深部挤压地层双护盾TBM卡机控制的数值模拟研究

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1、，单位代码10475104754160765TU45学号分类号硕士学位论文深部挤压地层双护盾TBM卡机控制数值模拟研究国家自然科学基金项目（51608174）河南省科技发展计划项目(162102310603)学科、专业：建筑与土木工程研究方向：隧道工程申请学位类别：工程硕士申请人：高星璞指导教师：温森副教授二〇一八年六月StudyofControlofDoubleShieldTBMjammingbyNumericalSimulationinDeepSqueezingGroundADissertationSubmittedtotheGraduateSchoolof

2、HenanUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringScienceByGaoXingpuSupervisor:AssociateProf.WenSenJune,2018关于学位论文独创声明和学术诚信承诺本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下独立完成的，对所研究的课题有新的见解。据我所知，除文中特别加以说明、标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其他人为获得任何教育、科

3、研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事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。在此本人郑重承诺：所呈交的学位论文不存在舞弊作伪行为，文责自负。学位申请人（学位论文作者）签名：201年月日关于学位论文著作权使用授权书本人经河南大学审核批准授予硕士学位。作为学位论文的作者，本人完全了解并同意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、科研信息机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文（纸质文本和电子文本）以供公众检索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校学术发展和进行学术交流等目的，可以采取影印、缩印、

4、扫描和拷贝等复制手段保存、汇编学位论文（纸质文本和电子文本）。（涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书）学位获得者（学位论文作者）签名：201年月月日日学位论文指导教师签名：201年摘要TBM具有施工安全、快速、环保等优点，目前在世界范围内得到大量应用。当双护盾TBM在深部挤压地层中掘进，常会因地层中赋存的高地应力而出现围岩大变形，当围岩的变形量超出TBM预留的扩挖间隙时，便挤压TBM护盾，严重时导致TBM卡机事故，给工程带来巨大的损失。基于以上原因，为探讨合理的卡机控制措施，运用3DEC建立数值模型，分别研究了施工速度、扩挖间隙、侧压系数、回填层材料变形参

5、数、回填厚度及软填充长度对双护盾TBM卡机控制的影响。主要研究内容和成果如下：（1）考虑隧道的掌子面效应和围岩的流变特性，运用3DEC内置的CVISC粘弹塑性本构建立了围岩-TBM相互作用模型，并采用动态分布开挖的方法模拟了双护盾TBM的开挖过程。（2）采用上述数值模型，分析了施工速度与扩挖间隙的改变对围岩变形量、TBM接触压力以及TBM总阻力的影响规律，并最终确定了其对TBM卡机状态和TBM容许停机时间的影响：提高施工速度和增大扩挖间隙均为有效的卡机控制措施，同时在研究范围内，施工速度和扩挖间隙均存在拐点值，在该拐点值附近卡机控制效果更为明显。（3）探讨了侧压

6、系数、回填材料变形参数、厚度及软填充长度对围岩变形量、TBM总接触压力以及TBM总阻力的影响趋势，研究结果表明：侧压系数越大对TBM卡机控制越不利；弹性模量越大，越有利于隧道的整体稳定性；回填层厚度的增加虽会有利于TBM卡机控制，但施工成本增加，因此需根据工程实际合理选定回填层厚度；软回填长度的增加导致TBM的卡机概率增加。关键词：隧道工程；双护盾TBM；卡机控制；容许停机时间；预留变形；施工速度；侧压系数IIIAbstractTBMhastheadvantagesofconstructionsafety,rapidity,andenvironmentalpro

7、tection,whichiswidelyappliedintheworld.However,largesqueezingdeformationfrequentlyoccurseasilywhenTBMtunnelingthroughdeepsoftgroundunderhighin-suitstress,oncethedeformationofsurroundingrockexceedstheovercut,itwillsqueezetheTBMshield,andfinallyleadingtoTBMjammingeasilywhichwillcausese

8、riouslost.Th