盾构机密封舱压力分布数值模拟

【摘要】： 随着我国城市建设的不断发展,很多城市都开展了地下铁路的建设。而在施工建设中,EPB盾构机得到了广泛应用。由于在盾构机掘进过程中,无法实时观测掘进工作面的土水压力,因此,给盾构机掘进时有效地控制地表的隆起和沉降带来了困难。需要建立密封舱内土压力场与掘进工作面的土水压力之间的非线性映射关系,通过观测密封舱内土压力场变化,实时预测掘进工作面的土水压力,并且通过控制盾构机的推力(或者推进速度)和螺旋输送机转速,有效地控制盾构机密封舱土压力,进而有效地控制盾构机掘进过程中地表的变形。结合某城市在地铁隧道建设工程,建立了EPB盾构机密封舱的有限元模型,采用ANSYS有限元软件对盾构机密封舱的土压力分布进行了模拟。研究了盾构机密封舱各横截面的土压力分布、刀盘开口率和刀盘旋转对密封舱压力分布的影响以及压力传递系数与刀盘开口率之间的关系。 通过有限元数值模拟,采用Duncan-Chang非线性本构关系在ANSYS软件上对盾构机密封舱土压力场进行了数值模拟。确定了合理的掘进工作面压力,通过在盾构机密封舱承压隔板上采样,得到了各个采样点的土压力分布规律,以及密封舱不同横截面的压力分布。计算结果表明,数值模拟盾构机密封舱隔板压力与现场实际观测值基本一致。建立了32%、52%、72%三种不同刀盘开口率的盾构机密封舱模型,将盾构机密封舱承压隔板压力与掘进工作面压力之比定义为压力传递系数,得到了各种刀盘开口率下的压力传递系数,通过回归分析,得到了压力传递系数和刀盘开口率的关系。