砂卵石地層盾構刀具切削機理及其套用研究

《砂卵石地層盾構刀具切削機理及其套用研究》是依託北京交通大學，由袁大軍擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：砂卵石地層盾構刀具切削機理及其套用研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：袁大軍
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

採用理論研究、室內實驗、模型實驗及現場切削過程和刀具磨損的動態監測等手段，在研究砂卵石與盾構刀具切削相關的物理力學特性的基礎上，研究砂卵石地層盾構刀具切削機理和刀具磨損。包括(1)砂卵石地層合理的切削模式和切削力學模型；(2)砂卵石地層土體性質與刀具磨損的相關關係；(3)刀具形式和配置與刀具磨損關係；(4)盾構掘進參數與刀具磨損的相關數學模型。研究從刀具與土體的相互作用入手，通過理論分析建立砂卵石地層切削力學模型，進行具有不同的砂卵石地層條件（粒徑、級配、密實度）、刀具形式（刀具尺寸、形式、安置角度等）及掘進參數(掘進速度、推力和扭矩等)的切削模型實驗，分析提出砂卵石地層性質與刀具形式、刀具配置的相關關係。建立刀具磨損與掘進參數的相關數學模型，並進行現場動態觀測，合理修正相關理論模型。針對具體工程提出降低刀具磨損方案。為砂卵石地層盾構選型、刀盤刀具設計以及長距離連續安全掘進提供依據。

結題摘要

通過搭建盾構模型試驗平台，進行刀具切削試驗，研究砂卵石地層與刀具切削相關物理力學特性，提出了砂卵石地層盾構刀具切削機理和切削模式，並命名為犁松原理，為類似地層合理配置刀具提供了理論依據；並依託實際工程進行了現場盾構刀具磨損動態監測，研發了超音波動態監測盾構刀具磨損裝置，基於監測數據建立了盾構掘進參數與刀具磨損的相關數學模型。基於顆粒流理論，建立了盾構刀具切削砂卵石地層細管力學模型，研究了不同刀間距、貫入度、地層條件切削效率問題，根據刀具間土體顆粒接觸力的變化，總結歸納出了三種典型的土體耕松模式，三種耕松模式可根據切深和間距不同相互轉化, 耕鬆土體面積也因耕松模式的變化而改變，並提出了耕松效率的概念, 結合相關參數的比較, 選擇出了最優刀間距。結合北京地區砂卵石地層實際工程刀具磨損觀測數據，總結了砂卵石地層刀具磨損規律，並從刀具配置和渣土改良兩個方面提出了耐磨減磨措施，為盾構施工提供了指導。