基于3D打印技术的盾构隧道模型设计与制作

摘要

盾构隧道关键节点如联络通道、工作井等刚度变化段,通常是抗震设计中最为薄弱的环节.然而,由于盾构隧道本身及关键节点构造复杂,无论是数值分析或模型试验均难以模拟.本文以超大直径盾构隧道为原型,通过动力相似比理论设计,首次基于3D打印技术设计和制作了用于振动台试验的盾构隧道关键节点变刚度模型.系统探讨了3D打印技术应用于盾构隧道模型设计的关键技术难点,如结构相似比设计与3D打印材料性质的匹配性、大型结构模型的最优化分块分段打印技术、结构模型的3D打印实现与拼装等.最后基于某超大直径盾构隧道进行了实现,提出了大体积结构模型拆分打印的基本原则,制作出符合试验要求的联络通道和工作井等关键节点模型,检验了3D打印技术在隧道结构模型设计和制作中的可行性,并总结了3D打印技术的优势和制约其推广应用的原因.