泥巖砂巖交互地層越江隧道盾構(gòu)掘進(jìn)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(jìn)作為研究對(duì)象，根據(jù)國(guó)內(nèi)外相關(guān)的理論研究成果和工程實(shí)踐，以重慶主城越江隧道盾構(gòu)掘進(jìn)施工為工程背景，利用現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、理論分析及數(shù)值模擬等手段對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)效能進(jìn)行了全面、系統(tǒng)地研究，并結(jié)合實(shí)際工程對(duì)本文的研究思想進(jìn)行了應(yīng)用研究，取得了一系列有益于理論和實(shí)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(pán)與開(kāi)挖面相互作用的基本原理，深入分析了盤(pán)形滾刀的拉裂破巖機(jī)理，建立了盤(pán)形滾刀對(duì)巖石加載的

2、簡(jiǎn)化力學(xué)模型，并采用有限元模型進(jìn)行了驗(yàn)證；同時(shí)搭建了盾構(gòu)掘進(jìn)效能分析、預(yù)測(cè)與控制研究的理論框架，并分析了盾構(gòu)掘進(jìn)效能的影響因素。 (2)設(shè)計(jì)了盾構(gòu)掘進(jìn)效能研究的綜合試驗(yàn)方案：采用正交試驗(yàn)技術(shù)對(duì)泥巖砂巖交互地層盾構(gòu)掘進(jìn)試驗(yàn)進(jìn)行了精心設(shè)計(jì)，獲取了盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)及刀具作用力變化的隨機(jī)時(shí)間序列；采用便攜式點(diǎn)荷載強(qiáng)度儀對(duì)切割巖渣進(jìn)行了點(diǎn)荷載強(qiáng)度試驗(yàn)，獲得了詳細(xì)的強(qiáng)度參數(shù)；利用游標(biāo)卡尺和篩分設(shè)備對(duì)切割巖渣進(jìn)行巖片尺寸測(cè)試和粒徑分布試驗(yàn)，為盾構(gòu)

3、掘進(jìn)效能分析提供了大量的研究數(shù)據(jù)。 (3)基于掘進(jìn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法研究了盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)(刀盤(pán)扭矩、推力、切深及掘進(jìn)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(jī)過(guò)程理論，對(duì)刀具與巖石相互作用力進(jìn)行了時(shí)域和頻域分析，揭示了盾構(gòu)刀盤(pán)與開(kāi)挖面相互作用的本質(zhì)規(guī)律和隨機(jī)特性，為盾構(gòu)掘進(jìn)效能分析與控制提供了有力的理論支持。 (4)運(yùn)用回歸分析方法，研究了主要影響因素與掘進(jìn)效能之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，建立了切深及掘進(jìn)

4、速率的預(yù)測(cè)模型；基于篩分試驗(yàn)對(duì)不同地層條件下的巖渣粒徑分布規(guī)律進(jìn)行了研究，建立了粒徑分布的數(shù)學(xué)模型，分析了掘進(jìn)參數(shù)與巖渣粒徑分布、切割能量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系；同時(shí)分析了刀盤(pán)扭矩和推力在不同地層條件下的操作關(guān)系，研究了不同地層條件下的盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)匹配特性及掘進(jìn)方案，為現(xiàn)場(chǎng)盾構(gòu)掘進(jìn)提供了理論指導(dǎo)。 (5)運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)方法建立了隧道圍巖及盾構(gòu)掘進(jìn)狀態(tài)模糊判別模型和巖石可切割性模糊識(shí)別模型，為盾構(gòu)掘進(jìn)施工提供了一種實(shí)時(shí)地質(zhì)預(yù)報(bào)方法；另外，基

5、于最優(yōu)刀間距和刀盤(pán)切割比能分析，提出了盾構(gòu)掘進(jìn)動(dòng)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(jìn)的最優(yōu)模糊控制模型，并成功地應(yīng)用于盾構(gòu)掘進(jìn)施工。 (6)建立了盾構(gòu)刀盤(pán)與開(kāi)挖面相互作用的多彈簧支點(diǎn)三維力學(xué)模型，提出了刀盤(pán)與巖石相對(duì)剛度的概念，并利用ANSYS程序?qū)ζ溥M(jìn)行了蒙特卡羅有限元分析。分析了刀盤(pán)與巖石相對(duì)剛度對(duì)二者相互作用力的影響，并與實(shí)測(cè)值和簡(jiǎn)化計(jì)算方法的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，為盾構(gòu)刀盤(pán)設(shè)計(jì)和掘進(jìn)施工提供了可資借鑒的有益結(jié)論。