挤压地层双护盾TBM围岩变形及应力场特征研究

发布时间：2019-09-04 07:30

【摘要】：为研究挤压地层双护盾隧道掘进机(TBM)作用下围岩变形及应力场特征,采用FLAC~(3D)建立了完整模型,并详细阐述了隧道掘进机(TBM)施工过程中的模拟方法,重点分析了隧洞纵横断面内围岩位移场、应力场、塑性区特征。模拟结果表明,两腰下部范围内的围岩与TBM护盾发生接触并产生挤压,拱顶并未接触;受刀盘与护盾连接处的尺寸高差和前后护盾的锥度影响导致仰拱围岩内出现3次加卸载,仰拱内部环向应力和径向应力均大于拱顶和两腰,而且其主应力方向与径向线斜交,受扰动剧烈,但仰拱下方70°范围内的围岩基本处于弹性状态;横向断面内围岩塑性区自上而下逐渐减小,且距掌子面越远塑性区范围越大,但后盾塑性区范围变化不大。
【图文】：

鍤BM的几何尺寸及主要部件技术参数详见表2。表2双护盾TBM几何尺寸及相关技术参数[6]Table2GeometryandrelatedtechnicalparametersofdoubleshieldTBM[6]DS-TBM主要部件量值开挖/刀盘直径/m9.44/9.30前、后盾直径（外）/m9.24/9.18管片直径（外）/m9成洞直径/m8.1刀盘长度/m0.75前、后盾长度/m5/6护盾厚度/m0.03管片宽度、厚度/m2/0.45最大刀盘推力/MN17TBM自重/kN1300主推进油缸最大推力/MN50辅助油缸最大推力/MN80为了清晰地反映护盾与围岩之间的空间位置关系，绘制了前盾及后盾处的横断面图如图1所示。从图中可以看出，前后护盾圆周虽然同心，但由于刀盘采用偏心设计并装有扩挖刀具，导致前后护盾几何中心与隧道开挖断面形心不重合，与围岩表面之间产生不均匀间隙，其特征是拱顶间隙大于两帮间隙，两帮间隙大于底板间隙。为方便后文叙述，拱顶、边墙及仰拱洞壁表面位置分别使用1#～3#参考点标记。(a)前盾(b)后盾图1护盾与围岩之间的不均匀间隙Fig.1Thenonuniformgapbetweenshieldandground不均匀间隙3#2#1#

向位移。③按照设定的开挖步长（沿隧道轴线方向每次步进1m）进行首次开挖。④刀盘推力的施加：当开挖掉当前岩体网格时立即在开挖面上施加刀盘推力，，其值为0.25MPa（刀盘推力除以开挖面面积），这里假定作用在掌子面上的推力为均匀分布力，因采用滚刀破岩，相对于浅埋土压盾构或泥水盾构作用在掌子面上的线性分布略有不同，而且刀盘推力在每次步进循环中都要施加，滚刀破岩所需的切向切削力、撑靴的支撑力，作用在盾尾管片衬砌上的油缸推力均没有考(a)模型纵剖面边界条件及尺寸(b)模型横断面及TBM各部件边界条件图2TBM模型尺寸及边界条件Fig.2ThegeometryofTBMmodelandboundaryconditions虑。应注意当下开挖岩体的后方为空模型，但网格依旧存在，一旦将空模型改变成其他模型，这些网格便会显示出来，而先前施加的掌子面推力仍然存在，所以在每次步进之前应移除后方网格上的推力，8DAAⅠⅣⅢⅡⅤⅥABCDEFGHIJKLMNOPYZ21DA-AXZ
【作者单位】： 中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室;中国矿业大学力学与建筑工程学院;中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室;
【基金】：国家重点基础研究发展计划(973)项目(No.2014CB046905)~~
【分类号】：U451.2

【参考文献】

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【共引文献】

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【二级参考文献】

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本文编号：2531592