软土地层盾构掘进姿态控制技术研究

摘要

随着我国轨道交通隧道的大量修建，盾构工法以其安全、快速、可适应复杂地层等优点已经成为隧道施工的主流工法。盾构技术是集液压、制造、控制、测量技术等多学科交叉为一体的现代掘进技术。
　　在应用盾构法进行隧道施工时，盾构机姿态控制是施工成败的关键技术。由于软土地层含水量高、孔隙比大、压缩性高、强度低、灵敏度高和易触变、流变的特性，地层自稳性能极差。盾构在软土层掘进时，盾构姿态更是难以控制，并且当盾构掘进姿态不良时容易引发盾构影响区域内地表较大沉降。
　　本文针对苏州富水软弱地层的特殊性，结合苏州轨道交通2号线盾构法隧道工程实例，通过理论研究、数字仿真计算和现场纠偏试验，对软土地层盾构掘进姿态控制技术进行了深入的研究，本论文的具体研究内容有以下几个方面:
　　1、针对盾构机姿态控制的目标，分析了盾构机姿态的影响因素，并在此基础上研究了盾构机掘进动态荷载模型，建立了盾构机空间运动的动力学和运动学方程，并对模型进行了Matlab解析。为软土地层盾构掘进姿态控制技术的研究提供了理论基础。
　　2、通过理论研究，结合苏州轨道交通2号线具体工程实例以及在国内大量工程的调研的基础上，进行了软土地层盾构掘进姿态控制技术的研究，分析了盾构机姿态控制影响因素，提出了姿态控制方法和姿态纠偏等措施。
　　3、研究盾构姿态不良与地表沉降的关系。提出了盾构机姿态不良时掘进超挖量的理论计算公式，并研究了如何较好控制沉降措施。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 盾构工法发展历史

1．3 盾构机姿态控制的国内外研究现状

1．3．1 基于模糊理论的位姿控制技术

1．3．2 基于建模方法的姿态控制技术

1．4 本文的研究内容和方法

2 盾构机姿态控制模型的建立

2．1 盾构姿态自动测量系统

2．1．1 盾构姿态的描述

2．1．2 盾构姿态自动测量系统的构成

2．2 盾构机推进系统的分析

2．3 盾构机荷载模型的建立

2．3．1 影响盾构机姿态的因素

2．3．2 盾构机载荷模型

2．4 盾构姿态控制模型的建立

2．4．1 坐标系及符号定义

2．4．2 盾构机所受力和力矩大小

2．4．3 盾构机动力学和运动学方程的建立

2．5 基于Matlab的仿真验证—验证各个因素对盾构机姿态的影响

3 软土地层盾构机掘进姿态控制研究

3．1 工程背景

3．1．1 工程概况

3．1．2 工程地质及水文地质

3．1．3 盾构机及管片相关参数

3．2 盾构机姿态控制影响因素

3．2．1 盾构机掘进姿态偏差

3．2．2 地质条件对盾构姿态的影响

3．2．3 千斤顶推力对盾构姿态的影响

3．2．4 刀盘对盾构姿态的影响

3．2．5 管片姿态对盾构姿态的影响

3．2．6 壁厚注浆对盾构姿态的影响

3．3 盾构姿态的控制

3．3．1 不同阶段盾构机姿态的控制方法

3．3．2 盾构机姿态的预偏

3．4 盾构掘进姿态不良时的纠偏

3．4．1 纠偏常用方法

3．4．2 纠偏量的计算

4 盾构姿态不良与地表沉降的关系研究

4．1 苏州轨道交通1号线某标纠偏实例分析

4．1．1 盾构区间主要穿越地质条件

4．1．2 盾构机参数及盾构施工参数

4．1．3 沉降的主要控制因素的研究

4．1．4 沉降原因分析

4．1．5 建议采取措施

4．2 地表沉降与同步注浆注入率相关关系研究

4．2．1 地质资料

4．2．2 盾构掘进超挖量的计算

4．2．3 提高同步注浆量控制地表沉降

5 结论及展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

附录A Matlab仿真参数

作者简历

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