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砂卵石地层土压平衡盾构的适应性研究
| 论文题名： | 砂卵石地层土压平衡盾构的适应性研究 |
| 关键词： | 砂卵石地层;软土地层;盾构施工;掘进机理;隧道工程 |
| 摘要： | 鉴于砂卵石地层与普通软土地层和复合地层EPB掘进存在的差异，本文通过理论分析计算、实测数据及室内试验、实例研究等多种方法对砂卵石地层中EPB的适应性进行了研究。主要研究工作如下： 根据砂卵石地层的成因、主要特点及砂卵石地层和一般的软土的物理力学特征的差异。结合砂卵石地层中的EPB施工案例，分析了在该地层中EPB掘进的主要问题。提出了EPB掘进的“土仓应力规则系数”、“土仓前后水平应力比”、工作面“土压支撑率”及推力油缸的“推力不协调度”的概念，并建立了各指标的计算方法。 根据盾构掘进的实际情况，对掘进过程进行简化，对EPB掘进过程采用了离散元方法计算分析。分别对EPB掘进的“盈压状态”、“理想平衡状态”及“欠压状态”三种情况进行了计算。计算主要结论如下： (1)在“盈压状态”下EPB的土仓应力分布呈现沿竖向的不均匀分布的特点。“土仓应力规则系数”R2的值仅为0.5左右，远小于在软土地层中的0.9。同时也发现，土仓内的水平应力分布在中部出现“凸起”现象，说明了土仓中部易发生渣土的结块问题。 (2)土仓前后应力分布特点主要为，面板前方的水平应力普遍高于土仓后部压力隔板的水平应力。土仓前后应力比在刀盘面板对应部分较大，刀盘开口部分比值相对较小。一方面说明了靠压力隔板上的应力来控制工作面的控制平衡应力是不合适的。另一方面说明了刀盘面板的存在是发生应力比增大的主要原因。 (3)砂卵石地层中的面板式EPB的土压支撑率只有40％左右，远低于软土地层中的90％。计算表明，盈压率越高，土压支撑率越低，渣土流动性愈差，土压支撑率愈低。在砂卵石地层中应尽量增大土压支撑率，以减小盾构的消耗和提高掘进效率。 根据掘进机理及特点提出了EPB在该地层的主动性适应方法。从刀盘开口形式、主轴承设计、开口率及厚度、同步注浆系统、刀具设计、刀盘扭矩的功率配备等方面提出了适应性的设计方法。 根据砂卵石地层EPB掘进机理及实际掘进情况，得到了对掘进速度及刀盘扭矩影响的因素。采用主要影响参数建立了掘进速度及刀盘扭矩的回归模型。根据模型分析了对掘进速度及刀盘扭矩起影响因素的程度。为掘进速度及刀盘扭矩的优化提供了参考，并为建立施工参数的优化模型提供了基础。 针对EPB在砂卵石地层的实际施工的需要，提出了一套渣土管理的流程方法，并针对性的开发了一套配套的室内试验方案。 最后，对本研究方向需要进一步研究的工作做了探讨。 |
| 作者： | 宋天田 |
| 专业： | 道路与铁道工程 |
| 导师： | 周顺华 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学交通运输工程学院 |
| 学位年度： | 2008 |
| 正文语种： | 中文 |
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