泥巖砂巖交互地層越江隧道盾構(gòu)掘進效能研究.pdf

1、論文選定了泥巖砂巖交互地層越江隧道盾構(gòu)掘進作為研究對象，根據(jù)國內(nèi)外相關的理論研究成果和工程實踐，以重慶主城越江隧道盾構(gòu)掘進施工為工程背景，利用現(xiàn)場試驗、理論分析及數(shù)值模擬等手段對盾構(gòu)掘進效能進行了全面、系統(tǒng)地研究，并結(jié)合實際工程對本文的研究思想進行了應用研究，取得了一系列有益于理論和實踐的研究成果。 (1)系統(tǒng)地分析了軟硬不均巖石地層盾構(gòu)刀盤與開挖面相互作用的基本原理，深入分析了盤形滾刀的拉裂破巖機理，建立了盤形滾刀對巖石加載的

2、簡化力學模型，并采用有限元模型進行了驗證；同時搭建了盾構(gòu)掘進效能分析、預測與控制研究的理論框架，并分析了盾構(gòu)掘進效能的影響因素。 (2)設計了盾構(gòu)掘進效能研究的綜合試驗方案：采用正交試驗技術(shù)對泥巖砂巖交互地層盾構(gòu)掘進試驗進行了精心設計，獲取了盾構(gòu)掘進參數(shù)及刀具作用力變化的隨機時間序列；采用便攜式點荷載強度儀對切割巖渣進行了點荷載強度試驗，獲得了詳細的強度參數(shù)；利用游標卡尺和篩分設備對切割巖渣進行巖片尺寸測試和粒徑分布試驗，為盾構(gòu)

3、掘進效能分析提供了大量的研究數(shù)據(jù)。 (3)基于掘進試驗數(shù)據(jù)，利用概率論與數(shù)理統(tǒng)計方法研究了盾構(gòu)掘進參數(shù)(刀盤扭矩、推力、切深及掘進速率等)及刀具作用力的概率分布模型及其分布參數(shù)；利用隨機過程理論，對刀具與巖石相互作用力進行了時域和頻域分析，揭示了盾構(gòu)刀盤與開挖面相互作用的本質(zhì)規(guī)律和隨機特性，為盾構(gòu)掘進效能分析與控制提供了有力的理論支持。 (4)運用回歸分析方法，研究了主要影響因素與掘進效能之間的統(tǒng)計關系，建立了切深及掘進

4、速率的預測模型；基于篩分試驗對不同地層條件下的巖渣粒徑分布規(guī)律進行了研究，建立了粒徑分布的數(shù)學模型，分析了掘進參數(shù)與巖渣粒徑分布、切割能量之間的對應關系；同時分析了刀盤扭矩和推力在不同地層條件下的操作關系，研究了不同地層條件下的盾構(gòu)掘進參數(shù)匹配特性及掘進方案，為現(xiàn)場盾構(gòu)掘進提供了理論指導。 (5)運用模糊數(shù)學方法建立了隧道圍巖及盾構(gòu)掘進狀態(tài)模糊判別模型和巖石可切割性模糊識別模型，為盾構(gòu)掘進施工提供了一種實時地質(zhì)預報方法；另外，基

5、于最優(yōu)刀間距和刀盤切割比能分析，提出了盾構(gòu)掘進動態(tài)最優(yōu)刀間距的思想，采用模糊控制理論構(gòu)建了盾構(gòu)掘進的最優(yōu)模糊控制模型，并成功地應用于盾構(gòu)掘進施工。 (6)建立了盾構(gòu)刀盤與開挖面相互作用的多彈簧支點三維力學模型，提出了刀盤與巖石相對剛度的概念，并利用ANSYS程序?qū)ζ溥M行了蒙特卡羅有限元分析。分析了刀盤與巖石相對剛度對二者相互作用力的影響，并與實測值和簡化計算方法的結(jié)果進行了對比，為盾構(gòu)刀盤設計和掘進施工提供了可資借鑒的有益結(jié)論。