發(fā)布時間：2021-07-03 07:43

　　盾構(gòu)在土巖復(fù)合地層中掘進時,由于地層的不均勻性,刀具在土巖交界面會受到明顯的沖擊荷載,進而引起刀盤的強烈振動,對盾構(gòu)設(shè)備安全及環(huán)境產(chǎn)生不利影響�；跐系罔FR2線某區(qū)間的實際施工情況,利用三維動力數(shù)值方法,建立滾刀切削復(fù)合地層的有限元模型,分析了不同貫入度、切削速度及巖層硬度等條件下滾刀的沖擊荷載響應(yīng)以及沖擊荷載響應(yīng)與各因素的相關(guān)關(guān)系;對典型工況下的荷載響應(yīng)時程曲線進行傅里葉變換,得到了單滾刀沖擊荷載響應(yīng)的頻率分布特點。結(jié)果表明:（1）單滾刀所受垂直力與貫入度、切削速度、巖層硬度均呈正相關(guān)關(guān)系;（2）滾刀荷載頻率主要分布在0～20 Hz的范圍內(nèi),隨著貫入度、切割速度、巖層硬度的增大,滾刀荷載在低頻范圍內(nèi)的振幅有所提升,且在50 Hz左右存在少量分布。 

【文章來源】：現(xiàn)代隧道技術(shù). 2020,57(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

刀圈截面尺寸（單位：mm)

第一個分析步模擬滾刀下降至初始切削深度的過程，分析步時長為1 s。在該分析步的初始時刻，滾刀刀圈恰好與地層上表面相接觸，位于滾刀中心的參考點RP與土巖交界面的水平距離為L。在該分析步內(nèi)，控制滾刀運動的參考點RP沿垂直于巖石上表面的方向（Y軸）勻速運動，直至下降一個初始切削深度D(D即刀盤的貫入度），同時約束住參考點RP沿其它方向的位移；第二個分析步模擬滾刀隨刀盤掘進的破巖過程，分析步時長為1 s。由于模擬時長較短，且主要研究對象為滾刀破巖的垂直力，故將滾刀繞刀軸的“公轉(zhuǎn)”簡化為線切割。在該分析步內(nèi)，設(shè)置參考點RP沿地層表面方向（X軸）的速度為V1(V1與滾刀的安裝半徑和刀盤的轉(zhuǎn)速相關(guān)），沿Y軸的速度為V2(V2與貫入度和刀盤轉(zhuǎn)速相關(guān)），做勻速運動,不約束刀盤繞刀軸方向的轉(zhuǎn)動，使刀盤能在地層摩擦力的作用下自由轉(zhuǎn)動，同時約束住參考點RP沿其它方向的位移，控制每種工況下刀盤中心參考點RP在第二個分析步的0.5 s時刻恰好位于土巖交界面正上方，即：以上所有關(guān)鍵變量的含義如圖3所示。

實際施工過程中，刀盤轉(zhuǎn)速為1.2 r/min。在此刀盤轉(zhuǎn)速下，不同安裝半徑的正滾刀的切割速度不同，最高可達到353 mm/s，最低為101 mm/s。在地質(zhì)條件較好的區(qū)間掘進時，推進速度可達30 mm/min；在復(fù)合地層掘進時，推進速度下降至10 mm/min以內(nèi)。除了以上兩個變量外，在該模型試驗中，還設(shè)置了多組不同巖層硬度的對比試驗，以模擬盾構(gòu)在掘進過程中切削不同硬度的巖層的荷載響應(yīng)。(1）貫入度分析工況

【參考文獻】：
期刊論文
[1]復(fù)合地層下盾構(gòu)施工模態(tài)系統(tǒng)刀盤荷載及振動特性研究[J]. 王魯琦,劉海寧,李苗,周建軍,劉漢東.  隧道建設(shè). 2017(01)
[2]不同模式下TBM刀群三維回轉(zhuǎn)切削仿真與優(yōu)化設(shè)計[J]. 霍軍周,楊靜,孫偉,李慶宇.  哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報. 2014(11)
[3]巖石掘進機盤形滾刀測繪[J]. 張照煌.  礦山機械. 2001(11)

博士論文
[1]TBM盤形滾刀破碎巖石機理及影響破巖力因素的研究[D]. 王召遷.東北大學(xué) 2014



本文編號：3262180