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自行走式掘进机转弯反力与增阻块高度、环数关系的研究

张延钦  
【摘要】:近年来,随着城市化进程的加快,广泛合理地利用地下空间成为21世纪城市发展的主题之。盾构法和顶管法作为两种主要的非开挖技术,在地下工程施工中已经发挥出越来越重要的作用,但这两种技术的缺点与不足也日益明显,其前进均依赖管片或后背座等人工构造物为其提供前行反力,常难以满足长距离、急曲线地下工程的要求,因此急需一种能急曲线转弯、自行走的掘进机。本文对原掘进机进行了改进设计与加工,对改进型自行走式掘进机进行了现场转弯试验的研究。 论文介绍了目前非开挖技术中盾构机和顶管机的研究现状,围绕盾构机和顶管机的转弯机理展开研究,提出了自行走式掘进机的转弯机理及实现方式。通过掘进机转弯反力的理论分析,推导出管节在转弯过程中的顶推力计算公式,并计算出掘进机在不同转弯角度条件下所需的理论推力值。在现场试验过程中,增阻块的撑起高度、撑起环数、不同环数的组合方式、测量控制与纠偏措施、超挖量等是影响掘进机转弯行走的主要因素。确定这些因素为主要研究内容,从而得出转弯过程中的推拉力关系及对周围土体的影响,控制掘进机正常转弯行进。研究采用现场试验的方法,对改进型自行走式掘进机的行走过程划分为五个阶段,对这五个阶段分别采集数据,并对这些数据进行成果分析,研究不同阶段掘进机行走的推拉力关系以及完全自行走阶段增阻块最佳组合方式。 研究得到以下结论: (1)掘进机第一节前进需要3t左右的推力,第二节前进需要12t左右的推力,第三节前进需要13.2t左右的拉力,第四节前进需要3.8t左右的拉力; (2)增阻块撑起的高度随气压值的增大而增大,当气压达到0.3 MPa时,增阻块已基本达到最大平均撑起高度; (3)增阻块撑起高度越大,能提供的掘进机前行反力也越大,当撑起高度达到55mm时,能提供的前行反力达到14t; (4)增阻块撑起环数越多,能提供的掘进机前行反力也越大,在不同环数组合方式条件下,能提供的掘进机前行反力有所不同,第三节撑起第四、五、六环增阻块是最佳组合方式; (5)掘进机转弯行走过程中要实时进行测量控制,发现偏差应及时纠偏,必要时可采取辅助纠偏措施; (6)掘进机转弯过程中超挖量的大小可参考曲线顶管施工的公式计算。


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