深部挤压地层双护盾TBM卡机控制的数值模拟研究

发布时间：2020-06-06 03:42

【摘要】：TBM具有施工安全、快速、环保等优点,目前在世界范围内得到大量应用。当双护盾TBM在深部挤压地层中掘进,常会因地层中赋存的高地应力而出现围岩大变形,当围岩的变形量超出TBM预留的扩挖间隙时,便挤压TBM护盾,严重时导致TBM卡机事故,给工程带来巨大的损失。基于以上原因,为探讨合理的卡机控制措施,运用3DEC建立数值模型,分别研究了施工速度、扩挖间隙、侧压系数、回填层材料变形参数、回填厚度及软填充长度对双护盾TBM卡机控制的影响。主要研究内容和成果如下:(1)考虑隧道的掌子面效应和围岩的流变特性,运用3DEC内置的CVISC粘弹塑性本构建立了围岩-TBM相互作用模型,并采用动态分布开挖的方法模拟了双护盾TBM的开挖过程。(2)采用上述数值模型,分析了施工速度与扩挖间隙的改变对围岩变形量、TBM接触压力以及TBM总阻力的影响规律,并最终确定了其对TBM卡机状态和TBM容许停机时间的影响:提高施工速度和增大扩挖间隙均为有效的卡机控制措施,同时在研究范围内,施工速度和扩挖间隙均存在拐点值,在该拐点值附近卡机控制效果更为明显。(3)探讨了侧压系数、回填材料变形参数、厚度及软填充长度对围岩变形量、TBM总接触压力以及TBM总阻力的影响趋势,研究结果表明:侧压系数越大对TBM卡机控制越不利;弹性模量越大,越有利于隧道的整体稳定性;回填层厚度的增加虽会有利于TBM卡机控制,但施工成本增加,因此需根据工程实际合理选定回填层厚度;软回填长度的增加导致TBM的卡机概率增加。
【图文】：

(c) 挤压大变形导致的 TBM 卡机事故图 1-1 挤压地层的 TBM 卡机事故挤压地层 TBM 卡机事故进行统计分析后发现和埋深过大导致的高地应力有关。早在1946年的概念，并对岩石的挤压变形和膨胀变形进行理论基础上，将挤压变形的产生机理定义为：布超出了围岩的强度。国际岩石力学学会定义为：发生在隧道周围（空间上），与时间变形[11]。即在挤压性地层开挖隧道时，由高地的主要原因。因此在深部挤压性地层隧道施工进行双护盾 TBM 掘进时，，地层中蕴含的高地

技术路线
【学位授予单位】：河南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.43

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本文编号：2699109