破岩复合盾构机
，・ Ｔ● 忙１轧，囟 ————～一 ／，，‘９Ｈ） ｏ一：『 揪㈣。Ｊ，盾构 机受力模型简图参见图１所示． Ｆｒ＝Ｆ１＋Ｒ＋凡＋只＋兄＋凡 （１）第５期 吴起星，等：盾构机总推力反算滚刀法向破岩力探讨 Ａ驺垂幻Ｐｏｌ ｌ婵力 刀ｉ．一Ｌ上七生生生生生生！土ｊ—Ｌ上Ｊ／／局 萨叫ｋｎｌ黼自勘 憾一砝 —— —— 型＝＝旷乡 缈Ｆ—— 逊。基于上述背景,本文运用量纲分析基本理论进行了盾构机盘形滚刀破岩力学分析及刀盘在复合地层中的受力研究。破岩复合盾构机１＋ｐ五＋ｐｄ＋ｐ．‘）／４ （２） Ｐａ ２Ｐ。７％，误差 在工程实际中是可接受的，这表明实测总推力反算 滚刀法向破岩力的理论与方法是可行的．反算值曲 线在１８６环处下降幅度较理论值大，这可能与顶板， 厚度有关，顶板厚度变化会引起围岩压力发生变化， 顶板厚度变薄使洞顶垂直压力可能增大，使‘计算 值变大，导致Ｒ。Ｉ Ｐ．４＝ｋ－Ｐ以 式中摩擦系数弘。
．二蚰★ —— —— —— ｋ口］工工［口丁工工皿 焉ｌｌｌ／ｒｏＪ如 ＪＡＡ．Ａ 硬蕾差直压力Ｐｏ， ⅡⅡ卫工Ⅱ口工圆 田卫ⅡⅡ皿 翩；劢忍 图１盾构机结构及受力简图 １．１ 盾壳与周围地层的摩阻力计算 通常采用盾壳外围面积与盾壳外围所受平均鲍 层压力的乘积乘以摩擦系数来计算，如式（２）所示． 只＝ｐ１ ｇＤ。Ｉ按太沙基松动土压力理论 计算‘４・ ６１，侧压力系数砌取ｏ．３５；管片与盾尾间摩 擦系数ｕ。破岩复合盾构机 (3)针对上软下硬典型复合地层的特点,建立了隧道断面圆软层面积比模型,运用量纲理论对上软下硬复合地层中盾构刀盘受力问题进行了参量分析,建立起刀盘倾覆力矩和不平衡力计算的无量纲函数形式。形＋肋ｎ２兀Ｄｏ瓴 （３） 式中管片与盾尾间摩擦系数地一般可取０．３ 一Ｏ．５． １．３盾构机切口环贯入地层时的阻力计算 当盾构机切口环凸出于刀盘时，应考虑切口环 的贯人阻力． 凡＝兀（Ｄ。研究方向：盾构机掘进力学机理，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｑｘＳｌ０６３２＠１２６．ｃｏｍ 通讯作者：马宏伟（１９６６一）．男，教授，博士生导师，研究方向：结构损伤检测，弹塑性动力学研究。 ／～Ｎ 矽＜７Ｈ， 掣Ｐ ’／、ｌ ｔ一１２９－粕 ．缸。
，１８３～１８５环间 取０．３，１８６环取０．２；ｐ。Ｅ・ ｍａｉｌ：ｔｍａｈｗ＠ｊｎｕ．ｅｄｕ．ｃｍ暨南大学学报（自然科学版） 第３ｌ卷 盾构工法可防止开挖面坍塌并保持开挖面稳 定，具有智能、安全、快捷等特点［１．２】，已成为城市地 铁隧道施工的主流工法．盾构工法的施工装备为隧 道掘进机，按照地层条件及具体施工方法的不同，一 般可分为硬岩隧道掘进机（Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｏｒｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅ。破岩复合盾构机应根 据盾构机所处地层情况，可按全覆土重理论、普氏理 论或太沙基松动土压力理论来计算Ｈ１；计算盾构机 侧部压力所需的侧压力系数屉可按静止土压力系数 或经验取值． １．２管片与盾尾问的摩阻力计算 一般由管片与盾构机内壁间摩阻力和盾尾密封 刷引起的摩阻力两部分组成，如式（３）所示． 几＝心ｎ。复合式盾构机盘形滚刀法向破岩力计算方法研究--《矿山机械》2010年24期#闵锐;张亮;钱峰;;[A];地下工程施工与风险防范技术——2007第三届上海国际隧道工程研讨会文集[C];2007年。盾构刀盘与围岩的相互作用涉及盘形滚刀破岩力计算,其是确定盾构推力的主要参数,也是计算盾构其它参数的基础。同时,在分析盾构荷载的基础上,提出了由盾构机现场掘进总推力反算滚刀法向破岩力的方法与步骤。
／／村赢 、／重触黝自 ／寸， ｛一曝１睁∞僻 ｖ啪／ 。 本文的研究成果和主要内容如下： (1)建立了在固定坐标系中盘形滚刀刃工作点的运动方程,运用量纲理论研究了盘形滚刀法向破岩力问题,得到考虑较全因素的法向破岩力计算函数形式,并基于滚刀线性切割试验数据确定了17\"盘形滚刀法向破岩力的经验统计回归公式。 ，）打 引１浏Ｉ．． ｝ｏ 图２计算段纵断面简图 ２．２数据采集 盾构机掘进数据主要通过其装备的ＰＬＣ系统 自动采集，现场盾构机掘进右线１８３—１８６环（每环 １．５ ｉｎ）相关掘进数据（以每环的平均值表示）参见 表３． ２．３反算过程 结合掘进现场相关资料，盾构机切口环未凸出 刀盘且在直线段掘进，因此，盾构机切口环贯入地层 时的阻力凡和盾构机变向阻力几取值均为０；盾 构机外壳与周围地层的摩擦系数ｐ。１９９６［Ｃ］．Ｉ．ＡＳ ＶＥＧＡＳ ＮＶ，１９９６． ［责任编辑：刘蔚绥］ ，Ｊ １Ｊ １Ｊ １Ｊ №口№ｐ１Ｊ １Ｊ １Ｊ １Ｊ １Ｊ ｎ心口Ｈｂ。复合地层中盾构机滚刀破岩力学分析--《暨南大学》2011年博士论文#【摘要】：为适应地铁、铁路、引水等大型工程建设的盾构机需求,我国正大力开展研发、设计和制造具有自主知识产权的国产盾构机的相关工作,掌握盾构机刀盘与围岩的相互作用机理一直是我国盾构行业亟待解决的重要课题。破岩复合盾构机与岩土体性质有关，一般可取 ０．１５－０．８或ｔａｎｃｋ／Ｚ；盾构机顶部垂直压力ｐ。
１＋以 ４矽 Ｐｓ ２而 Ｐｄ＝蠡・ Ｐ。 (5)运用LS-DYNA显式非线性动力分析程序,对盘形滚刀破岩过程进行了有限元仿真,分析了盘形滚刀破岩过程的运动特征、受力变化及岩石破碎过程,得到盘形滚刀与岩石的接触压力分布函数；对刀盘掘进初始侵岩过程进行了有限元仿真,得到刀盘初始侵岩过程有效推力的变化规律及岩体破坏特点。再经螺旋输送机运到 皮带输送机上，输送到渣车而排出洞外． 通过分析盾构机掘进过程，可知盾构机在推进 过程中必须克服盾壳与周围地层的摩阻力Ｆｎ盾构 机推进时的正面阻力兄、盾尾与管片问的摩阻力以 以及盾构机后接台车的牵引阻力民．此外，当盾构 机切口环凸出于刀盘时，应考虑切口环的贯入阻力 只；在曲线段掘进时，应考虑变向阻力瓦．因此，盾 构机的总推力Ｂ的构成可用式（１）表示悼。 (2)运用量纲理论研究了盾壳顶部垂直围岩压力问题,得到基于量纲分析的垂直围岩压力计算函数形式,并基于围岩压力量测数据确定了针对Ⅳ类围岩和Ⅴ类围岩的垂直围岩压力计算公式。 (4)在盘形滚刀破岩力计算研究基础上,建立了盾构机在上软下硬典型复合地层中掘进时刀盘受力计算相关公式,并采用C语言编制了相应的刀盘受力计算分析程序,对盾构机在上软下硬典型不同组合的复合地层中掘进进行了刀盘受力仿真计算,获得盾构机在复合地层中掘进的一些规律与经验。破岩复合盾构机 【关键词】： 【学位授予单位】：暨南大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2011【分类号】：U455.3【目录】：。