TBM撐靴與圍巖接觸表面應(yīng)力分布均勻性研究.pdf

1、全斷面巖石隧道掘進(jìn)機(jī)（TBM）具有開(kāi)挖效率高、工程質(zhì)量?jī)?yōu)、施工安全性好等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于公路和鐵路隧道、城市地鐵、輸水隧道、國(guó)防工程等領(lǐng)域。在掘進(jìn)過(guò)程中，TBM的撐靴壓緊圍巖，靠摩擦力來(lái)平衡支撐力和推進(jìn)力。由于TBM常工作于重載荷、大突變載荷和強(qiáng)振動(dòng)載荷等惡劣環(huán)境，刀盤(pán)受力不均，導(dǎo)致?lián)窝ブ尾环€(wěn)、圍巖受力不均、側(cè)壁撐不住等問(wèn)題。為了研究圍巖接觸表面的應(yīng)力均布性，提高圍巖接觸表面應(yīng)力分布的均勻性，本文做如下工作：
　　對(duì)主梁式TBM

2、進(jìn)行受力分析，建立單只撐靴的力平衡方程。基于隧道圍巖的二次應(yīng)力狀態(tài)模型，確定有限元仿真時(shí)圍巖的邊界條件。建立了在不同載荷作用下的撐靴中間先接觸圍巖和撐靴兩端先接觸圍巖的接觸仿真模型，以及在理想均布載荷作用下圍巖的接觸仿真模型。
　　對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行坐標(biāo)變換，采用MATLAB對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析，得到三種接觸模型中撐靴和圍巖接觸表面應(yīng)力和位移的分布規(guī)律，以及在不同法向載荷作用下，撐靴和圍巖接觸表面的應(yīng)力、位移與法向載荷的關(guān)系。
　　

3、提出了接觸表面應(yīng)力分布均勻性的概念，建立了評(píng)價(jià)應(yīng)力分布均勻性的指標(biāo)?，分別對(duì)三種接觸模型中撐靴和圍巖接觸表面的應(yīng)力均布性進(jìn)行分析。為T(mén)BM通過(guò)地質(zhì)復(fù)雜地段如何加固圍巖和操控TBM提供了理論依據(jù)。
　　基于接觸表面應(yīng)力分布均勻性的分析，以應(yīng)力分布均勻性系數(shù)λ最大為目標(biāo)，選取幾種不同的撐靴與圍巖接觸半徑差，建立了撐靴與圍巖接觸仿真模型，分析了半徑差對(duì)接觸表面應(yīng)力分布均勻性的影響，找出最優(yōu)的半徑差，為優(yōu)化撐靴結(jié)構(gòu)、提高接觸表面應(yīng)力分布均