复合地层土压平衡盾构掘进适应性评价

摘要

土压平衡盾构具有安全可靠、技术先进等优势，目前已被广泛应用于城市地铁、越江通道及地下管线等隧道工程施工中。由于我国幅员辽阔，各地的地质条件错综复杂，盾构在不同地层中掘进效果差别巨大，因此土压平衡盾构掘进的适应性评价成为亟待解决的问题。本文针对我国华南地区广泛分布的复合地层，开展了土压平衡盾构的适应性研究，研究成果具有重要的理论意义和实用价值。
　　本论文的主要研究内容和取得的成果如下:
　　(1)调研了国内外土压平衡盾构应用的现状，提出了目前土压平衡盾构适应性研究中存在的问题，对土压平衡盾构适应性的含义和适应性评价方法进行了总结和分析。结合土压平衡盾构适应性评价的特点，通过对各种评价方法优缺点的比较，提出运用模糊综合评价法对土压平衡盾构适应性进行评价的思路。
　　(2)通过分析影响土压平衡盾构适应性的各种因素，运用层次分析法得到各影响因素的权重，进而约简得到土压平衡盾构适应性评价指标。考虑盾构设计、盾构施工、地层条件三个方面建立了包括目标层、准则层和指标层的土压平衡盾构适应性评价指标体系。其中，目标层为土压平衡盾构适应度D。准则层由盾构设计P1、盾构施工P2、地层条件P3构成。指标层中盾构设计指标包括总推力设计u1、刀盘扭矩u2、开口率设计u3、螺旋输送机出渣量设计u4、刀具间距设计u5;盾构施工指标包括土仓压力u6、注浆压力u7、盾尾间隙u8;地层条件指标包括软硬不均复合地层u9、球状风化孤石u10。
　　(3)为了解决不同评价指标的公度性问题，基于模糊数学方法并考虑各指标的属性构建了全部评价指标隶属函数。通过工程反馈和咨询专家意见，并结合层次分析法和模糊综合评价法构建了土压平衡盾构适应性评价模型，提出了复合地层土压平衡盾构适应性评价方法。
　　(4)以深圳地铁11号线车公庙～红树湾和南山～前海湾盾构区间为依托，采用所提出的方法对我国首台自行设计的Φ7m复合式土压平衡盾构适应性进行了评价，评价结果表明该盾构机在这两个区间的适应度为“适应”。目前，该两区间均已顺利贯通，现场盾构施工情况表明，该盾构机的选型和设计是合理的，这也证明本文所提出的适应性评价方法有效。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 国内外研究现状

1．2．1 复合地层盾构机的适应性研究

1．2．2 其他领域适应性评价的研究

1．2．3 研究现状小结

1．3 依托工程简介

1．3．1 工程概况

1．3．2 工程地质

1．3．3 水文地质

1．3．4 盾构隧道穿越地层

1．3．5 工程难点

1．4 研究内容及方法

1．5 研究路线

1．6 创新点

2 适应性分析与评价方法

2．1 适应性分析

2．1．1 适应性的概念

2．1．2 建立适应性评价指标体系的原则

2．2 适应性评价方法

2．2．1 模糊综合评价法的基本思想

2．2．2 模糊综合评价法的步骤

2．3 模糊数学

2．3．1 模糊数学概述

2．3．2 隶属函数的确定方法

2．4 权重的确定方法

2．4．1 层次分析法的基本原理

2．4．2 层次分析法的建模步骤

2．5 本章小结

3 土压平衡盾构适应性影响因素分析与评价指标

3．1 盾构设计相关影响因素

3．1．1 总推力设计

3．1．2 刀盘结构设计

3．1．3 刀盘扭矩设计

3．1．4 开口率设计

3．1．5 刀盘渣土改良装置设计

3．1．6 刀具选型布置

3．1．7 刀具间距设计

3．1．8 螺旋输送机出渣量设计

3．2 盾构施工相关影响因素

3．2．1 推进速度

3．2．2 刀盘转速

3．2．3 土仓压力

3．2．4 盾尾间隙

3．2．5 注浆压力

3．3 地层条件相关影响因素

3．3．1 人工堆积层

3．3．2 软土层

3．3．3 液化砂层

3．3．4 残积土层

3．3．5 软硬不均复合地层

3．3．6 微风化岩突起

3．3．7 硬岩地层

3．3．8 断层破碎带

3．3．9 球状风化孤石

3．4 周边环境相关影响因素

3．5 土压平衡盾构适应性评价指标的选取

3．6 本章小结

4 土压平衡盾构适应性评价模型与方法

4．1 土压平衡盾构适应性评价指标体系的建立

4．2 评价指标隶属函数的确定

4．2．1 总推力

4．2．2 刀盘扭矩

4．2．3 开口率

4．2．4 螺旋输送机出渣量

4．2．5 刀具间距

4．2．6 土仓压力

4．2．7 注浆压力

4．2．8 盾尾间隙

4．2．9 软硬不均复合地层

4．2．10 球状风化孤石

4．3 评价指标权重的确定

4．3．1 层次单排序评价

4．3．2 层次总排序评价

4．4 土压平衡盾构适应性评价模型及方法

4．5 本章小结

5 深圳地铁11号线土压平衡盾构适应性评价

5．1 依托工程复合地层分布与特性

5．1．1 软硬不均复合地层

5．1．2 球状风化孤石

5．2 深圳地铁11号线土压平衡盾构设计参数

5．2．1 主驱动设计

5．2．2 刀盘设计

5．2．3 刀具布置

5．2．4 螺旋输送机设计

5．3 深圳地铁11号线土压平衡盾构掘进参数

5．3．1 土仓压力

5．3．2 注浆压力

5．3．3 盾尾间隙

5．4 深圳地铁11号线土压平衡盾构适应性评价

5．4．1 评价指标数据

5．4．2 模糊综合评价

5．4．3 评价结果验证

5．5 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

作者简历

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