盾構(gòu)刀盤(pán)異常工況下的力學(xué)分析

范 宜，趙德成，韋 丹，付飛達(dá)FAN Yi, ZHAO De-cheng, WEI Dan, FU Fei-da（北方重工集團(tuán)有限公司 盾構(gòu)機(jī)分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110041）

盾構(gòu)刀盤(pán)異常工況下的力學(xué)分析

范 宜，趙德成，韋 丹，付飛達(dá)
FAN Yi, ZHAO De-cheng, WEI Dan, FU Fei-da
（北方重工集團(tuán)有限公司 盾構(gòu)機(jī)分公司，遼寧 沈陽(yáng) 110041）

[摘 要]介紹了上軟下硬復(fù)合地層條件下，盾構(gòu)刀盤(pán)發(fā)生較大的軸向變形，引起刀盤(pán)失效。對(duì)刀盤(pán)中心區(qū)域滾刀卡死的情況下，進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的有限元分析，同時(shí)考慮不同的載荷比例系數(shù)。最后，通過(guò)受力分析結(jié)果，給出了刀盤(pán)最大等效應(yīng)力與載荷系數(shù)關(guān)系曲線。從該曲線上可以直觀地看到異常工況下刀盤(pán)載荷和應(yīng)力的關(guān)系，分析結(jié)果表明在何種狀況下刀盤(pán)會(huì)發(fā)生失效。

[關(guān)鍵詞]盾構(gòu)刀盤(pán)；有限元分析；異常工況

莞惠城際軌道某標(biāo)段刀盤(pán)為復(fù)合式EPB刀盤(pán)，直徑為?8.8m（圖1）。該標(biāo)段地質(zhì)情況復(fù)雜。隧道主要在全斷面弱風(fēng)化W2和中風(fēng)化W3混合片麻圍巖中穿過(guò)，覆土自下而上依次為：W2弱風(fēng)化混合片麻巖，W3強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖，W4全風(fēng)化混合片麻巖，粉質(zhì)粘土等。這是一種典型的上軟下硬地層。

圖1 刀盤(pán)模型圖

在實(shí)際施工中，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜以及對(duì)盾構(gòu)的操作經(jīng)驗(yàn)缺少，刀盤(pán)遇到了問(wèn)題。在盾構(gòu)掘進(jìn)至200環(huán)時(shí)刀盤(pán)中心區(qū)域發(fā)生結(jié)泥餅現(xiàn)象，該區(qū)域內(nèi)滾刀完全抱死不轉(zhuǎn)，安裝滾刀的梁結(jié)構(gòu)發(fā)生變形，引起刀盤(pán)盤(pán)面向內(nèi)凹陷，中心區(qū)的梁結(jié)構(gòu)軸向變形最大約為60mm，并且在中度風(fēng)化巖層中掘進(jìn)效率不高。針對(duì)這種狀況，對(duì)刀盤(pán)進(jìn)行了異常工況下強(qiáng)度和變形的分析。

在異常工況下進(jìn)行刀盤(pán)的分析與校核，首先應(yīng)考察引起刀盤(pán)載荷不均勻的主要影響因素。……