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复合地层土压平衡盾构掘进适应性评价

姚乐  
【摘要】:土压平衡盾构具有安全可靠、技术先进等优势,目前已被广泛应用于城市地铁、越江通道及地下管线等隧道工程施工中。由于我国幅员辽阔,各地的地质条件错综复杂,盾构在不同地层中掘进效果差别巨大,因此土压平衡盾构掘进的适应性评价成为亟待解决的问题。本文针对我国华南地区广泛分布的复合地层,开展了土压平衡盾构的适应性研究,研究成果具有重要的理论意义和实用价值。 本论文的主要研究内容和取得的成果如下: (1)调研了国内外土压平衡盾构应用的现状,提出了目前土压平衡盾构适应性研究中存在的问题,对土压平衡盾构适应性的含义和适应性评价方法进行了总结和分析。结合土压平衡盾构适应性评价的特点,通过对各种评价方法优缺点的比较,提出运用模糊综合评价法对土压平衡盾构适应性进行评价的思路。 (2)通过分析影响土压平衡盾构适应性的各种因素,运用层次分析法得到各影响因素的权重,进而约简得到土压平衡盾构适应性评价指标。考虑盾构设计、盾构施工、地层条件三个方面建立了包括目标层、准则层和指标层的土压平衡盾构适应性评价指标体系。其中,目标层为土压平衡盾构适应度D。准则层由盾构设计P1、盾构施工P2、地层条件P3构成。指标层中盾构设计指标包括总推力设计u1、刀盘扭矩u2、开口率设计u3、螺旋输送机出渣量设计u4、刀具间距设计u5;盾构施工指标包括土仓压力u6、注浆压力u7、盾尾间隙u8;地层条件指标包括软硬不均复合地层u9、球状风化孤石u10。 (3)为了解决不同评价指标的公度性问题,基于模糊数学方法并考虑各指标的属性构建了全部评价指标隶属函数。通过工程反馈和咨询专家意见,并结合层次分析法和模糊综合评价法构建了土压平衡盾构适应性评价模型,提出了复合地层土压平衡盾构适应性评价方法。 (4)以深圳地铁11号线车公庙-红树湾和南山-前海湾盾构区间为依托,采用所提出的方法对我国首台自行设计的Φ7m复合式土压平衡盾构适应性进行了评价,评价结果表明该盾构机在这两个区间的适应度为“适应”。目前,该两区间均已顺利贯通,现场盾构施工情况表明,该盾构机的选型和设计是合理的,这也证明本文所提出的适应性评价方法有效。


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