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機（TBM）具有開挖效率高、工程質(zhì)量優(yōu)、施工安全性好等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于公路和鐵路隧道、城市地鐵、輸水隧道、國防工程等領(lǐng)域。在掘進過程中，TBM的撐靴壓緊圍巖，靠摩擦力來平衡支撐力和推進力。由于TBM常工作于重載荷、大突變載荷和強振動載荷等惡劣環(huán)境，刀盤受力不均，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：
　　對主梁式TBM

2、進行受力分析，建立單只撐靴的力平衡方程?；谒淼绹鷰r的二次應(yīng)力狀態(tài)模型，確定有限元仿真時圍巖的邊界條件。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。
　　對仿真結(jié)果進行坐標變換，采用MATLAB對結(jié)果進行了分析，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，建立了評價應(yīng)力分布均勻性的指標?，分別對三種接觸模型中撐靴和圍巖接觸表面的應(yīng)力均布性進行分析。為TBM通過地質(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，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