基于功率鍵合圖法盾構(gòu)掘進(jìn)相似性及試驗(yàn)技術(shù)研究.pdf

1、盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)作為一種地下隧道工程的現(xiàn)代化重大工程裝備，集液壓、機(jī)電控制、材料、計(jì)算機(jī)等技術(shù)于一體，并具有自動(dòng)化程度高、施工速度快、對地面建筑物的影響少等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于地鐵、公路、市政、水電隧道等工程建設(shè)。但由于盾構(gòu)掘進(jìn)機(jī)國內(nèi)與國外的發(fā)展水平相差甚多，國內(nèi)在盾構(gòu)制造與盾構(gòu)掘進(jìn)技術(shù)研究方面尚且不足，由于施工現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)需要承擔(dān)巨大的風(fēng)險(xiǎn)以及過多的經(jīng)濟(jì)投入，因此模擬試驗(yàn)臺技術(shù)是研究盾構(gòu)技術(shù)的重要技術(shù)手段，通過在模擬試驗(yàn)臺上的試驗(yàn)研究最后指導(dǎo)

2、實(shí)際的盾構(gòu)施工。模擬試驗(yàn)臺是經(jīng)過實(shí)際盾構(gòu)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及液壓系統(tǒng)簡化后得到的，所以兩系統(tǒng)間的相似性的研究則為試驗(yàn)臺上進(jìn)行的試驗(yàn)指導(dǎo)施工的可靠性提供了保障。
　　本文通過對實(shí)際盾構(gòu)系統(tǒng)的研究通過簡化實(shí)際盾構(gòu)系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)并對實(shí)際盾構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)行一定的結(jié)構(gòu)簡化，通過理論計(jì)算以及三維模型的建立最后完成了縮尺盾構(gòu)模擬試驗(yàn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)。完成了試驗(yàn)臺的加工、搭建與調(diào)試工作。并根據(jù)要求編寫完成了上位機(jī)的人機(jī)交互界面和下位機(jī)的控制程

3、序。
　　第一章為緒論部分，首先介紹了盾構(gòu)的工作原理以及國內(nèi)外的發(fā)展概況，其次介紹了模擬試驗(yàn)臺技術(shù)國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r以及土體擾動(dòng)的研究手段介紹，最后介紹了相似性研究的發(fā)展概況，重點(diǎn)介紹了相似性研究的擴(kuò)展廣義相似理論以及該理論的研究手段-功率鍵合圖法的基本概念。
　　第二章設(shè)計(jì)完成了土箱模擬系統(tǒng)以及盾構(gòu)系統(tǒng)。其中土箱模擬系統(tǒng)包括加載液壓系統(tǒng)以及箱體的設(shè)計(jì)，盾構(gòu)系統(tǒng)包括推進(jìn)系統(tǒng)、刀盤驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、螺旋輸送機(jī)系統(tǒng)的控制液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及

4、三個(gè)系統(tǒng)的支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。搭建調(diào)試了已經(jīng)設(shè)計(jì)完成的縮尺盾構(gòu)模擬試驗(yàn)臺，在調(diào)試的過程中不斷的修正試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)，并完成了試驗(yàn)臺需要的軟件設(shè)計(jì)，包括LabVIEW、PLC程序的編寫。開展了施工環(huán)境的模擬試驗(yàn)、閉環(huán)開環(huán)不同控制策略下的推進(jìn)試驗(yàn)、刀盤推進(jìn)過程中指定點(diǎn)的土體擾動(dòng)試驗(yàn)、土壓平衡試驗(yàn)。
　　第三章利用量綱分析法分析了盾構(gòu)土體間的作用得到了盾構(gòu)土體系統(tǒng)的相似準(zhǔn)則，在ANSYS中建立以土箱作為邊界條件下的土體在不同加載壓力下的變形以土

5、體的應(yīng)力分布。得到覆土深度與加載壓力間的相似關(guān)系;其中，土體的性質(zhì)通過土體試驗(yàn)測得。并在試驗(yàn)臺上展開了相應(yīng)的試驗(yàn)，得到了土體在不同加載壓力下的應(yīng)力分布。分別利用了方程分析法以及功率鍵合圖法建立了盾構(gòu)系統(tǒng)這一復(fù)雜耦合多能域系統(tǒng)的相似準(zhǔn)則，并最終確立了相似比。
　　第四章分析了盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程引起的土體變形，并通過利用ANSYS軟件模擬了實(shí)際盾構(gòu)在掘進(jìn)過程中土體的擾動(dòng)情況。并在模擬試驗(yàn)臺上展開了土體擾動(dòng)試驗(yàn)，一定土體加載壓力下，設(shè)定盾