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2023/04总第566期
砂卵石地层盾构刀具切削过程数值模拟分析
1,2111,3
何恩光,袁浩洋,周鹏,齐鹏
(1.沈阳建筑大学机械工程学院,辽宁沈阳110168;2.全断面掘进机国家重点实验室,辽宁沈阳110141;
3.沈阳盾构设备工程有限公司,辽宁沈阳110141)
[摘要]为了研究盾构在砂卵石地层切削效率的影响因素,依托沈阳地铁9号线朗日街站-浑南大道
站区间隧道工程,对先行刀与刮刀组合切削砂卵石地层进行数值模拟分析,研究贯入度、刀盘转速以及
刀具高差对组合刀具切削效率的影响。经分析可知:贯入度、刀盘转速和组合刀具高差对切削效率影响
显著,对于砂卵石地层,为提高盾构掘进速度可以采用40~50mm/r的贯入度,施工过程中刀盘转速一般
应控制在2r/min以下,刀盘组合刀具的高差设计值应在35~50mm之间选取。
[关键词]砂卵石地层;盾构刀具;贯入度;刀盘转速;刀具高差
[中图分类号]U455.43[文献标识码]A[文章编号]1001-554X(2023)04-0051-10
Numericalsimulationanalysisofcuttingprocessofshieldmachinetool
insandygravelstratum
HEEn-guang,YUANHao-yang,ZHOUPeng,QIPeng
盾构法施工以其施工进度快、施工质量好、裂纹的生成和扩展及切屑力在整个切削过程中的
自动化程度高、施工安全等特点,越来越广泛的变化[8];杜志国对切刀切削粘土和软岩进行了有
应用到城市地铁、轨道交通、引水等工程建设当限元仿真,得出了切深和安装前角对切削力的影
中[1]。盾构是盾构工法的主要设备,刀具作为盾构响[9];谭青等采用颗粒流建立了岩石与切刀的二
[2]
的重要部件,在掘进过程中起着关键的作用。维模型,并对切刀破岩过程的影响因素进行了分
砂卵石地层是盾构工法适应性较差的一类地层,盾析[10];蔡宝等从刀群切削效果角度研究了刀盘刀
构在该类地层中掘进时往往会出现掘进效率低、刀具布置的合理性,采用切刀群和滚刀群的动态切削
具磨损大、地层表现超限等问题。只有摸清砂卵石模拟方法,将切削重叠量、装配内偏角、布刀方式
地层盾构刀具切削、磨损机理,才能对解决上述问作为研究对象,对切削效率及刀盘受载情况进行了
题提供帮助[3]。研究[11];杨成等建立了盾构刀具砂卵石地层的破
国内外专家针对盾构刀具岩土切削过程做了岩计算模型,以切刀速度、切削深度、切刀间距、
[12]
诸多研究。江华等探究了盾构先行刀在砂卵石地层刀具前角为变量对破岩效果进行了对比分析;
中切削时的影响因素[3];Susila等完成了静力触探张晋勋等针对砂卵石地层盾构长距离掘进工程特
贯入加固砂土问题的研究[4];Abo-Elnor等在砂土点,提出了先行刀多维度梯次布置的设计理念[13];
模型中预定义水平和垂直失效面,采用一种亚塑性江华等通过PFC3D数值模拟研究了刀盘开口率、先
本构模型进行了动态土体切削三维有限元分析,行刀刀间距等参数对盾构掘进效率及地层变形的影
[5][14]
并研究了刀具参数对切削力的影响;Karmakar
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