧道施工必然会面临各式各样的地质状况,砂性地层便是其中之一。砂土一般摩擦阻力大,渗透性好,土体强度高,石英含量较大,对刀具磨损十分严重。盾构参数包括刀盘参数、刀具参数及施工参数,是控制盾构掘进效能的直接参数,对刀具磨损有很大的影响。研究砂性地层土压平衡盾构刀具与各盾构参数的磨损规律对预防及控制刀具磨损、保证盾构长距离安全掘进具有重要的意义。本文以砂性地层土压平衡盾构常用刀具切刀作为研究对象,采用理论推导、室内磨损试验及离散元数值模拟的方法分别就盾构刀盘转速、切刀切深、盾构推力、刀盘支护压力、刀盘开口率、切刀前角、切刀后角及砂土含水率等对切刀的磨损规律进行分析研究。主要工作总结如下:(1)总结了盾构刀盘、刀具的分类及特点,分析了切刀切削过程、失效形式及磨损机制,在此基础上推导了切刀受力模型及磨损计算公式。采用控制变量法分别分析了刀盘转速、盾构推进速度、刀盘支护压力、切刀切深、切刀前后角、盾构推力等参数对切刀的磨损规律。(2)介绍了室内磨损试验材料及装置,采用控制变量法分别就刀盘转速、切刀前后角及砂土含水率对切刀的磨损规律进行了试验研究。发现切刀磨损随刀盘转速、切刀前角的增大而线性增大,随切刀后角的增大而线性减小,与推导的磨损计算公式所得趋势一致;对于本试验所用砾砂而言,当砂土含水率为零时,切刀磨损量相对较大,当砂土含水率不为零时,切刀磨损量有所减小,但减小幅度不是很大,在20%含水率以内切刀磨损量受含水率影响不明显。(3)介绍了离散元数值模拟方法及离散元数值模拟软件EDEM,叙述了离散元参数标定的原理及方法。将本文所需标定的参数划分为颗粒-颗粒基本接触参数和颗粒-磨损试件接触参数两大类,并分别设计室内试验和虚拟试验进行反演标定。标定结果较为准确,为采用离散元进行切刀磨损的研究奠定了基础。(4)利用离散元数值模拟软件EDEM采用控制变量法分别就刀盘转速、刀盘支护压力及刀盘开口率对切刀的磨损规律进行了研究。将模拟结果与磨损公式计算结果、室内磨损试验结果进行了对比分析,指出了运用离散元法研究切刀磨损的适应性,证明了理论推导所得磨损计算公式的有效性,得出了砂性地层土压平衡盾构切刀的相应磨损规律,提出了预防和控制该条件下切刀磨损的相应举措。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455.39
【图文】：

盾构机,盾构法施工,盾构法隧道

北京交通太学硕士学位论文逦逡逑１８１８年Ｍ．邋Ｉ．邋Ｂｒｕｎｅｉ获得盾构法隧道的专利，从获得盾构法隧道施工专利至逡逑今，盾构掘进技术己经有１９０多年的历史了［４＿５］。目前，盾构法施工技术的应用非逡逑常广泛，如西气东输、公路隧道、水工隧道以及城市地铁隧道工程等。随着盾构机逡逑技术和盾构法施工技术的日益成熟，盾构法施工将在城市地下空间开发与利用工逡逑程中发挥越来越重要的作用［６］，图１－２所示为不同类型盾构机。逡逑

测试装置,对刀,漏斗管,岩石

＇＾５１等［３５］分析了邋Ｃｅｒｃｈａｒ岩石磨擦试验测试过程中出现的问题，建议该方法逡逑应用于测试岩石对刀具的磨蚀性指标，并用ＣＡＩ来建立刀具损耗的预测模型。逡逑如图１－４所示为ＬＣＰＣ磨损试验装置［３６］，该装置出自法国规范且只适用于４．０－逡逑６．３ｍｍ之间的颗粒岩石或自然土样的测试。逡逑＼逦－Ｋ邋Ｉｔ：—Ｋ邋飞逡逑ｔ邋ｏｐ邋１逡逑２逡逑３邋ｆＷ＼逡逑！邋＿，驱动，２—推迸器，３＿含磨料的广口瓶，４—漏斗管逡逑图１－４ＬＣＰＣ测试装置逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－４邋ＬＣＰＣ邋ｔｅｓｔ邋ｄｅｖｉｃｅ逡逑自上世纪６０年代开始，ＳＪ试验成为广泛使用的用于测试岩样可钻性的试验，逡逑如图１－５所示。Ｄａｈｌ邋？等［３７］改进了该装置的测试部分，通过２１２个不同类型岩样逡逑的测试定义了邋ＳＡＰ值，该值可以直接用来对刀具寿命进行预测。逡逑１１逡逑

【参考文献】