基于地層變異的盾構(gòu)刀具磨損風(fēng)險分析及其預(yù)測模型研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，長距離大直徑盾構(gòu)隧道的建設(shè)項目與日俱增。盾構(gòu)技術(shù)不僅在比較均勻、單一的土層中得到了廣泛應(yīng)用，在各種軟硬交替的復(fù)合地層中也得到應(yīng)用。在盾構(gòu)施工中，經(jīng)常出現(xiàn)盾構(gòu)刀具嚴(yán)重磨損的問題，目前針對與地層變異有關(guān)的盾構(gòu)刀具磨損的理論分析與預(yù)測模型研究較少。本文通過分析刀具的磨損原因及機(jī)理，研究了隧道開挖面地層的變異性，建立了考慮地層變異特性的盾構(gòu)刀具磨損預(yù)測模型。論文主要研究內(nèi)容及成果如下：
　　 (1)復(fù)合式盾構(gòu)刀盤

2、與刀具失效的風(fēng)險分析。系統(tǒng)地總結(jié)和分析復(fù)合式盾構(gòu)刀具磨損情況，對滾刀和切削刀具的磨損進(jìn)行分類；在收集國內(nèi)外盾構(gòu)刀盤、刀具失效案例的基礎(chǔ)上，采用事故樹方法，對復(fù)合式盾構(gòu)刀盤刀具的失效風(fēng)險進(jìn)行研究，得到盾構(gòu)刀盤刀具失效的關(guān)鍵性風(fēng)險影響因素。
　　 (2)盾構(gòu)刀盤與刀具工作原理及組合設(shè)計的理論分析。通過對國內(nèi)外隧道工程使用的盾構(gòu)刀盤型式統(tǒng)計分析，對盾構(gòu)刀盤面板和輻條的布置類型進(jìn)行了歸類；根據(jù)刀具的工作原理，對不同地層的刀盤刀具組合配置

3、及刀具布置規(guī)律開展了研究，推導(dǎo)了不同工程實(shí)例中盾構(gòu)刀具螺旋線布置的計算公式；分析了盾構(gòu)刀具組合配置的地層適應(yīng)性風(fēng)險，并總結(jié)了國內(nèi)典型區(qū)域隧道施工選用的盾構(gòu)型式及刀具配置。
　　 (3)地層變異規(guī)律及其預(yù)測風(fēng)險分級研究。采用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法，研究隧道開挖面地層的空間變異性，得到地層變異函數(shù)理論模型；利用周邊地質(zhì)鉆孔信息進(jìn)行Kriging估值，獲得隧道斷面地層的分布信息；對Kriging預(yù)測結(jié)果進(jìn)行誤差分析與風(fēng)險分級，并采用工程實(shí)例應(yīng)

4、用與驗證。
　　 (4)特殊地層變異規(guī)律及勘探網(wǎng)最優(yōu)布置研究。采用地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)方法，針對特殊的隧道斷面地層(如含有夾層、不連續(xù)地層及復(fù)合地層)的空間變異性進(jìn)行預(yù)測研究；通過對工程初詳勘鉆孔資料的地層變異性分析，提出了根據(jù)估計方差來合理確定最優(yōu)的勘探網(wǎng)度和補(bǔ)充地質(zhì)鉆孔的孔位布置方法。
　　 (5)復(fù)合地層盾構(gòu)掘進(jìn)施工刀具磨損預(yù)測模型研究。通過對國內(nèi)外學(xué)者研究成果的綜合分析，提出巖土體耐磨性是影響盾構(gòu)刀具磨損失效的關(guān)鍵性指標(biāo)，