软硬交互地层下EPB盾构机刀盘结构优化设计

【摘要】：盾构施工法作为隧道施工的主要施工法,在我国的隧道建设中占有举足轻重的地位,但是在某些复合地层中使用盾构法施工时,经常会出现刀盘损坏或刀具偏磨等问题。本文针对济南地铁九标段施工项目,以刀盘为主要研究部件,分析刀盘在复合地层下的受力情况,总结各种工况下刀盘的掘进参数,根据分析结果总结对刀盘结构的优化方案,从而解决济南地铁施工过程中遇到的实际问题。本文的主要研究成果为如下几个方面:(1)介绍了土压平衡盾构机刀盘扭矩计算的主要方法,综合分析了每种方法的适用条件,并对每一种计算方法做出了相应的评价。(2)本文通过对盾构机外部载荷计算的理论分析,明确了根据隧道结构参数、地质参数确定盾构上部土压、下部土压,盾构侧压力等外载荷计算参数。(3)本文提出了复合地层中存在的一种特殊工况,定义为偏载工况。利用ANSYS软件对刀盘结构件在该工况下进行受力分析,找到其受力变形较大的位置,通过结构优化的方式分散应力集中位置的受力,提高刀盘结构件的强度和刚度。(4)通过对刀盘静力学分析的结果,总结滚刀的布置方式,对刀盘的滚刀布置方面进行了改进,改进后的刀盘具有滚刀间距更小,适合该项目的高强度岩层的切削,更提高了刀盘的刚度,尽量避免在施工中出现较大程度的变形。论文研究结果对工程技术人员在进行盾构刀盘设计时具有参考价值。