盾构刀盘开口对掘进过程影响的数值分析研究

摘要

盾构机刀盘上开口率的大小作为刀盘设计的重要内容，在很大程度上决定着刀盘对土体的切削状况。对刀盘的开口部分不合理不正确地设计和布置将会对地表及待开挖土体面造成影响，并会影响到掘进效率的提高，甚者会造成掘进事故等。因此，针对刀盘开口率的研究对于盾构的刀盘系统乃至机体的掘进效率都有着重要意义。
　　 本文主要基于动力学数值仿真方法对盾构刀盘的切削土体的机理进行研究，探求刀盘开口率的重要性，本文的研究成果如下：⑴研究了应用显示动力学进行盾构刀盘掘进的方法，分析了采用LS-DYNA对研究土体大变形动力学问题特点与可靠性，设计了针对大变形土体的数值仿真方案；⑵分析了盾构掘进与土体变形的相互作用关系，建立了基于静力学仿真软件FLAC3D以及动力学仿真软件LS-DYNA的刀盘掘进土体数值模型，分析并确定了刀盘开口率及开口大小对盾构机掘进总推力、地表稳定性等的重要影响关系；⑶参照沈重盾构试验台相关数据，建立了刀盘及动力数值仿真模型，对掘进过程中刀盘中心部位渣土的流动性进行了分析研究，对比分析了不同中心开口率的仿真结果，同时对掘进过程中刀盘及各刀具的受力情况进行了分析，以为刀盘设计及掘进施工提供支持。