隧道铣挖法铣挖参数及施工振动数值模拟研究

发布时间：2017-10-22 06:40

  本文关键词：隧道铣挖法铣挖参数及施工振动数值模拟研究

  更多相关文章： 铣挖法 机械开挖 铣挖参数 比能耗 振动响应 LS-DYNA 数值模拟

【摘要】：当前,我国交通基础设施建设处在快速发展时期,尤其是高速铁路和城市轨道交通建设规模空前庞大。这就要求隧道施工技术能适应复杂多变的工程地质条件和环境约束条件。为了满足隧道穿越敏感建筑、既有交通设施、管线等的安全需求和环境要求,需要一种微扰动的施工方法。装配式铣挖机自2002年被引入中国,在国内交通隧道修建中应用还不多,具有经济、灵活、扰动小等优点,特别适合对围岩变形、地表沉降和振动有严格控制要求的不能使用钻爆法的软弱地层中。本文借助LS-DYNA动力有限元软件对铣挖过程进行数值模拟,结合文献调查对铣挖参数和隧道铣挖过程振动响应两方面进行研究。运用比能耗,截割阻力,波动系数等指标对同一围岩条件下不同铣挖工况参数(吃刀深度,截割厚度,铣挖方式、截割速度)和不同围岩条件(摩擦角、粘聚力、破坏强度)进行了铣挖参数变化规律的分析,同时结合现场施工资料提出了铣挖法施工铣挖参数选择和适用性的建议。在总结国内外振动规范的基础上,结合我国《爆破安全规程》对铣挖法和钻爆法施工的峰值振动速度规律进行对比,得出铣挖法施工控制周边振动优于钻爆法,对周边结构影响更小的结论。结合美国《轨道交通环境振动评价导则》规范,运用速度有效值指标对铣挖法引起的地表振动在不同埋深,铣挖摆动速度,围岩条件下的振动级变化规律进行了分析。
【关键词】：铣挖法 机械开挖 铣挖参数 比能耗 振动响应 LS-DYNA 数值模拟
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U455.4
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 研究背景和意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-20
• 1.2.1 铣挖法施工经验研总结究现状13-16
• 1.2.2 机械破岩理论与刀具优化设计研究现状16
• 1.2.3 隧道施工振动研究现状16-20
• 1.3 主要研究内容及研究方法20-22
• 1.3.1 主要研究内容20
• 1.3.2 研究方法和技术路线20-22
• 第2章 理论与方法22-34
• 2.1 LS-DYNA软件简介22
• 2.2 LS-DYNA显式算法研究22-29
• 2.2.1 控制方程和空间有限元离散化22-25
• 2.2.2 显示时间积分算法25-26
• 2.2.3 时间步控制26-27
• 2.2.4 单点高斯积分与沙漏控制27-28
• 2.2.5 显式算法与隐式算法的比较28-29
• 2.3 接触算法29-32
• 2.4 无反射边界32-33
• 2.5 缩短计算时间技术33
• 2.6 本章小结33-34
• 第3章 铣挖法铣挖参数研究34-60
• 3.1 工程概况34
• 3.2 铣挖头破岩数值模拟求解步骤34-41
• 3.2.1 实体模型的建立34-36
• 3.2.2 材料设置和网格划分36-38
• 3.2.3 接触设置38-39
• 3.2.4 边界条件与加载39
• 3.2.5 沙漏控制39
• 3.2.6 求解控制39-40
• 3.2.7 LS-DYNA求解可靠性验证40-41
• 3.3 铣挖头工况参数的研究41-54
• 3.3.1 不同吃刀深度结果分析43-48
• 3.3.2 不同截割厚度结果分析48-50
• 3.3.3 不同截割速度结果分析50-51
• 3.3.4 不同截割方式结果分析51-54
• 3.4 围岩条件对铣挖过程影响的研究54-58
• 3.4.1 不同内摩擦角结果分析54-55
• 3.4.2 不同粘聚力结果分析55-56
• 3.4.3 不同破坏强度指标结果分析56-58
• 3.5 本章小结58-60
• 第4章 铣挖法施工振动效应研究60-86
• 4.1 振动的评价60-65
• 4.1.1 评价振动的指标60
• 4.1.2 国内标准60-62
• 4.1.3 美国标准62-63
• 4.1.4 英国标准63-64
• 4.1.5 德国标准64
• 4.1.6 瑞士标准64-65
• 4.1.7 评价标准的选择65
• 4.2 模型介绍65-68
• 4.2.1 计算模型确定65-67
• 4.2.2 初始应力67
• 4.2.3 阻尼设置67-68
• 4.3 铣挖法与钻爆法振动对比68-80
• 4.3.1 隧道爆破模拟方法68-70
• 4.3.2 结果分析70-80
• 4.4 铣挖法施工引起的环境振动影响分析80-85
• 4.4.1 不同摆动速度81-82
• 4.4.2 不同围岩条件82-84
• 4.4.3 不同埋深84-85
• 4.5 本章小结85-86
• 结论86-87
• 致谢87-88
• 参考文献88-94
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目94

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘进志;赖涤泉;汪西应;;悬臂掘进机振动截割机构设计与分析[J];石家庄铁道学院学报;2006年01期

2 李晓豁;韩宇飞;;纵轴式掘进机截割的功率谱分析[J];中国工程机械学报;2007年02期

3 刘石坚;;截割头体的加工工艺难点及解决措施[J];金属加工(冷加工);2008年03期

4 韩士萍;;截割头焊接接头的强度与寿命分析[J];工程机械;2009年09期

5 许玉善;许文婷;;截割头焊接裂纹产生原因分析及解决方法[J];机械工程师;2012年09期

6 李志立;悬臂掘进机截割功率和运动参数的选择[J];贵州工学院学报;1996年02期

7 项阳,姜年朝,胡应曦;悬臂掘进机纵轴式截割头运动学分析[J];贵州工业大学学报;1998年03期

8 李晓豁;;横轴式掘进机垂直截割的动力学模型[J];中国工程机械学报;2006年01期

9 李晓豁;宋波;王丹;林其岳;;横向截割头切屑图人机界面系统的设计与模拟研究[J];辽宁工业大学学报(自然科学版);2009年06期

10 袁延玉;刘立军;;掘进机截割头的加工与焊接夹具[J];机械工艺师;1993年02期

中国重要会议论文全文数据库 前8条

1 李晓豁;贾凯;;横轴式掘进机截割头载荷的模拟分析[A];中国煤炭学会煤矿机电一体化专业委员会、中国电工技术学会煤矿电工专业委员会论文集[C];2008年

2 朱昊;刘惊涛;;振动截割在掘进机上的应用研究[A];中国煤炭新型工业化之路——安全、高效的集约化生产技术与装备研讨会论文集[C];2005年

3 刘建功;;掘进机智能型自动成形恒功率截割控制系统研究与应用[A];煤矿自动化与信息化——第19届全国煤矿自动化与信息化学术会议暨中国矿业大学（北京）百年校庆学术会议论文集[C];2009年

4 张鑫;李新平;;掘进机截割头运动参数的优化设计[A];中国煤炭学会煤矿机电一体化专业委员会、中国电工技术学会煤矿电工专业委员会2004年学术年会论文集[C];2004年

5 张梦奇;;截齿排布圆周角对纵轴式掘进机截割头设计性能的影响[A];煤矿机电一体化新技术创新与发展2012学术年会论文集[C];2012年

6 魏苍栋;高春芳;;关于掘进机截割头截齿分布的研究[A];第五届全国煤炭工业生产一线青年技术创新文集[C];2010年

7 陶峥;;EBJ-110SH掘进机截割头的研制[A];全面建设小康社会：中国科技工作者的历史责任——中国科协2003年学术年会论文集（上）[C];2003年

8 王德光;于向东;;基于MSP430的掘进机记忆截割系统研究[A];2007短壁机械化开采专业委员会学术研讨会论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 通讯员温元旭 李昕泉 记者李仁堂;掘进机自动截割定位系统研制成功[N];中国煤炭报;2009年

2 许祯;国产首台S200M掘进机顺利通过出厂评议[N];中华建筑报;2001年

3 记者 范玉蕾　通讯员 杨颖敏;石煤机岩石掘进机获“煤安”标志[N];石家庄日报;2010年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 江红祥;高压水射流截割头破岩性能及动力学研究[D];中国矿业大学;2015年

2 刘旭南;掘进机动态可靠性及其关键技术研究[D];辽宁工程技术大学;2014年

3 李建刚;自动化掘进机仿形截割控制策略研究[D];辽宁工程技术大学;2012年

4 姚继权;纵轴式掘进机履带行走系统动力学研究[D];辽宁工程技术大学;2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 刘炜煌;截割头截割煤岩的模拟[D];太原理工大学;2014年

2 张从亮;掘进机截割头运动参数及截齿布置参数对其截割性能影响研究[D];太原理工大学;2016年

3 孙英;掘进机整机动力学分析及电控箱减振研究[D];太原理工大学;2016年

4 王宇;EBZ160型掘进机关键零部件的优化设计[D];安徽理工大学;2016年

5 巇雪梅;基于离散元法的掘进机截割头截割性能研究[D];燕山大学;2016年

6 肖杨;隧道铣挖法铣挖参数及施工振动数值模拟研究[D];西南交通大学;2016年

7 纪木兴;截齿—煤岩作用力学有限元仿真[D];中国矿业大学;2016年

8 祖家龙;XTR260悬臂式硬岩隧道掘进机截割头特性分析与设计研究[D];中国矿业大学;2016年

9 侯祥明;横轴式掘进机截割头受力及整机振动分析[D];安徽理工大学;2008年

10 罗世魁;横轴掘进机截割头设计自动化技术研究[D];吉林大学;2005年

，

本文编号：1077206