城市轨道交通双护盾TBM施工掘进参数研究

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1、国内图书分类号：U25密级：公开国际图书分类号：西南交通大学研究生学位论文城市轨道交通双护盾TBM施工掘进参数研究年级2015级姓名何俊男申请学位级别工程硕士专业地质工程指导老师王玉锁副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U25U.D.C:SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYOFTUNNELINGPARAMETERSOFTHEDOUBLESHIELDTBMINURBANRAILTRANSITGrade:2015Candidate:HeJunnanAcademicDegreeAppliedfor:Mastero

2、fEngineeringSpeciality:GeologicalEngineeringSupervisor:Prof.WangYusuoMay.2018西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密□，在年解密后适用本授权书；2．不保密□√，使用本授权书。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导老师签名：

3、日期：日期：西南交通大学硕士学位论文主要工作（贡献）声明本人在学位论文中所做的主要工作或贡献如下：（1）以青岛地铁2号线双护盾TBM施工为背景，基于摩尔-库伦屈服准则，根据3D撑靴撑力、刀盘推力及扭矩等掘进参数与围岩相互作用的力学协调性，利用FLAC数值模拟技术，研究硬岩、软岩条件下适合的掘进参数，得到不同围岩条件下适应的撑靴撑力，刀盘推力及扭矩等掘进参数，并讨论双护盾TBM在不同围岩条件下的掘进模式转换。3D（2）采用离散元颗粒流软件PFC建立强风化花岗岩（Ⅴ级）条件下的多滚刀作用下的破岩模型，对强风化花岗岩的宏观参数和细观参数进行匹配，并分析在多滚刀作用下滚刀破岩时滚刀的荷载变化规

4、律及岩石裂纹的生成和扩展；分析不同刀刃宽度和滚刀间距对滚刀法向受力的变化规律，提出了一种基于离散元颗粒流方法的滚刀破岩数值模拟方法。（3）对青岛地铁2号线不同围岩条件下双护盾TBM施工的现场实测掘进参数进行统计分析，得到不同围岩条件下的现场实测的TBM掘进参数范围，并研究掘进参数之间的相关性特征；对掘进参数和岩石坚硬程度（单轴饱和抗压强度）进行回归拟合分析，得到掘进参数与岩石坚硬程度（单轴饱和抗压强度）的拟合曲线。本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做

5、出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明。本人完全了解违反上述声明所引起的一切法律责任将由本人承担。学位论文作者签名：日期：西南交通大学硕士研究生学位论文第I页摘要TBM在城市轨道交通中的应用越来越广泛，由于城市地下工程地质条件的复杂性，不同的围岩条件下TBM施工掘进参数的选择对刀盘滚刀能否有效破岩，TBM掘进模式的选择以及掘进效率具有重要影响，因此，研究双护盾TBM掘进参数及掘进模式为今后类似工程采用TBM施工过程中掘进参数的设定以及刀盘的选型、设计具有非常重要的参照和指导意义。本文以青岛地铁2号线为背景，采用离散元颗粒流和有限差分法对TBM施工参数及掘进模式开展研究，并整理和分析

6、青岛地铁2号线实测掘进参数。主要研究成果如下：3D（1）利用拉格朗日有限差分方法（FLAC），从双护盾TBM正常掘进情况下的刀盘推力、撑靴撑力、岩石坚硬程度（单轴饱和抗压强度）之间需要满足的力学协调性出发，通过对不同围岩条件（Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ）下适合的掘进参数的研究，得到了不同围岩条件下（强风化、中风化、微风化）合适的双护盾TBM施工所需的推力、扭矩、撑靴撑力取值范围，讨论了双护盾TBM在不同围岩条件下应采用的掘进模式。3D（2）利用三维离散元颗粒流方法（PFC），针对青岛地铁2号线强风化花岗岩（Ⅴ级）围岩条件，通过三轴试验校准得到与岩石宏观物理力学性质一致的细观参数；建立多滚刀作用下的

7、破岩模型，分析多滚刀作用下的刀具荷载变化规律和裂纹扩展规律；建立不同滚刀间距、刀刃宽度组合的破岩模型，分析不同刀刃宽度和滚刀间距对滚刀法向受力的变化规律，得到推力的取值范围，并与实测强风化花岗岩条件下滚刀推力的数值进行对比验证；提出了一种基于离散元颗粒流方法的滚刀破岩数值模拟方法。（3）对青岛地铁2号线不同围岩条件下双护盾TBM施工的现场实测掘进参数进行统计分析，得到不同围岩条件下的现场实测的TBM掘进参数范围，并研究掘进参数之间的相关性特征；