盾构直接掘进含孤石地层的刀盘刀具振动相似模型试验

摘要

盾构直接掘进含孤石地层过程中刀盘刀具承受循环偏载、应力集中等非均布反作用力,加剧了刀盘刀具的振动损伤。由于实际工程中无法测取刀盘刀具振动数据,刀盘刀具振动规律研究成果较少。针对上述问题,通过室内相似模型试验(包括计算相似比尺、配制相似材料、布设传感器等)研究盾构直接掘进含孤石地层的刀盘刀具振动特性。由试验数据可得:盾构直接掘进含孤石地层时,围岩振动频率为0~5Hz,属于低频振动;刀盘不同位置的径向、轴向振动加速度值随刀盘转速增大而增大,环向振动加速度值变化不大;刀盘不同位置的振动加速度值与刀盘结构关系密切,结构刚度越大,振动加速度越小,因此盾构刀盘设计中宜根据地层软硬不均程度调整刀盘结构刚度。试验成果揭示了盾构直接掘进含孤石地层的刀盘刀具振动规律,为刀盘刀具结构针对性设计提供了重要依据。