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土压平衡盾构同步注浆试验平台的研制

作　者: 李博
导　师: 王军
学　校: 沈阳理工大学
专　业: 机械制造及其自动化
关键词: 盾构同步注浆相似理论液压系统仿真分析
分类号: U455.39
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

同步注浆是指在隧道成形前，将一种高强度、速凝结的材料适时、足量的注入盾尾间隙，防止隧道塌陷。良好的注浆效果对于隧道安全和提高施工效率有着决定意义，也是近年来国内外研究的重点。我国计划在未来5年内进行大规模的城市地铁、公路、水利等兴建工作，对盾构的需求量很大，但由于同步注浆技术一直被国外垄断，国内企业依赖进口，致使成本居高不下，在市场竞争中处于劣势。因此，针对国内注浆试验平台稀缺，开展研究已刻不容缓的现状，文章尝试研制一套同步注浆试验平台，为研究注浆参数与地表沉降的关系提供帮助。主要研究内容为：利用相似理论思想对平台模型化的合理性进行深入研究，针对平台系统复杂的参量组成，采取离散化后分别进行相似判断的方法，运用相似第二定理和量纲分析法求解出相似常数作为判断平台模型参量的相似关系是否合理的依据。以经典土力学理论结合机械结构设计思想为基础解决土箱设计合理性问题，并针对真实盾构施工环境要求，对加载机构和推进机构的结构进行研制，并完成相应的液压系统的研制、计算和选型工作。力求使模拟的效果更加真实可信。通过大量文献搜集，对比现有国内外平台的注浆系统的优缺点，提出研制一种低成本、高效率的模拟注浆系统，采用负载敏感控制技术作为注浆液压系统精确性和经济性的保障，并对其能耗和工作原理进行了分析。出于对试验的安全角度和机械结构研制的可靠性角度考虑，对已建立的部分平台组件（包括试验土箱、平台上端盖、支撑立柱、加载底板）的实体模型进行静力学分析，研究其强度和位移特性，并以此作为平台研制的必要辅助条件。在静力学研究的基础上，深入研究了平台的使用寿命问题，即对平台部分构件（加载底板、上端盖）的疲劳强度进行仿真分析，从而完善并印证了研制方案的合理性。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-21
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 盾构同步注浆技术现状与发展  13-17
    1.2.1 国外研究现状概述  14-15
    1.2.2 国内研究现状概述  15-16
    1.2.3 研究趋势分析  16-17
  1.3 本课题的选题意义与研究内容  17-20
    1.3.1 课题选题意义  17-18
    1.3.2 课题研究内容  18-19
    1.3.3 课题研究方法  19-20
  1.4 本章小结  20-21
第2章同步注浆平台的模型化  21-27
  2.1 相似理论与盾构模型化  21-22
  2.2 盾构同步注浆试验平台参量的确定  22-23
  2.3 盾构同步注浆试验平台参量相似判断  23-26
    2.3.1 同步注浆平台相似判断流程  23-24
    2.3.2 同步注浆平台相似推导  24-25
    2.3.3 同步注浆平台相似常数确立  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第3章试验土箱模拟系统的设计  27-47
  3.1 试验平台结构组成  27-28
  3.2 模拟加载机构的结构设计  28-33
    3.2.1 模拟加载机构试验要求  28-29
    3.2.2 试验土箱的研制  29-31
    3.2.3 平台上端盖的设计  31-32
    3.2.4 支撑立柱的设计  32-33
    3.2.5 加载底板的设计  33
  3.3 模拟加载机构的液压系统设计  33-39
    3.3.1 模拟加载机构的液压系统  33-35
    3.3.2 模拟加载机构的计算与选型  35-39
  3.4 模拟推进系统的设计  39-46
    3.4.1 模拟推进系统  39-42
    3.4.2 模拟推进装置的计算与选型  42-46
  3.5 本章小结  46-47
第4章同步注浆系统的设计  47-60
  4.1 盾构同步注浆技术  47-51
    4.1.1 盾构同步注浆概述  47-48
    4.1.2 盾构同步注浆工艺原理  48-50
    4.1.3 盾构同步注浆管路系统  50-51
  4.2 盾构同步注浆系统的设计  51-54
    4.2.1 同步注浆系统压力的设定  51-52
    4.2.2 同步注浆系统结构的设计  52-54
  4.3 盾构同步注浆液压系统设计  54-57
    4.3.1 同步注浆液压系统设计要求  54
    4.3.2 同步注浆系统的设计  54-56
    4.3.3 同步注浆系统的能耗分析  56-57
  4.4 盾构同步注浆平台的整体布置  57-59
  4.5 本章小结  59-60
第5章同步注浆试验平台的强度分析  60-71
  5.1 有限元法基本概述及分析流程  60-61
    5.1.1 有限元分析法概述  60
    5.1.2 有限元分析法流程  60-61
  5.2 平台部件的有限元分析模型的建立  61-64
  5.3 加载底板的有限元分析  64-65
  5.4 平台上端盖的有限元分析  65-67
  5.5 支撑立柱的有限元分析  67-68
  5.6 试验土箱的有限元分析  68-70
  5.7 本章小结  70-71
第6章注浆平台的疲劳仿真  71-76
  6.1 平台疲劳仿真分析原因  71
  6.2 加载底板的疲劳分析  71-73
  6.3 平台上端盖的疲劳分析  73-75
  6.4 本章小结  75-76
结论  76-78
参考文献  78-83
攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果  83-84
致谢  84-85

土压平衡盾构同步注浆试验平台的研制

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