地铁盾构掘进参数与地层适应性分析研究
发布时间：2020-12-31 00:17
地铁在盾构掘进的过程中,其掘进参数受到掘进周边地层条件及环境的影响,产生不同的变化。由于不同地层的岩土物理力学性质存在不同,其掘进参数也会发生变化。通过对盾构掘进参数与不同地层条件的适应性研究,可提高盾构施工的效率,确保施工安全。本文分别选取深圳地铁5号线民治站至五和站区间和上海地铁18号线沈梅路至繁荣路区间为研究对象,运用数理统计方法,对盾构施工掘进参数和岩土物理力学指标进行统计,分析了不同地层条件下盾构机主要掘进参数与主要岩土物理力学参数之间的变化规律。并利用Midas GTS对盾构掘进进行模拟分析和数值计算,进一步研究和验证地铁盾构掘进参数与不同地层适应性规律。主要研究内容如下:(1)选取刀盘扭矩、刀盘转速、掘进速度和盾构机总推力这4个关键的掘进参数和盾构机穿越地层的天然含水量w、重力密度γ、压缩模量Es、内摩擦角φ和粘聚力c等5个物理力学指标进行相关性统计分析,得到深圳地铁5号线民治站至五和站区间风化花岗岩复合地层中地铁盾构掘进参数与地层适应性统计规律。(2)由于盾构机穿越的残积土地层物理、力学性质的变化,盾构机的刀盘转速、刀盘扭矩、掘进速度、总推力等掘进参数在不同的地层有不同...
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
019年中国内地部分城市累计已开通城轨交通线路统计
上海应用技术大学硕士学位论文第3页图1.2盾构机示意图Fig.1.2Schematicdiagramofshieldmachine盾构法具有以下优点：（1）环境影响校绝大多数的施工作业在地下进行，在不影响地面交通的情况下，又减少对附近居民的噪声和震动影响；同时当盾构隧道穿越河道、铁路或其他构筑物时，不影响施工；（2）机械化程度高，方便科学管理。盾构推进、出渣、管片拼装等主要步骤按工序进行，整个施工过程机械化程度高、施工人员少、施工管理方便；（3）隧道的施工费用不受覆土量多少的影响，适宜建造覆土较深的隧道；（4）在保证盾构开挖面稳定的情况下，当面对隧道更深、地基基础差、土中存在影响施工的构筑物等的情况时，与明挖法、暗挖法相比，它在经济上、施工效率上越有利。但是，相比于明挖法施工历史而言，我国城市轨道交通引进盾构法施工发展的时间相对较短，盾构法的科学理论知识和施工经验技术还显不足，其盾构法施工过程中还存在着以下问题：（1）盾构机械设备及相关系统设备生产技术水平不高。目前为止，包括中铁、中铁建、上海建工等企业可以生产盾构机，但是相比于国外拥有包括核心技术产权在内的全套产业，我国还处在一个追赶者的角色，核心部件还处在技术攻克的道路上。（2）地铁施工大环境复杂。首先参建单位多，企业生产技术水平、管理理念相异；其次地铁盾构施工超过90%的区域在城市人流密集区域；最为重要的是还需要穿越各种建筑物、铁路、河流、桥梁等需要特殊考虑的情况，这些都给地铁盾构施工留下不容忽视的安全隐患，严重影响人民生命及财产安全。1.2.2盾构掘进参数研究现状陈龙[8]利用PFC3D软件建立了盾构刀盘系统掘进的仿真模型，得出因刀盘旋转的摩擦力和颗粒间相互作用力的不断变化与影响，刀盘系统内颗粒位移变化周期T与刀?
并承受一定载荷。岩土的有限元分析模型包含节点、单元、边界条件和荷载条件。节点决定模型的位置，单元决定形状和材料特性，边界条件决定连接状态，荷载决定受力情况。MIDAS/GTS软件将通用的有限元分析内核与岩土隧道结构的专业性要求有机结合，包括了非线性弹塑性分析、非稳定渗流分析、施工阶段分析、渗流-应力耦合分析等功能。对于隧道施工过程的模拟分析，本软件提供了隧道建模助手模块，方便隧道建模。在模拟支护体方面提供了析架、梁、板等单元，适合隧道幵挖等动态施工过程分析[53]。图2.8体现了GTSNX的建模流程。图2.8GTSNX建模流程Fig.2.8GTSNXmodelingprocess2.4.1有限元模型构建（1）计算假定[54]地层采用实体单元，用摩尔-库伦材料模拟；管片、注浆体采用实体单元，用弹性材料模拟，通过修改边界条件属性进行分析；锚杆采用植入式桁架单元，用弹性材料模拟。采用摩尔-库伦屈服准则，每隔1.5m进行开挖。（2）计算模型与计算参数的选取考虑到隧道开挖的影响范围，减少边界效应，选取大于5倍隧道直径宽度的计算模型。计算模型宽度取30m，高度取26m，沿掘进方向取30m。隧道开挖直径6.2m，管片环外径6m，内径5.4m，管片宽度1.5m。为简化计算和模拟，模型中隧道轴线取为直线，添加自动约束和重力自重，计算模型如图2.9，盾构隧道模型图如2.10所示。
本文编号：2948572
【文章来源】：上海应用技术大学上海市
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
019年中国内地部分城市累计已开通城轨交通线路统计
上海应用技术大学硕士学位论文第3页图1.2盾构机示意图Fig.1.2Schematicdiagramofshieldmachine盾构法具有以下优点：（1）环境影响校绝大多数的施工作业在地下进行，在不影响地面交通的情况下，又减少对附近居民的噪声和震动影响；同时当盾构隧道穿越河道、铁路或其他构筑物时，不影响施工；（2）机械化程度高，方便科学管理。盾构推进、出渣、管片拼装等主要步骤按工序进行，整个施工过程机械化程度高、施工人员少、施工管理方便；（3）隧道的施工费用不受覆土量多少的影响，适宜建造覆土较深的隧道；（4）在保证盾构开挖面稳定的情况下，当面对隧道更深、地基基础差、土中存在影响施工的构筑物等的情况时，与明挖法、暗挖法相比，它在经济上、施工效率上越有利。但是，相比于明挖法施工历史而言，我国城市轨道交通引进盾构法施工发展的时间相对较短，盾构法的科学理论知识和施工经验技术还显不足，其盾构法施工过程中还存在着以下问题：（1）盾构机械设备及相关系统设备生产技术水平不高。目前为止，包括中铁、中铁建、上海建工等企业可以生产盾构机，但是相比于国外拥有包括核心技术产权在内的全套产业，我国还处在一个追赶者的角色，核心部件还处在技术攻克的道路上。（2）地铁施工大环境复杂。首先参建单位多，企业生产技术水平、管理理念相异；其次地铁盾构施工超过90%的区域在城市人流密集区域；最为重要的是还需要穿越各种建筑物、铁路、河流、桥梁等需要特殊考虑的情况，这些都给地铁盾构施工留下不容忽视的安全隐患，严重影响人民生命及财产安全。1.2.2盾构掘进参数研究现状陈龙[8]利用PFC3D软件建立了盾构刀盘系统掘进的仿真模型，得出因刀盘旋转的摩擦力和颗粒间相互作用力的不断变化与影响，刀盘系统内颗粒位移变化周期T与刀?
并承受一定载荷。岩土的有限元分析模型包含节点、单元、边界条件和荷载条件。节点决定模型的位置，单元决定形状和材料特性，边界条件决定连接状态，荷载决定受力情况。MIDAS/GTS软件将通用的有限元分析内核与岩土隧道结构的专业性要求有机结合，包括了非线性弹塑性分析、非稳定渗流分析、施工阶段分析、渗流-应力耦合分析等功能。对于隧道施工过程的模拟分析，本软件提供了隧道建模助手模块，方便隧道建模。在模拟支护体方面提供了析架、梁、板等单元，适合隧道幵挖等动态施工过程分析[53]。图2.8体现了GTSNX的建模流程。图2.8GTSNX建模流程Fig.2.8GTSNXmodelingprocess2.4.1有限元模型构建（1）计算假定[54]地层采用实体单元，用摩尔-库伦材料模拟；管片、注浆体采用实体单元，用弹性材料模拟，通过修改边界条件属性进行分析；锚杆采用植入式桁架单元，用弹性材料模拟。采用摩尔-库伦屈服准则，每隔1.5m进行开挖。（2）计算模型与计算参数的选取考虑到隧道开挖的影响范围，减少边界效应，选取大于5倍隧道直径宽度的计算模型。计算模型宽度取30m，高度取26m，沿掘进方向取30m。隧道开挖直径6.2m，管片环外径6m，内径5.4m，管片宽度1.5m。为简化计算和模拟，模型中隧道轴线取为直线，添加自动约束和重力自重，计算模型如图2.9，盾构隧道模型图如2.10所示。
本文编号：2948572
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/daoluqiaoliang/2948572.html
