砂卵石地層具有卵礫石含量高、粒徑大、級配差、強度高、結構松散的特點,具有很強的磨蝕特性,盾構刀具在砂卵石地層施工常常發(fā)生短距離磨損破壞。砂卵石地層盾構刀具磨損是一個復雜的多學科交叉課題,研究砂卵石地層盾構刀具磨損機理,對于指導砂卵石地層盾構的科學施工、延長盾構刀具健康服役壽命,實現(xiàn)盾構的一次長距離穿越具有重要意義。本文通過理論分析、室內試驗、現(xiàn)場數據分析等多種方式相結合的方法開展研究。主要研究內容與取得的成果如下:（1）分析了北京無水砂卵石地層特征,砂卵石地層盾構推進模式及刀盤刀具配置,刀具工作機理及失效模式。研究表明輻條式刀盤和切削型刀具是砂卵石地層盾構使用的主要刀盤刀具組合形式,砂卵石地層主要以剝落型切削為主,磨粒磨損和粘著磨損是盾構切刀磨損的主要機制,并分析了砂卵石不同粒徑顆粒對刀具磨損的影響機制及刀具磨損的影響因素。（2）基于對砂卵石組構及盾構動態(tài)掘進特點的分析,研制了可用于砂卵石土體且考慮重力作用下土體大位移運動的刀具磨損測試裝置。基于該裝置研究了砂-礫混合土體磨蝕特性及刀具磨損規(guī)律,從磨損量、表面磨損形態(tài)、顆粒破碎、作用強度等多個角度揭示了砂-礫混合土體對刀具磨損的作用機制... 

【文章頁數】：152 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
中文摘要
abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 刀具磨損機理研究現(xiàn)狀
        1.2.2 刀具磨損試驗研究現(xiàn)狀
        1.2.3 砂卵石地層刀具磨損研究現(xiàn)狀
    1.3 研究目的及意義
    1.4 研究內容及技術路線
        1.4.1 研究內容
        1.4.2 技術路線
    1.5 主要創(chuàng)新點
第2章 砂卵石地層盾構刀具磨損相關理論研究
    2.1 盾構掘進模式與刀具磨損的影響分析
        2.1.1 掘進面壓力平衡分析
        2.1.2 砂卵石地層盾構欠壓掘進模式
        2.1.3 砂卵石地層盾構滿壓掘進模式
    2.2 盾構刀盤選擇、刀具配置與刀具磨損的影響分析
        2.2.1 盾構刀盤選擇與刀具磨損的影響
        2.2.2 盾構刀具配置與刀具磨損的影響
    2.3 切削刀具開挖模型及失效形式分析
        2.3.1 切削刀具開挖方式
        2.3.2 切削土體破壞形態(tài)
        2.3.3 刀具失效形式
    2.4 砂卵石地層刀具磨損機理分析
        2.4.1 切刀磨損構成分析
        2.4.2 磨粒磨損
        2.4.3 粘著磨損
        2.4.4 砂卵石刀具磨損細觀分析
    2.5 刀具磨損影響因素分析
    2.6 本章小結
第3章 砂卵石土體刀具磨損機理及影響因素試驗研究
    3.1 盾構模擬裝置研制
        3.1.1 裝置設計
        3.1.2 驅動電機
        3.1.3 測試系統(tǒng)
        3.1.4 數據采集
    3.2 砂-礫混合重構土樣刀具磨損機理試驗
        3.2.1 試驗目的
        3.2.2 試驗土樣制備
        3.2.3 試驗測試程序
    3.3 砂-礫混合土樣刀具磨損試驗結果分析
        3.3.1 刀具磨損量分析
        3.3.2 刀具表面損傷形態(tài)分析
        3.3.3 礫石顆粒破碎分析
        3.3.4 扭矩變化分析
    3.4 刀具磨損影響因素試驗
        3.4.1 試驗目的及影響因素選取
        3.4.2 試驗土樣及試驗設計
        3.4.3 試驗測試程序
    3.5 刀具磨損影響因素試驗結果分析
        3.5.1 土體濕度對刀具磨損的影響
        3.5.2 刀具材料對刀具磨損的影響
        3.5.3 磨損時間對刀具磨損的影響
    3.6 本章小結
第4章 砂卵石土體刀具減磨措施試驗研究
    4.1 氣-液二相泡沫膜結構時效性分析
        4.1.1 泡沫微觀起泡機理
        4.1.2 試驗儀器與試驗方法
        4.1.3 膜結構時效性及失效機理分析
    4.2 改良試驗材料準備
        4.2.1 砂卵石土樣
        4.2.2 氣-液二相泡沫改良劑制備
        4.2.3 固-液二相泥漿改良劑制備
    4.3 試驗方案設計
        4.3.1 土體攪拌試驗
        4.3.2 塌落度試驗
        4.3.3 刀具磨損試驗
    4.4 兩種不同類型改良劑作用下試驗結果對比分析
        4.4.1 改良砂卵石攪拌均勻性對比
        4.4.2 改良砂卵石宏觀流塑性對比
        4.4.3 改良砂卵石刀具磨損特性對比
    4.5 改良劑作用下刀具減磨機制分析
        4.5.1 泡沫改良劑減磨作用機制
        4.5.2 泥漿改良劑減磨作用機制
    4.6 砂卵石長距離掘進建議措施及工程應用
        4.6.1 砂卵石長距離掘進建議措施
        4.6.2 工程應用
    4.7 本章小結
第5章 砂卵石地層盾構刀具磨損評價方法及預測研究
    5.1 刀具服役狀態(tài)評價方法
        5.1.1 評價方法提出背景
        5.1.2 刀具非正常磨損量化表征
        5.1.3 評價方法關鍵參數確定及流程
    5.2 評價方法的工程應用
        5.2.1 工程概況
        5.2.2 刀具檢修更換情況
        5.2.3 R-7#檢修井刀具整體健康服役狀態(tài)評價
        5.2.4 R-8#檢修井刀具整體健康服役狀態(tài)評價
        5.2.5 L-8#檢修井刀具整體健康服役狀態(tài)評價
    5.3 盾構刀具正常磨損量預測
        5.3.1 磨蝕系數計算
        5.3.2 計算值與實測值比較
    5.4 本章小結
第6章 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 展望
致謝
參考文獻
附錄


【參考文獻】：
期刊論文
[1]降低盾構刀具磨損的泥漿添加劑應用試驗研究[J]. 魏林春,林朋皓,烏效鳴,王超.  中國市政工程. 2018(05)
[2]海底隧道復合地層盾構掘進刀具磨損原因分析及對策[J]. 陳集勇.  廣東土木與建筑. 2018(03)
[3]斜井TBM刀具磨損更換預測方法研究[J]. 劉穎超,江玉生,程晉國,嵇長民.  施工技術. 2017(S2)
[4]城市地鐵砂卵石地層盾構機刀盤刀具磨損控制方法[J]. 張婷.  技術與市場. 2017(09)
[5]盾構刀具磨損機理及預測分析[J]. 吳俊,袁大軍,李興高,金大龍,沈翔.  中國公路學報. 2017(08)
[6]盾構穿越全斷面砂卵石地層刀具磨損情況分析[J]. 董洪星.  市政技術. 2017(02)
[7]蘭州地鐵砂卵石地層土壓平衡盾構刀具使用壽命延長技術[J]. 劉奇,靳世鶴.  隧道建設. 2016(08)
[8]全斷面砂性地層泥水平衡盾構刀具磨損理論分析[J]. 趙峻.  現(xiàn)代隧道技術. 2016(03)
[9]“十三五”城軌交通發(fā)展形勢報告[J]. 包敘定.  城市軌道交通. 2016(01)
[10]無水砂卵石地層土壓平衡盾構主動換刀技術研究[J]. 楊志勇,王霆,江玉生.  現(xiàn)代隧道技術. 2016(01)

博士論文
[1]砂卵石地層土壓平衡盾構關鍵參數計算模型研究[D]. 李潮.中國礦業(yè)大學（北京） 2013
[2]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[D]. 黃清飛.北京交通大學 2010

碩士論文
[1]基于正交試驗的盾構滾刀磨損分析[D]. 陳子義.華北水利水電大學 2018
[2]盾構施工砂卵石地層特性及改良試驗研究[D]. 鄭珠光.華北水利水電大學 2016
[3]復雜地層盾構刀具磨損控制技術研究[D]. 彭鈞.北京交通大學 2013
[4]盾構機模擬試驗臺結構設計及刀片磨損的研究[D]. 羅力維.青島科技大學 2010
[5]土壓平衡盾構掘進刀具動態(tài)磨損研究[D]. 張明富.北京交通大學 2007
[6]砂卵石層盾構刀具損壞原因分析及國產化技術[D]. 解立功.天津大學 2007



本文編號：3673810