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软土地层盾构掘进姿态控制技术研究

作　者: 李志帅
导　师: 袁大军
学　校: 北京交通大学
专　业: 桥梁与隧道工程
关键词: 盾构隧道 姿态控制 沉降控制 超挖量 注浆率
分类号: U455.39
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


随着我国轨道交通隧道的大量修建,盾构工法以其安全、快速、可适应复杂地层等优点已经成为隧道施工的主流工法。盾构技术是集液压、制造、控制、测量技术等多学科交叉为一体的现代掘进技术。在应用盾构法进行隧道施工时,盾构机姿态控制是施工成败的关键技术。由于软土地层含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低、灵敏度高和易触变、流变的特性,地层自稳性能极差。盾构在软土层掘进时,盾构姿态更是难以控制,并且当盾构掘进姿态不良时容易引发盾构影响区域内地表较大沉降。本文针对苏州富水软弱地层的特殊性,结合苏州轨道交通2号线盾构法隧道工程实例,通过理论研究、数字仿真计算和现场纠偏试验,对软土地层盾构掘进姿态控制技术进行了深入的研究,本论文的具体研究内容有以下几个方面：1、针对盾构机姿态控制的目标,分析了盾构机姿态的影响因素,并在此基础上研究了盾构机掘进动态荷载模型,建立了盾构机空间运动的动力学和运动学方程,并对模型进行了Matlab解析。为软土地层盾构掘进姿态控制技术的研究提供了理论基础。2、通过理论研究,结合苏州轨道交通2号线具体工程实例以及在国内大量工程的调研的基础上,进行了软土地层盾构掘进姿态控制技术的研究,分析了盾构机姿态控制影响因素,提出了姿态控制方法和姿态纠偏等措施。3、研究盾构姿态不良与地表沉降的关系。提出了盾构机姿态不良时掘进超挖量的理论计算公式,并研究了如何较好控制沉降措施。

全文目录


致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 绪论  11-26
  1.1 引言  11-12
  1.2 盾构工法发展历史  12-18
  1.3 盾构机姿态控制的国内外研究现状  18-24
    1.3.1 基于模糊理论的位姿控制技术  19-21
    1.3.2 基于建模方法的姿态控制技术  21-24
  1.4 本文的研究内容和方法  24-26
2 盾构机姿态控制模型的建立  26-43
  2.1 盾构姿态自动测量系统  26-28
    2.1.1 盾构姿态的描述  26-27
    2.1.2 盾构姿态自动测量系统的构成  27-28
  2.2 盾构机推进系统的分析  28
  2.3 盾构机荷载模型的建立  28-30
    2.3.1 影响盾构机姿态的因素  28-29
    2.3.2 盾构机载荷模型  29-30
  2.4 盾构姿态控制模型的建立  30-36
    2.4.1 坐标系及符号定义  30-31
    2.4.2 盾构机所受力和力矩大小  31-34
    2.4.3 盾构机动力学和运动学方程的建立  34-36
  2.5 基于Matlab的仿真验证—验证各个因素对盾构机姿态的影响  36-43
3 软土地层盾构机掘进姿态控制研究  43-67
  3.1 工程背景  43-52
    3.1.1 工程概况  43-45
    3.1.2 工程地质及水文地质  45-52
    3.1.3 盾构机及管片相关参数  52
  3.2 盾构机姿态控制影响因素  52-59
    3.2.1 盾构机掘进姿态偏差  52-53
    3.2.2 地质条件对盾构姿态的影响  53-54
    3.2.3 千斤顶推力对盾构姿态的影响  54-55
    3.2.4 盘对盾构姿态的影响  55-56
    3.2.5 管片姿态对盾构姿态的影响  56-57
    3.2.6 壁厚注浆对盾构姿态的影响  57-59
  3.3 盾构姿态的控制  59-62
    3.3.1 不同阶段盾构机姿态的控制方法  59-61
    3.3.2 盾构机姿态的预偏  61-62
  3.4 盾构掘进姿态不良时的纠偏  62-67
    3.4.1 纠偏常用方法  62-64
    3.4.2 纠偏量的计算  64-67
4 盾构姿态不良与地表沉降的关系研究  67-85
  4.1 苏州轨道交通1号线某标纠偏实例分析  67-75
    4.1.1 盾构区间主要穿越地质条件  67-68
    4.1.2 盾构机参数及盾构施工参数  68-71
    4.1.3 沉降的主要控制因素的研究  71-74
    4.1.4 沉降原因分析  74-75
    4.1.5 建议采取措施  75
  4.2 地表沉降与同步注浆注入率相关关系研究  75-85
    4.2.1 地质资料  75-76
    4.2.2 盾构掘进超挖量的计算  76-79
    4.2.3 提高同步注浆量控制地表沉降  79-85
5 结论及展望  85-87
  5.1 结论  85-86
  5.2 展望  86-87
参考文献  87-91
附录A Matlab仿真参数  91-93
作者简历  93-97
学位论文数据集  97

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 隧道工程 > 隧道施工 > 施工机械 > 其他
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