不同工作模式下TBM试验台撑靴与围岩接触均匀性仿真分析

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1、分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________全日制专业学位硕士论文不同工作模式下TBM试验台撑靴与围岩接触均匀性仿真分析学位申请人：王超飞学科专业：机械工程指导教师：徐尤南教授答辩日期：独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文

2、中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解

3、密后遵守此规定，本论文无保密内容。学生本人签名日期校内导师签名日期校外导师签名日期摘要不同工作模式下TBM试验台撑靴与围岩接触均匀性仿真分析摘要TBM是集机电液光一体化的大型高技术工厂化复杂隧道施工作业装备，目前已广泛应用在硬岩掘进隧道建设中。敞开式TBM因具有操作灵活、方便维护且能在推进过程中连续调整主机姿态等优点，因此被广泛运用在我国山体、城市隧道建设中。支撑推进机构是TBM实现连续掘进作业的基础，撑靴作为支撑推进机构中的关键构件，在掘进中与隧洞内壁贴合在一起，利用隧洞产生的支撑反力撑起整机推动刀盘向

4、前掘进。针对撑靴与围岩接触不均所导致侧壁撑不住、整机振动强烈、支撑不稳及隧洞侧壁坍塌等技术问题，通过建立两种工作模式下撑靴与围岩接触模型进行接触均匀性仿真研究。本文研究以新型混联式TBM试验台支撑推进机构为基础，基于以上工程技术问题对撑靴与围岩接触均匀性研究做了如下工作：1.阐述了本论文课题研究背景、TBM施工特点及撑靴与围岩接触不均所导致工程技术问题，对TBM缩尺试验台、支撑推进机构、接触问题及围岩研究现状进行了综述。2.列举了新型TBM试验台所能采用的几种工作模式，根据试验台三维模型，创建了成型隧洞围

5、岩与试验台整机之间力传递路径，对整机及撑靴与围岩接触进行了受力分析。根据围岩轴对称力学模型，获得撑靴及围岩接触面应力、位移表达式。选取了两种典型工作模式，即单一支撑工作模式及双支撑稳固工作模式，根据不同工作模式下撑靴所受支撑推进载荷，分别创建了撑靴与围岩接触模型。3.将两种工作模式下撑靴与围岩接触用均匀性指标进行评价。运用Abaqus软件对两种工作模式下撑靴与围岩接触模型进行仿真分析，并对仿真数据进行处理，归纳了撑靴及围岩接触面应力位移分布图，围岩接触面关键结点应力位移变化规律及均匀性变化曲线图。分析发现

6、，两接触面径向应力、位移受支撑载荷影响较大，切向应力、位移受推进载荷影响较大，得到了两种工作模式下支撑推进最优协同载荷，且撑靴两推进液压缸夹角、变化对撑靴与围岩接触均匀性几乎无影响，为优化支撑推进机构提供了参考。4.基于两种工作模式下围岩接触面应力位移分布及均匀性变化，对两种模式下撑靴与围岩接触进行对比。分析发现，在相同地质岩层情况下，双支撑稳固工作模式下撑靴与围岩接触比单一支撑工作模式更均匀。关键词：TBM，撑靴与围岩接触，支撑推进机构，仿真分析，均匀性分析IAbstractSIMULATIONAN

7、ALYSISOFUNIFORMITYINTHECONTACTOFBOOTSWITHROCKONTBMTESTBEDUNDERDIFFERENTWORKINGMODESABSTRACTTBMisalargeandhightechnologycomplextunnelconstructionequipmentequippedwithmechatronicsandelectro-hydraulicintegration.Ithasbeenwidelyusedintheconstructionofhardrock

8、tunneling.OpenTBMiswidelyusedinmountainandcitytunnelconstructionbecauseofitsadvantagesofflexibleoperation,convenientmaintenanceandcontinuousadjustmentofhostpostureintheprocessofpropulsion.Supportingandpropellingmech