砂卵石地層盾構(gòu)刀盤刀具與土相互作用及其選型設(shè)計(jì)研究.pdf

1、論文主要依托北京地鐵四號(hào)線14標(biāo)、北京地鐵四號(hào)線4標(biāo)土壓平衡盾構(gòu)工程及南京緯七路過江通道泥水平衡盾構(gòu)工程，同時(shí)總結(jié)國(guó)內(nèi)成都、沈陽(yáng)等砂卵石地層地鐵盾構(gòu)隧道工程相關(guān)案例，采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、盾構(gòu)模型實(shí)驗(yàn)等手段對(duì)砂卵石地層盾構(gòu)刀盤刀具設(shè)計(jì)及其與土相互作用進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，取得了一系列有益于理論和實(shí)踐的研究成果。
　　 1)總結(jié)提出了刀盤設(shè)計(jì)流程，以刀盤設(shè)計(jì)流程為主線，全面論述了刀盤設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)，根據(jù)前人研究成果和個(gè)人工程經(jīng)驗(yàn)

2、提煉總結(jié)了各種地質(zhì)條件下刀盤刀具合理設(shè)計(jì)參數(shù)及材料工藝選擇，建立了刀盤設(shè)計(jì)理論框架；
　　 2)總結(jié)提出了刀具磨損機(jī)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(jī)理并命名為“犁松原理”：砂卵石地層盾構(gòu)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(chǎng)實(shí)驗(yàn)及室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)對(duì)所提

3、出切削機(jī)理進(jìn)行了驗(yàn)證；
　　 4)對(duì)刀盤刀具過度磨損造成的停機(jī)事故中停機(jī)機(jī)理進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：停機(jī)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(yīng)對(duì)盾構(gòu)推力影響甚小，但對(duì)刀盤扭矩影響顯著；
　　 5)根據(jù)工程案例應(yīng)用對(duì)比及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)研究分析，提出了刀盤刀具選型配置原則，給出刀盤刀具設(shè)計(jì)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(gòu)采用輻條式刀盤綜合

4、適應(yīng)性最強(qiáng)、大直徑泥水平衡盾構(gòu)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(jìn)效能，值得提倡推廣；
　　 6)采用理論分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、室內(nèi)模型實(shí)驗(yàn)等技術(shù)手段研究了土壓平衡盾構(gòu)刀盤結(jié)構(gòu)、刀具配置、刮刀參數(shù)對(duì)切削扭矩及刀盤扭矩的影響，在此基礎(chǔ)上建立了土壓平衡盾構(gòu)刀盤扭矩計(jì)算模型T=1250D3e·μ·Pm·[(π/12)·k·(1-η)+0.5π·ζ]，

5、同時(shí)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(luò)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式T=(10.9～23.6)D3e，可作為日本學(xué)者關(guān)于刀盤扭矩統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)計(jì)算式的理論驗(yàn)證；
　　 7)采用理論分析及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)等技術(shù)手段研究了泥水平衡盾構(gòu)刀盤結(jié)構(gòu)、刮刀參數(shù)、泥水性質(zhì)、掘進(jìn)參數(shù)對(duì)切削扭矩及刀盤扭矩的影響，在此基礎(chǔ)上建立了切削扭矩及刀盤扭矩計(jì)算模型：切削扭矩：Tcut=0.25kcutσD2ep，刀盤扭矩：T=K{(13Gs-mud-13)[(1-η)D