[发明专利]一种基于楔犁刀松动剥落砂卵石地层的盾构优化设计方法有效

专利信息
申请号: 202111248986.0 申请日: 2021-10-26
公开(公告)号: CN113704862B 公开(公告)日: 2022-01-25
发明(设计)人: 张晋勋;周刘刚;殷明伦;张雷;江华;江玉生;龙长喜 申请(专利权)人: 北京城建集团有限责任公司
主分类号: G06F30/13 分类号: G06F30/13;G06F30/17;G06F30/20;E21D9/08;G06F119/14
代理公司: 北京中知星原知识产权代理事务所(普通合伙) 11868 代理人: 艾变开
地址: 100088 *** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 基于 楔犁刀 松动 剥落 卵石 地层 盾构 优化 设计 方法
【权利要求书】:

1.一种基于楔犁刀松动剥落砂卵石地层的盾构优化设计方法,包括如下步骤:

步骤一,确定松动剥落砂卵石地层的盾构楔犁刀形式,采用贝壳型楔犁刀;

步骤二:根据所确定的楔犁刀形式,计算楔犁刀在松动剥落地层时刀具不同位置所受极限荷载,确定合金块的布置方式;

步骤三:依据地层磨蚀性及区间特征,确定合金块高度,其中区间特征包括掘进距离、断面大小以及掘进贯入度;

步骤四:根据刀具所受极限荷载,计算刀具楔犁所需切削力、顶进力,优选刀具外型特征参数设计方案;

步骤五:对由步骤一~四设计得到的楔犁刀进行针对性优化设计;

步骤六:计算楔犁刀松动剥落砂卵石地层所需动力,并根据计算得到的所需动力,配置盾构机的动力驱动系统。

2.根据权利要求1所述的优化设计方法,其特征在于:

步骤二具体包括:

(1)确定刀具不同位置所受极限荷载:

楔犁刀在松动剥落地层时包含楔犁刀刀头的挤压作用与楔犁刀刀身的楔犁作用,刀具不同位置所受极限荷载包括:刀头挤压地层反力F1、刀身楔犁原状地层反力F2、刀身切削犁松土反力F3、刀侧侧向土压力F4

(2)计算楔犁刀刀头挤压极限荷载;

(3)计算楔犁刀刀身楔犁极限荷载;

(4)根据计算得到的刀头挤压极限荷载与刀身楔犁极限荷载,确定合金块的布置方式。

3.根据权利要求2所述的优化设计方法,其特征在于:

(2)楔犁刀刀头挤压极限荷载计算如下:

定义松动剥落砂卵石地层时的刀头挤压极限荷载pu1,静力平衡条件为:

式中,为刚性核与松动区域界面黏聚力在刀运动方向上的分量,Ep为刚性核两个侧面上的被动土压力,被动土压力Ep由滑动面上砂卵石土咬合力c产生的抗力Ep1及土压力p产生的抗力Ep2构成,因此

得刀头挤压极限荷载:

式中,N1N2仅取决于砂卵石土的内摩擦角,计算公式为

土压力p由盾构埋深、刀具在刀盘上的位置所决定,按下式计算

式中,p0为盾构中心处静止土压力,k为侧压力系数,γ为土体重度,Ri为刀具轨迹半径,α为刀具旋转角度。

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