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原文传递地铁盾构掘进参数与地层适应性分析研究

论文题名：	地铁盾构掘进参数与地层适应性分析研究
关键词：	盾构隧道;掘进参数;物理力学指标;统计分析;有限元数值模拟
摘要：	地铁在盾构掘进的过程中，其掘进参数受到掘进周边地层条件及环境的影响，产生不同的变化。由于不同地层的岩土物理力学性质存在不同，其掘进参数也会发生变化。通过对盾构掘进参数与不同地层条件的适应性研究，可提高盾构施工的效率，确保施工安全。　　本文分别选取深圳地铁5号线民治站至五和站区间和上海地铁18号线沈梅路至繁荣路区间为研究对象，运用数理统计方法，对盾构施工掘进参数和岩土物理力学指标进行统计，分析了不同地层条件下盾构机主要掘进参数与主要岩土物理力学参数之间的变化规律。并利用MidasGTS对盾构掘进进行模拟分析和数值计算，进一步研究和验证地铁盾构掘进参数与不同地层适应性规律。主要研究内容如下：　　(1)选取刀盘扭矩、刀盘转速、掘进速度和盾构机总推力这4个关键的掘进参数和盾构机穿越地层的天然含水量w、重力密度γ、压缩模量Es、内摩擦角φ和粘聚力c等5个物理力学指标进行相关性统计分析，得到深圳地铁5号线民治站至五和站区间风化花岗岩复合地层中地铁盾构掘进参数与地层适应性统计规律。　　(2)由于盾构机穿越的残积土地层物理、力学性质的变化，盾构机的刀盘转速、刀盘扭矩、掘进速度、总推力等掘进参数在不同的地层有不同程度的波动。在穿越花岗岩地层和复合地层的过程中，刀盘扭矩、总推力和掘进速度的曲线有明显的较大波动。在穿越两个不同地层的边界时，刀盘转速发生明显变化，而在由砾质粘性土构成的地层中进行盾构掘进时，刀盘转速又趋于一个相对稳定的波动状态。　　(3)选取刀盘扭矩、掘进速度、总推力，土仓压力这4个关键的掘进参数及盾构机穿越地层的掘进参数与物理力学指标进行相关性统计分析，得到上海地铁18号线沈梅路～繁荣路区间软土地层中地铁盾构掘进参数与地层适应性性统计规律。　　(4)软性粘土天然含水量高，强度低，内摩擦角小。在软土地层中进行盾构掘进时，刀盘扭矩和掘进速度均稳定在一个范围变化，该区间为软性粘土的大面积覆盖区间，土层相对均一，因此，掘进参数受环境的影响较小，变化相对平缓。与硬岩层相比，盾构掘进所需的推力明显减小，掘进扭矩减小，掘进速度较小且不稳定。考虑到软土的地层特性，采用低推力、低转速、低速度推进。　　(5)随着土压增大盾构推进对前方土体的影响区域增大，前方挤压扰动区的位移明显增大。盾构在掘进过程中对下部土体的影响相对较小，盾构底部土压力增加最小，盾构中轴线上方土压力增量最大。　　(6)利用MIDASGTS进行有限元数值模拟，模拟盾构在不同地层条件下的参数变化，与实测数据进行比较，结果显示盾构掘进参数与物理力学指标的变化趋势大致一致。
作者：	龚姝华
专业：	车辆工程
导师：	曹权
授予学位：	硕士
授予学位单位：	上海应用技术大学
学位年度：	2020