砂卵石地層盾構(gòu)機破巖新機理的分析與研究.pdf

1、隨著城市隧道的廣泛應(yīng)用，盾構(gòu)機已成為隧道挖掘過程中的不可缺少的工具，有關(guān)專家已預(yù)言，未來全球50％的隧道建設(shè)將在中國。
　　然而，在砂卵石地層中施工，是盾構(gòu)機當(dāng)前面臨的一個重要課題。盾構(gòu)在砂卵石地層中施工時，刀盤故障頻頻發(fā)生，而且刀具磨損非常嚴重，這給施工工程造成了不小的經(jīng)濟負擔(dān)，已占至整個施工工程成本三分之一。此外，在砂卵石地層施工所需的刀盤扭矩與推進力，一直居高不下，如在某盾構(gòu)工程中盾構(gòu)最大的推進力達到了34000KN，最大刀

2、盤扭矩接近5100KN·m，致使刀盤過載較為頻繁，從而進一步加劇了刀具的磨損。
　　本文針對目前砂卵石地層盾構(gòu)施工所面臨的問題，以砂卵石地層為研究對象，在前人的研究基礎(chǔ)之上提出了“銑削——離散——碾壓”的破巖新方法，以達到降低刀具磨損，同時減少盾構(gòu)機在砂卵石地況下能耗的目的。具體研究內(nèi)容如下:
　　(1)研究了砂卵石的強度特性，如單軸抗壓強度、剪切強度、長期抗壓強度等。分析了砂卵石地層盾構(gòu)刀具的破巖機理、破巖力以及刀盤載荷;

3、對刀具磨損、刀盤故障的原因進行了理論研究。
　　(2)針對目前盾構(gòu)在砂卵石地層中施工中磨損嚴重的問題，提出了“銑削——離散——碾壓”的破巖新方法:在盾構(gòu)刀盤上安裝銑刀，該銑刀先于其他刀具切削巖石，在原始巖石表面銑削出條狀相間的溝痕（稱之為“離散化”），然后滾刀再碾壓開挖面，從而達到了降低盾構(gòu)機的切削力、刀具的磨損和節(jié)約盾構(gòu)機的掘進能耗的目的，進而提高了盾構(gòu)機的掘進效率。
　　(3)為實現(xiàn)“銑削——離散——碾壓”的破巖新方法，

4、設(shè)計了鏈輪驅(qū)動的行星輪機構(gòu)，以便實現(xiàn)動力的傳遞。
　　(4)利用ANSYS Workbench模擬仿真離散化巖石表面溝痕的間距、直徑與滾刀摩擦力之間的關(guān)系，結(jié)果表明當(dāng)離散化巖石表面溝痕的間距為100mm，直徑為60mm時，滾刀破巖時所受的摩擦力比在連續(xù)的巖石表面情況下降低了77％。
　　(5)利用ANSYS/LS-DYNA，對滾刀破巖過程進行了顯式動力分析，并模擬仿真了巖石表面離散化與滾刀破巖力之間的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)滾刀的垂直力與