北京无水砂卵石地层盾构刀具磨损机理及评价方法研究

发布时间：2022-08-10 14:32

　　砂卵石地层具有卵砾石含量高、粒径大、级配差、强度高、结构松散的特点,具有很强的磨蚀特性,盾构刀具在砂卵石地层施工常常发生短距离磨损破坏。砂卵石地层盾构刀具磨损是一个复杂的多学科交叉课题,研究砂卵石地层盾构刀具磨损机理,对于指导砂卵石地层盾构的科学施工、延长盾构刀具健康服役寿命,实现盾构的一次长距离穿越具有重要意义。本文通过理论分析、室内试验、现场数据分析等多种方式相结合的方法开展研究。主要研究内容与取得的成果如下:（1）分析了北京无水砂卵石地层特征,砂卵石地层盾构推进模式及刀盘刀具配置,刀具工作机理及失效模式。研究表明辐条式刀盘和切削型刀具是砂卵石地层盾构使用的主要刀盘刀具组合形式,砂卵石地层主要以剥落型切削为主,磨粒磨损和粘着磨损是盾构切刀磨损的主要机制,并分析了砂卵石不同粒径颗粒对刀具磨损的影响机制及刀具磨损的影响因素。（2）基于对砂卵石组构及盾构动态掘进特点的分析,研制了可用于砂卵石土体且考虑重力作用下土体大位移运动的刀具磨损测试装置。基于该装置研究了砂-砾混合土体磨蚀特性及刀具磨损规律,从磨损量、表面磨损形态、颗粒破碎、作用强度等多个角度揭示了砂-砾混合土体对刀具磨损的作用机制... 

【文章页数】：152 页

【学位级别】：博士

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中文摘要
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第1章 绪论
    1.1 选题背景
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 刀具磨损机理研究现状
        1.2.2 刀具磨损试验研究现状
        1.2.3 砂卵石地层刀具磨损研究现状
    1.3 研究目的及意义
    1.4 研究内容及技术路线
        1.4.1 研究内容
        1.4.2 技术路线
    1.5 主要创新点
第2章 砂卵石地层盾构刀具磨损相关理论研究
    2.1 盾构掘进模式与刀具磨损的影响分析
        2.1.1 掘进面压力平衡分析
        2.1.2 砂卵石地层盾构欠压掘进模式
        2.1.3 砂卵石地层盾构满压掘进模式
    2.2 盾构刀盘选择、刀具配置与刀具磨损的影响分析
        2.2.1 盾构刀盘选择与刀具磨损的影响
        2.2.2 盾构刀具配置与刀具磨损的影响
    2.3 切削刀具开挖模型及失效形式分析
        2.3.1 切削刀具开挖方式
        2.3.2 切削土体破坏形态
        2.3.3 刀具失效形式
    2.4 砂卵石地层刀具磨损机理分析
        2.4.1 切刀磨损构成分析
        2.4.2 磨粒磨损
        2.4.3 粘着磨损
        2.4.4 砂卵石刀具磨损细观分析
    2.5 刀具磨损影响因素分析
    2.6 本章小结
第3章 砂卵石土体刀具磨损机理及影响因素试验研究
    3.1 盾构模拟装置研制
        3.1.1 装置设计
        3.1.2 驱动电机
        3.1.3 测试系统
        3.1.4 数据采集
    3.2 砂-砾混合重构土样刀具磨损机理试验
        3.2.1 试验目的
        3.2.2 试验土样制备
        3.2.3 试验测试程序
    3.3 砂-砾混合土样刀具磨损试验结果分析
        3.3.1 刀具磨损量分析
        3.3.2 刀具表面损伤形态分析
        3.3.3 砾石颗粒破碎分析
        3.3.4 扭矩变化分析
    3.4 刀具磨损影响因素试验
        3.4.1 试验目的及影响因素选取
        3.4.2 试验土样及试验设计
        3.4.3 试验测试程序
    3.5 刀具磨损影响因素试验结果分析
        3.5.1 土体湿度对刀具磨损的影响
        3.5.2 刀具材料对刀具磨损的影响
        3.5.3 磨损时间对刀具磨损的影响
    3.6 本章小结
第4章 砂卵石土体刀具减磨措施试验研究
    4.1 气-液二相泡沫膜结构时效性分析
        4.1.1 泡沫微观起泡机理
        4.1.2 试验仪器与试验方法
        4.1.3 膜结构时效性及失效机理分析
    4.2 改良试验材料准备
        4.2.1 砂卵石土样
        4.2.2 气-液二相泡沫改良剂制备
        4.2.3 固-液二相泥浆改良剂制备
    4.3 试验方案设计
        4.3.1 土体搅拌试验
        4.3.2 塌落度试验
        4.3.3 刀具磨损试验
    4.4 两种不同类型改良剂作用下试验结果对比分析
        4.4.1 改良砂卵石搅拌均匀性对比
        4.4.2 改良砂卵石宏观流塑性对比
        4.4.3 改良砂卵石刀具磨损特性对比
    4.5 改良剂作用下刀具减磨机制分析
        4.5.1 泡沫改良剂减磨作用机制
        4.5.2 泥浆改良剂减磨作用机制
    4.6 砂卵石长距离掘进建议措施及工程应用
        4.6.1 砂卵石长距离掘进建议措施
        4.6.2 工程应用
    4.7 本章小结
第5章 砂卵石地层盾构刀具磨损评价方法及预测研究
    5.1 刀具服役状态评价方法
        5.1.1 评价方法提出背景
        5.1.2 刀具非正常磨损量化表征
        5.1.3 评价方法关键参数确定及流程
    5.2 评价方法的工程应用
        5.2.1 工程概况
        5.2.2 刀具检修更换情况
        5.2.3 R-7#检修井刀具整体健康服役状态评价
        5.2.4 R-8#检修井刀具整体健康服役状态评价
        5.2.5 L-8#检修井刀具整体健康服役状态评价
    5.3 盾构刀具正常磨损量预测
        5.3.1 磨蚀系数计算
        5.3.2 计算值与实测值比较
    5.4 本章小结
第6章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]降低盾构刀具磨损的泥浆添加剂应用试验研究[J]. 魏林春,林朋皓,乌效鸣,王超.  中国市政工程. 2018(05)
[2]海底隧道复合地层盾构掘进刀具磨损原因分析及对策[J]. 陈集勇.  广东土木与建筑. 2018(03)
[3]斜井TBM刀具磨损更换预测方法研究[J]. 刘颖超,江玉生,程晋国,嵇长民.  施工技术. 2017(S2)
[4]城市地铁砂卵石地层盾构机刀盘刀具磨损控制方法[J]. 张婷.  技术与市场. 2017(09)
[5]盾构刀具磨损机理及预测分析[J]. 吴俊,袁大军,李兴高,金大龙,沈翔.  中国公路学报. 2017(08)
[6]盾构穿越全断面砂卵石地层刀具磨损情况分析[J]. 董洪星.  市政技术. 2017(02)
[7]兰州地铁砂卵石地层土压平衡盾构刀具使用寿命延长技术[J]. 刘奇,靳世鹤.  隧道建设. 2016(08)
[8]全断面砂性地层泥水平衡盾构刀具磨损理论分析[J]. 赵峻.  现代隧道技术. 2016(03)
[9]“十三五”城轨交通发展形势报告[J]. 包叙定.  城市轨道交通. 2016(01)
[10]无水砂卵石地层土压平衡盾构主动换刀技术研究[J]. 杨志勇,王霆,江玉生.  现代隧道技术. 2016(01)

博士论文
[1]砂卵石地层土压平衡盾构关键参数计算模型研究[D]. 李潮.中国矿业大学（北京） 2013
[2]砂卵石地层盾构刀盘刀具与土相互作用及其选型设计研究[D]. 黄清飞.北京交通大学 2010

硕士论文
[1]基于正交试验的盾构滚刀磨损分析[D]. 陈子义.华北水利水电大学 2018
[2]盾构施工砂卵石地层特性及改良试验研究[D]. 郑珠光.华北水利水电大学 2016
[3]复杂地层盾构刀具磨损控制技术研究[D]. 彭钧.北京交通大学 2013
[4]盾构机模拟试验台结构设计及刀片磨损的研究[D]. 罗力维.青岛科技大学 2010
[5]土压平衡盾构掘进刀具动态磨损研究[D]. 张明富.北京交通大学 2007
[6]砂卵石层盾构刀具损坏原因分析及国产化技术[D]. 解立功.天津大学 2007



本文编号：3673810