基于功率鍵合圖法盾構掘進相似性及試驗技術研究.pdf

1、盾構掘進機作為一種地下隧道工程的現(xiàn)代化重大工程裝備，集液壓、機電控制、材料、計算機等技術于一體，并具有自動化程度高、施工速度快、對地面建筑物的影響少等特點，被廣泛應用于地鐵、公路、市政、水電隧道等工程建設。但由于盾構掘進機國內與國外的發(fā)展水平相差甚多，國內在盾構制造與盾構掘進技術研究方面尚且不足，由于施工現(xiàn)場進行試驗需要承擔巨大的風險以及過多的經濟投入，因此模擬試驗臺技術是研究盾構技術的重要技術手段，通過在模擬試驗臺上的試驗研究最后指導

2、實際的盾構施工。模擬試驗臺是經過實際盾構系統(tǒng)的結構以及液壓系統(tǒng)簡化后得到的，所以兩系統(tǒng)間的相似性的研究則為試驗臺上進行的試驗指導施工的可靠性提供了保障。
　　本文通過對實際盾構系統(tǒng)的研究通過簡化實際盾構系統(tǒng)的液壓控制系統(tǒng)并對實際盾構系統(tǒng)進行一定的結構簡化，通過理論計算以及三維模型的建立最后完成了縮尺盾構模擬試驗臺的結構設計以及液壓系統(tǒng)設計。完成了試驗臺的加工、搭建與調試工作。并根據要求編寫完成了上位機的人機交互界面和下位機的控制程

3、序。
　　第一章為緒論部分，首先介紹了盾構的工作原理以及國內外的發(fā)展概況，其次介紹了模擬試驗臺技術國內外的發(fā)展狀況以及土體擾動的研究手段介紹，最后介紹了相似性研究的發(fā)展概況，重點介紹了相似性研究的擴展廣義相似理論以及該理論的研究手段-功率鍵合圖法的基本概念。
　　第二章設計完成了土箱模擬系統(tǒng)以及盾構系統(tǒng)。其中土箱模擬系統(tǒng)包括加載液壓系統(tǒng)以及箱體的設計，盾構系統(tǒng)包括推進系統(tǒng)、刀盤驅動系統(tǒng)、螺旋輸送機系統(tǒng)的控制液壓系統(tǒng)的設計以及

4、三個系統(tǒng)的支持系統(tǒng)的設計。搭建調試了已經設計完成的縮尺盾構模擬試驗臺，在調試的過程中不斷的修正試驗臺的設計，并完成了試驗臺需要的軟件設計，包括LabVIEW、PLC程序的編寫。開展了施工環(huán)境的模擬試驗、閉環(huán)開環(huán)不同控制策略下的推進試驗、刀盤推進過程中指定點的土體擾動試驗、土壓平衡試驗。
　　第三章利用量綱分析法分析了盾構土體間的作用得到了盾構土體系統(tǒng)的相似準則，在ANSYS中建立以土箱作為邊界條件下的土體在不同加載壓力下的變形以土

5、體的應力分布。得到覆土深度與加載壓力間的相似關系;其中，土體的性質通過土體試驗測得。并在試驗臺上展開了相應的試驗，得到了土體在不同加載壓力下的應力分布。分別利用了方程分析法以及功率鍵合圖法建立了盾構系統(tǒng)這一復雜耦合多能域系統(tǒng)的相似準則，并最終確立了相似比。
　　第四章分析了盾構掘進施工過程引起的土體變形，并通過利用ANSYS軟件模擬了實際盾構在掘進過程中土體的擾動情況。并在模擬試驗臺上展開了土體擾動試驗，一定土體加載壓力下，設定盾