砂卵石地層盾構刀盤刀具與土相互作用及其選型設計研究.pdf

1、論文主要依托北京地鐵四號線14標、北京地鐵四號線4標土壓平衡盾構工程及南京緯七路過江通道泥水平衡盾構工程，同時總結國內(nèi)成都、沈陽等砂卵石地層地鐵盾構隧道工程相關案例，采用理論分析、現(xiàn)場實驗、盾構模型實驗等手段對砂卵石地層盾構刀盤刀具設計及其與土相互作用進行了系統(tǒng)深入的研究，取得了一系列有益于理論和實踐的研究成果。
　　 1)總結提出了刀盤設計流程，以刀盤設計流程為主線，全面論述了刀盤設計的各個環(huán)節(jié)，根據(jù)前人研究成果和個人工程經(jīng)驗

2、提煉總結了各種地質(zhì)條件下刀盤刀具合理設計參數(shù)及材料工藝選擇，建立了刀盤設計理論框架；
　　 2)總結提出了刀具磨損機理，首次明確提出將合金崩裂等工況列入磨損范疇，定義為非正常磨損；
　　 3)借鑒露天煤礦犁松破巖工作原理，提出了砂卵石地層刀具切削機理并命名為“犁松原理”：砂卵石地層盾構刀具切削以魚尾刀與先行刀犁松原狀地層為主，刮刀剝落攪拌為輔，刀具切削扭矩為魚尾刀、先行刀犁松扭矩之和；綜合采用現(xiàn)場實驗及室內(nèi)模型實驗對所提

3、出切削機理進行了驗證；
　　 4)對刀盤刀具過度磨損造成的停機事故中停機機理進行了研究，研究結果表明：停機前的扭矩急增并非源于切削扭矩的增大，而是源于刀盤與地層擠壓摩擦扭矩的急速上升；擠壓效應對盾構推力影響甚小，但對刀盤扭矩影響顯著；
　　 5)根據(jù)工程案例應用對比及現(xiàn)場實驗研究分析，提出了刀盤刀具選型配置原則，給出刀盤刀具設計合理參數(shù)建議值，并指出：刀盤選型相比刀具配置更為重要，砂卵石地層土壓平衡盾構采用輻條式刀盤綜合

4、適應性最強、大直徑泥水平衡盾構采用輻條面板式刀盤合理可行，刀具配置中先行刀最為重要，刮刀僅為輔助剝落作用，且刮刀宜采用“鈍刀”形式，抗沖擊性能優(yōu)越，不影響掘進效能，值得提倡推廣；
　　 6)采用理論分析、現(xiàn)場實驗、室內(nèi)模型實驗等技術手段研究了土壓平衡盾構刀盤結構、刀具配置、刮刀參數(shù)對切削扭矩及刀盤扭矩的影響，在此基礎上建立了土壓平衡盾構刀盤扭矩計算模型T=1250D3e·μ·Pm·[(π/12)·k·(1-η)+0.5π·ζ]，

5、同時取定典型工程條件及地質(zhì)參數(shù)，得出砂卵石地層刀盤扭矩包絡經(jīng)驗計算式T=(10.9～23.6)D3e，可作為日本學者關于刀盤扭矩統(tǒng)計經(jīng)驗計算式的理論驗證；
　　 7)采用理論分析及現(xiàn)場實驗等技術手段研究了泥水平衡盾構刀盤結構、刮刀參數(shù)、泥水性質(zhì)、掘進參數(shù)對切削扭矩及刀盤扭矩的影響，在此基礎上建立了切削扭矩及刀盤扭矩計算模型：切削扭矩：Tcut=0.25kcutσD2ep，刀盤扭矩：T=K{(13Gs-mud-13)[(1-η)D