砂卵石地层盾构刀盘-地层耦合作用研究

发布时间：2024-05-13 19:51

　　砂卵石层是北京地铁施工主要地层之一,其密实度高、饱和抗压强度大,盾构隧道施工过程中刀盘磨损快与单次掘进距离要求长的矛盾突出,是当前急需解决的关键难题之一。当前,刀盘掘进机理研究仅考虑地层物理力学性质,忽略了不同部位地层破碎所需应力的不均匀性。本文从控制和利用掌子面应力状态角度,开展刀盘-地层之间的耦合作用机理研究,可为高效刀盘设计和盾构施工提供参考依据。本文首先根据砂卵石土体的物理力学特性,提出了评价砂卵石地层在盾构工法下的开挖难易程度的指标。然后从盾构刀盘与待开挖地层相互作用的角度出发,开展了岩机耦合机理研究,并据此提出了刀盘结构优化设计的目标函数。最后依托北京地铁19号线某盾构隧道区间工况,运用有限元分析软件ABAQUS,对三种典型掌子面形状情况下应力分布规律做了数值分析研究,同时对实际工况下刀盘动态切削地层过程做了模拟分析。主要研究成果如下:(1)砂卵石土体的颗粒级配差和整体结构松散的特性决定了其失效破坏型式以剥离式为主,该类地层主要采用大开口率辐条式刀盘,刀具以切削刀、先行刀以及中心刀为主。砂卵石地层的破坏难易程度可由地层可掘进强度(?)表示,在切削单元的形状和布置角度以及土体...

【文章页数】：72 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1典型砂卵石土体及刀盘过度磨损情况

2图1-1典型砂卵石土体及刀盘过度磨损情况综上砂卵石地层条件下刀盘结构的合理化设计成为盾构法施工效率提高的关键，合理化同时有针对性地提出一套适用于该特殊工况下的刀盘结构优化设计依据，从而对今后该工法下机具设计起到指导性作用。1.2盾构工法简介盾构法是指以盾构机械设备为主要工具，在....

图2-2不同开口率的刀盘型式

3长度后，暂停千斤顶作用，对开挖过的隧道段作管片拼装以加固地层，然后开启下一环的推进工作，如此循环往复直至到达接受井位置，即完成一个盾构隧道的建设。刀盘作为盾构机的核心部件，安装在盾构机的最前端，主要有开挖地层、平衡掌子面前方水土压力以及搅拌渣土三大核心功能，刀盘结构的设计优化对....

图1-2技术路线

9挖面形状下不同位置处地层可掘进强度的变化规律。（4）基于上述工况进行全尺寸刀盘动态切削地层有限元仿真，引入单元损伤失效模型模拟地层剪切破坏过程，与实际中途检修时刀盘磨损状态作分析对比，结合岩机耦合原理给出刀盘优化设计方案。1.4.2技术路线本文主要采用的研究方法包括理论推导、数....

图2-1典型砂卵石土体

10第2章砂卵石地层可掘性评价研究2.1砂卵石地层物理力学特性砂卵石地层主要指砂卵石土构成的第四纪松散堆积层，广泛存在于冲洪积扇或河流阶地等地貌单元中，天然砂卵石土以质量占比较大的卵石、砾石为基本骨架，粗粒空隙由砂土和粘性土填充，偶有大直径卵石粒径超过120mm，多呈中密状态。卵....

本文编号：3972626