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砂卵石地层土压平衡式盾构机的刀盘设计

作　者: 刘永强
导　师: 张冠伟；王顺来
学　校: 天津大学
专　业: 机械工程
关键词: 刀盘设计 土压平衡式盾构机 砂卵石地层
分类号: U455.39
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 111次
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内容摘要


土压平衡式盾构机在世界范围内应用广泛,其刀盘是保证盾构机有效工作的重要部件。刀盘的设计不仅与机械系统相关,而且与地层的本身特点密切联系。砂卵石地层是诸多地质情况的一种,具有典型性。本文以研究土压平衡式盾构机的设计方法为研究目的,主要进行了以下研究工作。1.对砂卵石地层土压平衡式盾构机刀盘设计的基本流程进行总结和说明。2.研究了砂卵石地层的特点及对比国内三个典型城市砂卵石地层,总结出针对该地层应注意的重点问题。刀盘在地层中受到土压力、水压力、扭矩阻力和推力阻力,文中进行分析并总结出这些数据的计算方法。3.针对砂卵石地层,对刀盘驱动和支承、刀盘形式、刀盘结构设计、刀盘刀具布置、刀具磨损、刀盘的耐磨措施、刀盘结构受力分析、刀盘仿真和试验等方面进行了研究。文中总结出刀盘驱动系统的设计流程、刀盘形式的选择流程、刀盘有限元分析流程等。4.将文中的设计流程和设计思路应用于实际工程,并对实际工程的掘进效果进行分析研究。利用文中的设计流程和设计思路,设计出的刀盘经过实际工程的检验,成功完成1526m隧道的施工(中途不更换刀具)。不仅证明了辐条式刀盘应用于全断面砂卵石地层是可行的,也为其它类型砂卵石地层进行刀盘设计提供理论基础和实际经验。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-13
  1.1 课研究背景  8-9
  1.2 砂卵石地层及土压平衡式盾构机刀盘设计研究综述  9-10
    1.2.1 盾构机的分类及土压平衡式盾构机简介  9
    1.2.2 刀盘设计在盾构机设计中的地位  9
    1.2.3 国内外工程的实践情况  9-10
  1.3 本课题的目的和意义  10-11
  1.4 主要研究内容及技术路线  11-12
  1.5 主要创新工作  12-13
第二章 砂卵石地层土压平衡式盾构机刀盘设计基本流程  13-17
  2.1 砂卵石地层土压平衡式盾构机刀盘设计的基本流程  13-14
  2.2 砂卵石地层土压平衡式盾构机刀盘设计基本流程的解释  14-15
  2.3 本章小结  15-17
第三章 砂卵石地层土压平衡盾构机刀盘设计的基础理论  17-27
  3.1 砂卵石地层  17-20
    3.1.1 砂卵石地层成因及特点  17-18
    3.1.2 国内典型城市砂卵石地层的分析与对比  18-20
  3.2 砂卵石地层刀盘工作土压和水压力计算  20-23
    3.2.1 土压计算  20-22
    3.2.2 水压的计算  22-23
  3.3 盾构机推力的计算  23-24
  3.4 刀盘扭矩的计算  24-26
    3.4.1 刀盘扭矩的组成  24
    3.4.2 扭矩的计算方法  24-26
  3.5 本章小结  26-27
第四章 砂卵石地层土压平衡式盾构机的刀盘设计  27-51
  4.1 刀盘驱动及支承设计  27-31
    4.1.1 刀盘驱动设计  27-30
    4.1.2 刀盘支承设计  30-31
  4.2 刀盘的形式设计  31-35
    4.2.1 刀盘开口率  31
    4.2.2 刀盘的形式  31-32
    4.2.3 大直径卵石处理  32-33
    4.2.4 刀盘形式设计的原则  33-34
    4.2.5 砂卵石地层刀盘设计的趋势  34-35
  4.3 刀盘的结构设计  35-39
    4.3.1 刀盘的形状  35
    4.3.2 刀盘的尺寸  35
    4.3.3 刀盘辐条的结构  35-36
    4.3.4 刀盘开口形式  36
    4.3.5 辅助装置  36-38
    4.3.6 刀盘结构分析  38-39
  4.4 刀具形式的选择设计和刀具布置  39-46
    4.4.1 滚刀  39-40
    4.4.2 齿型切刀  40-43
    4.4.3 先行刀  43-44
    4.4.4 中心刀  44-45
    4.4.5 仿形刀  45-46
    4.4.6 小结  46
  4.5 刀具磨损计算  46
  4.6 辅助工法对刀盘磨损的影响  46-47
    4.6.1 土体改良  46-47
    4.6.2 刀具更换的考虑  47
    4.6.3 掘进参数  47
  4.7 旋转接头  47-48
  4.8 刀具磨损检测  48
  4.9 耐磨设计  48-49
  4.10 刀盘的仿真、试验  49-50
  4.11 本章小结  50-51
第五章 砂卵石地层土压平衡盾构机刀盘设计、计算和仿真实例  51-71
  5.1 工程情况介绍  51-52
  5.2 刀盘载荷参数计算  52-55
    5.2.1 刀盘扭矩的计算  52-53
    5.2.2 盾构推力的计算  53-55
  5.3 刀盘结构设计  55-69
    5.3.1 刀盘驱动及支承方式设计  55-56
    5.3.2 刀盘形式及结构  56
    5.3.3 刀具及布置  56-59
    5.3.4 刀盘结构分析  59-66
    5.3.5 刀具磨损计算  66-67
    5.3.6 刀盘耐磨设计  67-68
    5.3.7 Adams 仿真  68-69
  5.4 本章小结  69-71
第六章 刀盘设计的应用效果研究  71-77
第七章 结论和展望  77-79
  7.1 结论  77
  7.2 展望  77-79
参考文献  79-81
发表论文和参加科研情况说明  81-82
致谢  82

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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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