【摘要】：為研究擠壓地層雙護盾隧道掘進機(TBM)作用下圍巖變形及應力場特征,采用FLAC~(3D)建立了完整模型,并詳細闡述了隧道掘進機(TBM)施工過程中的模擬方法,重點分析了隧洞縱橫斷面內圍巖位移場、應力場、塑性區(qū)特征。模擬結果表明,兩腰下部范圍內的圍巖與TBM護盾發(fā)生接觸并產生擠壓,拱頂并未接觸;受刀盤與護盾連接處的尺寸高差和前后護盾的錐度影響導致仰拱圍巖內出現(xiàn)3次加卸載,仰拱內部環(huán)向應力和徑向應力均大于拱頂和兩腰,而且其主應力方向與徑向線斜交,受擾動劇烈,但仰拱下方70°范圍內的圍巖基本處于彈性狀態(tài);橫向斷面內圍巖塑性區(qū)自上而下逐漸減小,且距掌子面越遠塑性區(qū)范圍越大,但后盾塑性區(qū)范圍變化不大。
【圖文】：

鍤BM的幾何尺寸及主要部件技術參數詳見表2。表2雙護盾TBM幾何尺寸及相關技術參數[6]Table2GeometryandrelatedtechnicalparametersofdoubleshieldTBM[6]DS-TBM主要部件量值開挖/刀盤直徑/m9.44/9.30前、后盾直徑（外）/m9.24/9.18管片直徑（外）/m9成洞直徑/m8.1刀盤長度/m0.75前、后盾長度/m5/6護盾厚度/m0.03管片寬度、厚度/m2/0.45最大刀盤推力/MN17TBM自重/kN1300主推進油缸最大推力/MN50輔助油缸最大推力/MN80為了清晰地反映護盾與圍巖之間的空間位置關系，繪制了前盾及后盾處的橫斷面圖如圖1所示。從圖中可以看出，前后護盾圓周雖然同心，但由于刀盤采用偏心設計并裝有擴挖刀具，導致前后護盾幾何中心與隧道開挖斷面形心不重合，與圍巖表面之間產生不均勻間隙，其特征是拱頂間隙大于兩幫間隙，兩幫間隙大于底板間隙。為方便后文敘述，拱頂、邊墻及仰拱洞壁表面位置分別使用1#～3#參考點標記。(a)前盾(b)后盾圖1護盾與圍巖之間的不均勻間隙Fig.1Thenonuniformgapbetweenshieldandground不均勻間隙3#2#1#

向位移。③按照設定的開挖步長（沿隧道軸線方向每次步進1m）進行首次開挖。④刀盤推力的施加：當開挖掉當前巖體網格時立即在開挖面上施加刀盤推力，，其值為0.25MPa（刀盤推力除以開挖面面積），這里假定作用在掌子面上的推力為均勻分布力，因采用滾刀破巖，相對于淺埋土壓盾構或泥水盾構作用在掌子面上的線性分布略有不同，而且刀盤推力在每次步進循環(huán)中都要施加，滾刀破巖所需的切向切削力、撐靴的支撐力，作用在盾尾管片襯砌上的油缸推力均沒有考(a)模型縱剖面邊界條件及尺寸(b)模型橫斷面及TBM各部件邊界條件圖2TBM模型尺寸及邊界條件Fig.2ThegeometryofTBMmodelandboundaryconditions慮。應注意當下開挖巖體的后方為空模型，但網格依舊存在，一旦將空模型改變成其他模型，這些網格便會顯示出來，而先前施加的掌子面推力仍然存在，所以在每次步進之前應移除后方網格上的推力，8DAAⅠⅣⅢⅡⅤⅥABCDEFGHIJKLMNOPYZ21DA-AXZ
【作者單位】： 中國礦業(yè)大學深部巖土力學與地下工程國家重點實驗室;中國礦業(yè)大學力學與建筑工程學院;中國科學院武漢巖土力學研究所巖土力學與工程國家重點實驗室;
【基金】：國家重點基礎研究發(fā)展計劃(973)項目(No.2014CB046905)~~
【分類號】：U451.2

【參考文獻】

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本文編號：2531592