本文關(guān)鍵詞：基于砂卵石地層的土壓平衡盾構(gòu)機(jī)刀盤設(shè)計(jì)與研究

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【摘要】：由于土壓平衡(EPB)式盾構(gòu)機(jī)施工安全可靠、效率高,因此在隧道和地鐵建設(shè)中得到廣泛應(yīng)用。砂卵石地層是諸多復(fù)雜地層之一,在我國(guó)分布比較廣,具有一定的代表性。本論文以砂卵石地層條件下盾構(gòu)刀盤設(shè)計(jì)為目標(biāo),對(duì)該地層條件下刀盤設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、刀具選型及布置、盾構(gòu)載荷配置等方面進(jìn)行了研究。主要內(nèi)容可歸納為以下五部分。第一部分,分析砂卵石地層的特點(diǎn),結(jié)合該地層工程施工案例,給出砂卵石地層刀盤設(shè)計(jì)要點(diǎn)。第二部分,在分析刀盤的功能和失效形式的基礎(chǔ)上,建立刀盤設(shè)計(jì)基本準(zhǔn)則和刀盤的強(qiáng)度、剛度計(jì)算模型。通過分析,得出云腿和軸承法蘭連接處是刀盤應(yīng)力最大位置,為刀盤性能評(píng)價(jià)提供了依據(jù)。第三部分,首先,在各類盾構(gòu)刀具功能和特點(diǎn)的分析基礎(chǔ)上給出了砂卵石地層刀具選型概要。其次,通過分析刀具破巖機(jī)理,建立切刀和滾刀的受力分析模型。再次,在采用阿基米德螺旋線進(jìn)行刀具布置的前提下,以刀盤受力和刀具壽命為研究目標(biāo),對(duì)基于刀盤受力平衡和刀具磨損量均勻的切刀布置方法進(jìn)行了研究。最后,結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)所用刀盤進(jìn)行切刀布置計(jì)算,計(jì)算結(jié)果和實(shí)際布刀情況相一致,驗(yàn)證了砂卵石地層切刀布置方法的合理性。第四部分,通過對(duì)砂卵石地層條件下刀盤推力和扭矩組成要素的分析,對(duì)盾構(gòu)推力和扭矩計(jì)算模型進(jìn)行優(yōu)化,建立了與地質(zhì)參數(shù)相關(guān)的計(jì)算模型,并與慣用算法進(jìn)行了對(duì)比,結(jié)果表明計(jì)算結(jié)果更加精確。在滿足盾構(gòu)施工要求的前提下有效避免材料的浪費(fèi)。第五部分,首先,利用建立的刀盤強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則對(duì)沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線區(qū)間所用盾構(gòu)刀盤進(jìn)行了強(qiáng)度和剛度性能評(píng)價(jià)。其次,將Pro-E建立的刀盤三維模型導(dǎo)入ANSYS有限元軟件對(duì)其進(jìn)行典型工況的有限元分析,驗(yàn)證刀盤結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在砂卵石地層條件下使用的合理性。
【關(guān)鍵詞】：砂卵石 盾構(gòu)機(jī) 刀盤 載荷計(jì)算
【學(xué)位授予單位】：蘭州交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：U455.43
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 緒論8-14
• 1.1 課題研究背景8-9
• 1.2 土壓平衡盾構(gòu)與國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀9-12
• 1.2.1 土壓平衡盾構(gòu)簡(jiǎn)介9-11
• 1.2.2 土壓平衡盾構(gòu)刀盤研究現(xiàn)狀11-12
• 1.3 本課題的目的和意義12
• 1.4 主要研究?jī)?nèi)容和技術(shù)路線12-14
• 2 砂卵石地層刀盤設(shè)計(jì)準(zhǔn)則建立14-22
• 2.1 砂卵石地層特征14-16
• 2.1.1 砂卵石地層特點(diǎn)14-15
• 2.1.2 砂卵石地層刀盤設(shè)計(jì)要點(diǎn)15-16
• 2.2 刀盤設(shè)計(jì)準(zhǔn)則建立16-21
• 2.2.1 刀盤的失效分析16-17
• 2.2.2 刀盤設(shè)計(jì)強(qiáng)度準(zhǔn)則17-19
• 2.2.3 刀盤設(shè)計(jì)剛度準(zhǔn)則19-21
• 2.3 本章小結(jié)21-22
• 3 砂卵石地層刀具選型及刀具布置22-42
• 3.1 盾構(gòu)常用刀具及砂卵石地層刀具選型22-26
• 3.2 刀具破巖機(jī)理研究26-29
• 3.2.1 切削型刀具破巖機(jī)理26-27
• 3.2.2 滾壓型刀具破巖機(jī)理27-29
• 3.3 刀具破巖受力分析29-31
• 3.3.1 滾刀切削受力模型29-30
• 3.3.2 切刀切削受力模型30-31
• 3.4 砂卵石地層刀盤刀具布置31-41
• 3.4.1 切刀布置基本方法32-36
• 3.4.2 先行刀布置方法36
• 3.4.3 基于刀具磨損量均勻的切刀布置36-38
• 3.4.4 基于刀盤受力平衡的切刀布置38-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 4 砂卵石地層EPB盾構(gòu)刀盤載荷分析42-55
• 4.1 砂卵石地層盾構(gòu)推力分析43-49
• 4.1.1 盾構(gòu)外殼與土體摩擦阻力43-48
• 4.1.2 盾構(gòu)推進(jìn)正面阻力48-49
• 4.2 砂卵石地層盾構(gòu)刀盤扭矩分析49-54
• 4.2.1 刀盤切削時(shí)地層抗力扭矩49-51
• 4.2.2 刀盤正面與土體摩擦阻力矩51-52
• 4.2.3 刀盤側(cè)面與土體摩擦阻力矩52-54
• 4.3 本章小結(jié)54-55
• 5 基于工程實(shí)例的刀盤實(shí)例分析55-72
• 5.1 工程地質(zhì)情況介紹55
• 5.2 刀盤結(jié)構(gòu)55-57
• 5.3 刀盤刀具布置計(jì)算57-60
• 5.4 刀盤載荷參數(shù)計(jì)算60-63
• 5.4.1 盾構(gòu)推力計(jì)算60-62
• 5.4.2 刀盤扭矩計(jì)算62-63
• 5.5 刀盤強(qiáng)度和剛度分析63-65
• 5.5.1 刀盤強(qiáng)度分析63
• 5.5.2 刀盤剛度分析63-65
• 5.6 刀盤有限元分析65-70
• 5.6.1 模型建立65-66
• 5.6.2 模型導(dǎo)入66-67
• 5.6.3 典型工況分析67-70
• 5.7 本章小結(jié)70-72
• 結(jié)論72-74
• 參考文獻(xiàn)74-76
• 致謝76

【參考文獻(xiàn)】

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