复合式土压平衡盾构机刀盘的设计与优化研究
本文选题:盾构机 + 刀盘 ; 参考:《河北科技大学》2014年硕士论文
【摘要】:近年来随着我国经济的快速增长,城市化基础建设得到了迅速发展。在城市基础交通建设,尤其是地下铁道、地下管道等隧道工程中,盾构施工法是一种安全、高效、广泛应用的隧道施工方法。土压平衡盾构机在技术和经济上具有优越性,在盾构施工法中拥有十分显著的优势,成为城市地下工程施工技术的主流并在全世界范围内得到了广泛应用。盾构机是一种隧道掘进的专用工程机械。刀盘是其关键部件之一,也是保证盾构机有效工作的重要部分。刀盘的设计不但与机械系统有关系,而且与工程地质情况有着密切的联系。本文以研究复合式土压平衡式盾构机的刀盘设计及优化为目的,主要研究内容包括以下几个方面:1)对盾构机掘进过程进行动态仿真,研究了刀盘开口率对刀盘前后压差的影响。2)对复合式土压平衡盾构机刀盘设计基础理论进行总结。分析刀盘在地层中受到水土压力、扭矩阻力和推力阻力,总结出这些数据的计算方法。3)针对复合地层,对刀盘驱动系统、刀盘形式、刀盘结构设计、刀盘刀具布置等方面进行了研究,文中总结出刀盘驱动系统的设计流程。4)分析了刀盘在几种经典工况下掘进过程中的应力、应变情况。建立刀盘三维几何模型和有限元模型,并对刀盘进行有限元分析。5)对盾构刀盘的云腿进行轻量化考虑,提出云腿优化设计的数学模型。利用本文的设计流程和设计思路,根据南京三号线地铁水文、地质勘查报告及施工条件,设计出适合该地质条件的盾构机刀盘。为今后刀盘设计提供理论基础和实际经验。
[Abstract]:In recent years, with the rapid growth of China's economy, urbanization infrastructure has been rapidly developed. Shield construction method is a safe, efficient and widely used method in urban basic traffic construction, especially in underground railway, underground pipeline and other tunnel projects. Earth pressure balance shield machine has advantages in technology and economy, and has a very significant advantage in shield construction method. It has become the mainstream of urban underground engineering construction technology and has been widely used in the world. Shield machine is a kind of special construction machinery for tunneling. Cutter head is one of its key components and an important part to ensure the effective operation of shield machine. The design of cutter head is not only related to mechanical system, but also closely related to engineering geology. The purpose of this paper is to study the design and optimization of the cutter head of composite earth pressure balance shield machine. The main research contents include the following aspects: 1) dynamic simulation of tunneling process of shield machine. The influence of cutting head opening ratio on the pressure difference between the front and back of the cutter head is studied. 2) the basic theory of the design of the cutter head of the composite earth pressure balance shield machine is summarized. This paper analyses that the cutter head is subjected to soil and water pressure, torque resistance and thrust resistance in the formation, and summarizes the calculation method of these data .3) aiming at the compound formation, the drive system of the cutter head, the form of the cutter head, the structure design of the cutter head, In this paper, the design flow of the drive system of the cutter head is summarized. (4) the stress and strain of the cutter head in the process of driving under several classical working conditions are analyzed. The 3D geometric model and finite element model of the cutter head are established, and the finite element analysis of the cutter head is carried out. 5) the cloud leg of the shield cutter head is considered lightweight, and the mathematical model of the cloud leg optimization design is put forward. According to the hydrology, geological survey report and construction condition of Nanjing No.3 Line, a shield cutter is designed according to the design flow and design idea of this paper. It provides theoretical basis and practical experience for the design of cutter head in the future.
【学位授予单位】:河北科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:U455.39
【共引文献】
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,本文编号:2110614
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