复合式盾构机刀盘刀具布局方案的研究

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2、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要隧道掘进机技术是极其先进的地下施工技术，被广泛地应用于矿山隧道、城市地铁、越江隧道等领域的施工之中，目前在我国得到越来越广泛地应用。复合式盾构机是一种介于硬岩掘进机和盾构机之间的掘进机，广泛地应用于软硬岩交替出现的复合地层的施工。掘进机刀盘刀具系统设计方案的优劣直接影响到掘进机的掘进性能。对于复合式盾

3、构机而言，由于其本身与硬岩掘进机和盾构机有很多相同点，所以复合式盾构机刀具系统设计的研究已经具有一定的基础。刀盘刀具布局方案的研究是掘进机刀盘系统研究的重点，直接影响掘进施工成本和安全。本文主要从以下方面进行了复合式盾构机刀盘刀具布局方案的研究。（1）回顾了掘进机刀盘刀具系统设计的国内外研究现状，指出了复合式盾构机刀具布局方案研究的重要性。（2）提出了复合式盾构机刀具布局方案研究中的几个关键问题，包括刀盘结构设计研究，盘形滚刀、切刀的破岩机理，刀具组合的破岩机理和刀具配置及布局规律研究等，并分别进行

4、讨论。（3）对广州地铁三号线中采用复合式盾构机施工区段的地质资料和刀盘刀具的配置进行了研究，以天河客运站-华师站区段为例，建立了刀盘刀具的模型，讨论了不同刀具的安装方式，从几个关键问题出发，研究了刀具的布局规律。（4）基于切削试验台上切刀切削软岩的室内试验，采用离散单元法仿真了切刀破碎软岩的过程，重点研究了切刀的前角、刀刃角和切深对切刀受力以及岩石破碎效果的影响，为刀具破岩机理作了重要补充。（5）针对天河客运站-华师站区段施工提出的刀具布局方案，计算了所有滚刀的受力以及刀盘受到的推力和扭矩，对刀盘进

5、行了参数化建模，通过在ANSYS中进行计算，分析该刀盘刀具布局方案的合理性，并提出了复合式盾构机刀盘刀具布局方案设计的一般流程。（6）对复合式盾构机刀具布局方案研究的未来工作进行了展望。关键词：复合式盾构机刀盘刀具模型离散单元法刀具布局ABSTRACTTunnelboringtechnologyisanadvancedmethodinundergroundconstruction,boringmachineismoreandmorewidelyusedinthefieldsofminingexcav

6、ation,subwayconstructionandcross-rivertunnel.CombinedShieldisanequipmentwhichisbetweenhardrocktunnelboringmachineandshieldinstructure.Thiskindofboringmachineismainlyappliedintheundergroundconditionwherehardrockandsoftrockwouldappearalternately.Theresea

7、rchonthecutterheaddesignisavitaljobforhigherefficiencyandlowercost.Combinedshieldhasalotcommonwiththehardrockboringmachineandtheshieldinboringmechanism,sotheremusthavebeenasolidfoundationfortheresearchofcombinedshield’scutterheadsystemdesign.Inthisrese

8、arch,thestudyofcutters’layoutprinciplesoncutterheadisamostimportantwork,whichdirectlyaffectstheexcavationefficiencyandconstructioncost.Thispapermainlyfocusesontheresearchofcutters’layoutprincipledesignoncutterheadfromthefollowingaspects