基于SMP准则的土压平衡盾构刀盘扭矩计算研究

由于目前的刀盘扭矩计算公式中没有考虑土体中间主应力的效应,使其理论计算值较实际偏小幅度过大。为此,笔者通过松岗-中井(SMP)准则引入中间主应力对常规三轴试验测得的内摩擦角进行修正,同时对内摩擦角修正前后的数值予以了比较,结果发现,改进后的内摩擦角与原来相比最大可提高约13%。将修正后的内摩擦角代入扭矩计算公式中,得到了土压平衡盾构刀盘扭矩计算修正模型。并针对600 mm模拟土压平衡盾构掘进机进行刀盘扭矩计算及其试验验证,结果表明,该模型的计算结果与试验测得值相吻合,与未考虑中主应力的理论相比其值增加了17%,提高了理论计算结果的精度。     

土压平衡盾构刀盘扭矩的理论计算研究

为了能够更好的满足施工要求,从分析土压平衡盾构刀盘扭矩的影响因素入手,得到了刀盘扭矩计算模型,通过计算研究,并与工程实测值予以对比,显示了其优越性。     

复杂地层土压平衡盾构推力和刀盘扭矩计算研究

千斤顶推力、刀盘扭矩是盾构设计制造及掘进的重要控制参数。通过对盾构推进过程中盾构与围岩相互作用规律的分析,系统分析了土压平衡盾构总推力、刀盘扭矩的影响因素。提出了考虑刀盘挤土效应及土舱内压力分布模式影响的推力计算修正公式,及综合考虑了刀盘挤土效应与开挖面土体渗透性的刀盘扭矩计算修正公式。通过对深圳地铁二号线香香区间掘进载荷实测数据的分析,对修正公式在复杂地质条件下的适应性进行了验证。该修正公式对复杂地层中土压平衡盾构掘进载荷的确定有一定的指导意义,可用于盾构刀盘装备扭矩设计和施工参数的预测。     

土压平衡模型盾构掘进试验研究

土压平衡盾构掘进是软土地区地铁隧道施工的主要方法之一,然而,它在不同的土层中的适应性是不一样的。为研究土压平衡盾构机的盾构施工参数以及刀盘开口率对土层的适应性,在新建立的大型盾构模拟试验平台上,利用直径为1.8m的土压平衡模型盾构机在软土、砂土、砂砾土层中进行了盾构掘进模拟试验。试验平台的监测系统实时采集了盾构推进过程中的各种工作参数,通过分析试验数据,本文尝试对盾构掘进过程中土舱内外土压力的相关关系、刀盘扭矩和推力的变化及其影响因素进行了试验研究,还研究了不同刀盘开口率对盾构总推力和刀盘扭矩的影响规律,研究结果对土压平衡盾构机的设计和施工具有参考意义。     

砂性土层盾构掘进面前土体改良现场试验

针对土压平衡盾构在砂性土层掘进时常面临的闭塞、喷涌、刀具严重磨损、掘进速度过慢及刀盘扭矩过大等难题,依托上海某盾构在高含砂率砂性土层中掘进的工程实例,在盾构掘进面前方掺加肥皂水、泡沫剂进行现场试验,通过试验前后盾构施工参数的反馈分析结果,确定出土体改良最佳方案。将试验成果应用于相似地层,通过长距离改良前后掘进速度、刀盘扭矩以及刀具磨损变化来检验试验成果。研究结果表明:肥皂水改良效果不明显,泡沫剂改良效果优于肥皂水,适量浓度泡沫剂能大幅度提高掘进速度、降低刀盘扭矩和减少刀具损耗。     

土压平衡盾构刀盘扭矩计算方法与多因素量化分析

 刀盘扭矩是设计刀盘驱动的关键参数,是设计经济型盾构、决定盾构是否高效率掘进必不可少的参数之一。以土压平衡盾构为背景,在充分理解刀盘与土体相互作用的基础上,分析影响刀盘扭矩的7个因素,并基于现场测试和理论分析分别推导出各因素的计算模型。同时,以土耳其伊兹密尔地铁和伦敦机场隧道为例,通过与实际测得的刀盘扭矩对比分析,验证理论模型的准确性,所构建的计算模型可适用于黏性土和非黏性土地层中。对各影响因素进行量化分析,分析表明刀盘各面与地层的摩擦阻力扭矩约占总扭矩的80%,其中刀盘与土体的摩擦角、刀盘直径、土体的黏着力以及土仓内的土压支撑强度都是影响刀盘扭矩大小的重要参数。     

盾构土舱压力变化规律测试试验与理论分析

为研究刀盘开口率对盾构土舱内、外压力的影响,利用土压平衡盾构模型机,在多种不同刀盘开口率条件下进行模拟掘进试验,监测刀盘开口处土压力和土舱压力,分析不同刀盘开口率条件下的土舱内、外压力的变化规律,试验结果表明,随着刀盘开口率的增加,土舱压力传递系数逐渐增大,土舱内、外压差逐渐减小。借鉴黏性流体理论,针对盾构施工渣土运动过程中的应力变化建立力学模型,提出土压力变化公式,考虑土体运动过程中的沿程损失和刀盘结构处的局部损失,使计算过程更加贴近于实际状况,可以定量分析刀盘开口率、隧道洞径、土体参数、附加应力等参数对土舱内、外土压力变化的影响。根据该力学公式可得,土体内摩擦角和黏聚力越大,盾构土舱内、外土压力差值越大;盾构刀盘开口率越大、隧道直径越大,盾构土舱内、外土压力差值越小。为确认理论分析的合理性和适用性,将理论计算公式和实际工程的监测数据、离散元模拟结果以及模型试验结果进行了对比分析,进一步论证了计算理论的合理。     

均质地层中土压平衡盾构施工刀盘切削扭矩分析

在盾构的掘削过程中,刀盘切削矩是一个重要的施工参数,它不仅决定着施工的难易程度,而且还影响着盾构顶进推力、推进速度、刀盘转速、驱动功率等参数。应用数学和力学方法,从土压平衡盾构刀盘的切削工作机理入手,研究刀盘扭矩的计算方法及其影响因素;随后,开展了土压平衡盾构的掘削模型试验,研究在不同埋深、不同刀盘开口率、不同转速以及不同推进速度时刀盘扭矩的变化规律,对前述理论研究成果加以验证,并取得了较为满意的结果。     

土压盾构刀盘力矩计算和实例机理分析

盾构刀盘扭矩参数和实际运行参数是盾构技术的核心,关系到使用中盾构的掘进成败。论文结合刀盘扭矩理论,对刀盘制约扭矩的因素进行量化,导出各扭矩分量的计算公式,通过建模分析,探究刀盘各部分扭矩的区别和设计控制要领,结合实际案例验证了扭矩解析的正确性,从理论和实际的对比,对施工地层的关键性因素数据进行控制,并进行了盾构刀盘、外壳、土舱、开口率、刀盘电机等关键部件的设计,具有实际的指导意义。     

土压平衡盾构刀盘开口率选型及其对地层适应性研究

刀盘开口率是土压平衡盾构选型时要确定的重要指标。分析了刀盘开口率对出土率的影响,提出了定量分析刀盘开口率对地层适应性的计算方法,该方法能很好地解释土压平衡盾构在砂性土中模拟掘进时出土率异常的现象。根据该计算理论,盾构推进时某种开口率的刀盘所能达到的最大出土率是一定的。因此,盾构的刀盘开口率不能小于能够保证盾构正常推进达到100%出土率时的开口率,否则将会产生出土困难,造成总推力和刀盘扭矩急剧上升;刀盘开口率也不宜过大,否则,盾构推进时,容易产生开挖面地层损失。应用本文的计算理论,对上海典型土层中土压平衡盾构刀盘选型提出了建议值。