改性砂砾土盾构螺旋输送力学特性研究
发布时间：2020-12-26 19:08
目前,土压平衡盾构机已经成为软土地层安全开挖隧道的主要装备。这类盾构机利用开挖后进入带压土仓内的渣土作为支撑开挖面水土压力的媒介物。通过螺旋输送机将土仓内一定量的渣土往外排放,实现调节土仓压力的目的。在隧道开挖过程中,由螺旋输送机平衡进入土仓和从土仓外排的渣土,来建立施工时掌子面的土压平衡状态。隧道开挖过程中的施工安全有效控制和土压平衡盾构机工作性能的优劣主要取决于开挖渣土的力学属性。工程中通常需要注入膨润土泥浆、泡沫剂溶液、高分子聚合物和其它改良剂(如肥皂水、生石灰等)来调节渣土以改变挖掘渣土的性质,进而形成塑性流体状渣土,其中膨润土泥浆、泡沫剂溶液和高分子材料是三种主要的改良剂。有效的渣土改良极大地改善了机器性能并提高了通过螺旋输送机渣土流动的可控性,保障了盾构施工安全。尽管在工程实践中通常采用渣土改良方法,但是鉴于砂砾性渣土的低流动性、高渗透性及大内摩擦角性状,目前工程界对于砂砾层渣土改良合理添加剂的认知并不完全一致,并且经常遇到与渣土力学性质相关的土压平衡盾构机操作相关的问题,严重影响了施工安全。鉴于此,本论文以实验室试验为出发点,结合数值仿真技术、理论分析推导和模型机测试,开...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
最大直径土压平衡盾构机
（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｈｉｔａｃｈｉｚｏｓｅｎ．ｃｏ．ｊｐ／）?（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｉｐｐｒ．ｃｎ／ｘｗｚｘ／）??Ｆｉｇ．?１－２?Ｍａｘｉｍｕｍ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ＥＰＢＳ?Ｆｉｇ．?１－３?Ｃｈｉｎａ’ｓ?ｌａｒｇｅｓｔ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ＥＰＢＳ??（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｈｉｔａｃｈｉｚｏｓｅｎ．ｃｏ．ｊｐ／）?（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｉｐｐｒ．ｃｎ／ｘｗｚｘ／）??ＥＰＢＳ掘进机属于闭胸式隧道安全开挖设备，为隧道面提供支撑压力，以稳定??开挖面并减少挖掘过程中的地层体积损失和移动，达到安全施工的目的。土压平??衡盾构机开挖隧道时刀盘旋转，带动刀盘上刀具切削掌子面，渣土与刀具间的摩??擦磨损直接影响刀盘刀具的寿命，合理的换刀规划可以有效减小停机的风险。当??土仓挡板被千斤顶向前推进时，渣土通过开口进入渣土仓。充满土仓的渣土将来??自盾构千斤顶的推力传递到隧道开挖面，从而可见进入土仓的渣土为支撑开挖面??水土压力的介质。螺旋输送机从加压土仓中移除挖掘出的渣土。螺旋输送机在挖??掘过程中起着重要作用，控制从土仓排出的渣土的体积，并且当渣土沿着螺旋槽??流到出渣口时能够调节土仓的压力。??理想情况下，通过控制ＥＰＢＳ设备以使土仓中的压力等于或大于隧道开挖面处??的水土压力。通过平衡进入土仓的渣土体积与螺旋输送器排出的渣土体积来实现??稳定开挖面的支撑压力。这个目标是通过刀盘的旋转速度，盾构千斤顶的推进速??
?砂砾的高透水性和低流动性极易造成盾构螺旋输送机保压调压排土功能失效，引??发土舱压力急剧变化等问题，从而螺旋管内渣土压实固结导致掘进困难（见图１－４）、??开挖面失稳（见图１－５）和地层坍塌（见图１－６）等事故（朱伟和陈仁俊，２００１；韩??宝清，２０１５；邱龔等，２０１５ａ）?［２＿４］。??．１?１Ｉｈ??图卜４螺旋管内渣土压实?图１－５开挖面失稳??Ｆｉｇ．?１－４?Ｃｏｍｐａｃｔｅｄ?ｍｕｃｋ?ｉｎ?ｓｐｉｒａｌ?ｇｒｏｏｖｅ?Ｆｉｇ．?１－５?Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ??麵??图?１－６?地层ｉ丹塌（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎａｎｒｅｎｗｏ．ｎｅｔ／）??Ｆｉｇ．?１－６?Ｓｔｒａｔｕｍ?ｃｏｌｌａｐｓｅ?（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎａｎｒｅｎｗｏ．ｎｅｔ／）??未能形成塑性流体渣土的治理严重影响了工程进度和安全，特别是喷射出的??高温渣土对现场作业人员伤害较大（张成，２００９；茅华，２０１４）?［５４］。因地下水大??量涌入、土舱压力过高或渣土过稀等出现螺旋输送机保压调压功能失效的情况，??时有报道（邢琦，２００５；王怀志，２０１２；茅华，２０１４；韩宝清，２０１５；李亚军，??２０１５；康洪信，２０１５；宁小平，２０１６；钟长平等，２０１６）?［３＋｜２］。尤其需要指出的??是
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平式螺旋输送机运动模型搭建和参数化设计[J]. 刘威,唐倩,刘宗敏,梁平华. 食品与机械. 2019(06)
[2]谈土压平衡盾构机螺旋输送机系统的改造[J]. 李昌. 工程建设与设计. 2019(07)
[3]高渗透地层土压盾构渣土改良试验研究[J]. 刘磊. 河南建材. 2019(02)
[4]基于DEM仿真与试验验证的双轴螺旋输送机结构优化分析[J]. 张恒宇,李艳洁,刘春飞,徐泳. 中国农业大学学报. 2019(04)
[5]基于Matlab的矿用螺旋输送机的优化设计研究[J]. 李文生. 现代机械. 2019(01)
[6]土压盾构在富水粉砂地层中浓泥渣土改良技术研究[J]. 莫振泽,王梦恕,罗跟东,王辉,钱勇进. 隧道建设(中英文). 2018(12)
[7]复合式土压平衡盾构施工渣土改良试验[J]. 李万林. 山东交通科技. 2018(06)
[8]富水石英砂砾层盾构施工的土体改良试验[J]. 程池浩,廖少明,陈立生,范明星,霍晓波. 上海交通大学学报. 2018(11)
[9]基于Fluent的螺旋输送机数值模拟与试验研究[J]. 郑军,何海波,侯海燕,罗红梅. 煤矿机械. 2018(09)
[10]土压平衡盾构高黏土矿物渣土改良技术[J]. 韩月旺. 建筑机械化. 2018(08)
博士论文
[1]盾构螺旋输送机承压输送机理研究及控制中的应用[D]. 孟庆琳.大连理工大学 2012
[2]土压平衡盾构机密封舱压力控制机理模型及其实验研究[D]. 上官子昌.大连理工大学 2011
硕士论文
[1]微型土压平衡盾构螺旋输送机数值分析及优化研究[D]. 张文.沈阳工业大学 2014
[2]富水砂层土压平衡盾构施工关键技术研究[D]. 王怀志.华南理工大学 2012
[3]盾构螺旋输送机密封及输送特性研究[D]. 李刚.大连理工大学 2009
本文编号：2940301
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
最大直径土压平衡盾构机
（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｈｉｔａｃｈｉｚｏｓｅｎ．ｃｏ．ｊｐ／）?（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｉｐｐｒ．ｃｎ／ｘｗｚｘ／）??Ｆｉｇ．?１－２?Ｍａｘｉｍｕｍ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ＥＰＢＳ?Ｆｉｇ．?１－３?Ｃｈｉｎａ’ｓ?ｌａｒｇｅｓｔ?ｄｉａｍｅｔｅｒ?ＥＰＢＳ??（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｈｉｔａｃｈｉｚｏｓｅｎ．ｃｏ．ｊｐ／）?（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｓｉｐｐｒ．ｃｎ／ｘｗｚｘ／）??ＥＰＢＳ掘进机属于闭胸式隧道安全开挖设备，为隧道面提供支撑压力，以稳定??开挖面并减少挖掘过程中的地层体积损失和移动，达到安全施工的目的。土压平??衡盾构机开挖隧道时刀盘旋转，带动刀盘上刀具切削掌子面，渣土与刀具间的摩??擦磨损直接影响刀盘刀具的寿命，合理的换刀规划可以有效减小停机的风险。当??土仓挡板被千斤顶向前推进时，渣土通过开口进入渣土仓。充满土仓的渣土将来??自盾构千斤顶的推力传递到隧道开挖面，从而可见进入土仓的渣土为支撑开挖面??水土压力的介质。螺旋输送机从加压土仓中移除挖掘出的渣土。螺旋输送机在挖??掘过程中起着重要作用，控制从土仓排出的渣土的体积，并且当渣土沿着螺旋槽??流到出渣口时能够调节土仓的压力。??理想情况下，通过控制ＥＰＢＳ设备以使土仓中的压力等于或大于隧道开挖面处??的水土压力。通过平衡进入土仓的渣土体积与螺旋输送器排出的渣土体积来实现??稳定开挖面的支撑压力。这个目标是通过刀盘的旋转速度，盾构千斤顶的推进速??
?砂砾的高透水性和低流动性极易造成盾构螺旋输送机保压调压排土功能失效，引??发土舱压力急剧变化等问题，从而螺旋管内渣土压实固结导致掘进困难（见图１－４）、??开挖面失稳（见图１－５）和地层坍塌（见图１－６）等事故（朱伟和陈仁俊，２００１；韩??宝清，２０１５；邱龔等，２０１５ａ）?［２＿４］。??．１?１Ｉｈ??图卜４螺旋管内渣土压实?图１－５开挖面失稳??Ｆｉｇ．?１－４?Ｃｏｍｐａｃｔｅｄ?ｍｕｃｋ?ｉｎ?ｓｐｉｒａｌ?ｇｒｏｏｖｅ?Ｆｉｇ．?１－５?Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ?ｓｕｒｆａｃｅ?ｉｎｓｔａｂｉｌｉｔｙ??麵??图?１－６?地层ｉ丹塌（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎａｎｒｅｎｗｏ．ｎｅｔ／）??Ｆｉｇ．?１－６?Ｓｔｒａｔｕｍ?ｃｏｌｌａｐｓｅ?（ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎａｎｒｅｎｗｏ．ｎｅｔ／）??未能形成塑性流体渣土的治理严重影响了工程进度和安全，特别是喷射出的??高温渣土对现场作业人员伤害较大（张成，２００９；茅华，２０１４）?［５４］。因地下水大??量涌入、土舱压力过高或渣土过稀等出现螺旋输送机保压调压功能失效的情况，??时有报道（邢琦，２００５；王怀志，２０１２；茅华，２０１４；韩宝清，２０１５；李亚军，??２０１５；康洪信，２０１５；宁小平，２０１６；钟长平等，２０１６）?［３＋｜２］。尤其需要指出的??是
【参考文献】：
期刊论文
[1]水平式螺旋输送机运动模型搭建和参数化设计[J]. 刘威,唐倩,刘宗敏,梁平华. 食品与机械. 2019(06)
[2]谈土压平衡盾构机螺旋输送机系统的改造[J]. 李昌. 工程建设与设计. 2019(07)
[3]高渗透地层土压盾构渣土改良试验研究[J]. 刘磊. 河南建材. 2019(02)
[4]基于DEM仿真与试验验证的双轴螺旋输送机结构优化分析[J]. 张恒宇,李艳洁,刘春飞,徐泳. 中国农业大学学报. 2019(04)
[5]基于Matlab的矿用螺旋输送机的优化设计研究[J]. 李文生. 现代机械. 2019(01)
[6]土压盾构在富水粉砂地层中浓泥渣土改良技术研究[J]. 莫振泽,王梦恕,罗跟东,王辉,钱勇进. 隧道建设(中英文). 2018(12)
[7]复合式土压平衡盾构施工渣土改良试验[J]. 李万林. 山东交通科技. 2018(06)
[8]富水石英砂砾层盾构施工的土体改良试验[J]. 程池浩,廖少明,陈立生,范明星,霍晓波. 上海交通大学学报. 2018(11)
[9]基于Fluent的螺旋输送机数值模拟与试验研究[J]. 郑军,何海波,侯海燕,罗红梅. 煤矿机械. 2018(09)
[10]土压平衡盾构高黏土矿物渣土改良技术[J]. 韩月旺. 建筑机械化. 2018(08)
博士论文
[1]盾构螺旋输送机承压输送机理研究及控制中的应用[D]. 孟庆琳.大连理工大学 2012
[2]土压平衡盾构机密封舱压力控制机理模型及其实验研究[D]. 上官子昌.大连理工大学 2011
硕士论文
[1]微型土压平衡盾构螺旋输送机数值分析及优化研究[D]. 张文.沈阳工业大学 2014
[2]富水砂层土压平衡盾构施工关键技术研究[D]. 王怀志.华南理工大学 2012
[3]盾构螺旋输送机密封及输送特性研究[D]. 李刚.大连理工大学 2009
本文编号：2940301
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