基于地層變異的盾構刀具磨損風險分析及其預測模型研究.pdf

1、隨著我國經濟的快速發(fā)展，長距離大直徑盾構隧道的建設項目與日俱增。盾構技術不僅在比較均勻、單一的土層中得到了廣泛應用，在各種軟硬交替的復合地層中也得到應用。在盾構施工中，經常出現(xiàn)盾構刀具嚴重磨損的問題，目前針對與地層變異有關的盾構刀具磨損的理論分析與預測模型研究較少。本文通過分析刀具的磨損原因及機理，研究了隧道開挖面地層的變異性，建立了考慮地層變異特性的盾構刀具磨損預測模型。論文主要研究內容及成果如下：
　　 (1)復合式盾構刀盤

2、與刀具失效的風險分析。系統(tǒng)地總結和分析復合式盾構刀具磨損情況，對滾刀和切削刀具的磨損進行分類；在收集國內外盾構刀盤、刀具失效案例的基礎上，采用事故樹方法，對復合式盾構刀盤刀具的失效風險進行研究，得到盾構刀盤刀具失效的關鍵性風險影響因素。
　　 (2)盾構刀盤與刀具工作原理及組合設計的理論分析。通過對國內外隧道工程使用的盾構刀盤型式統(tǒng)計分析，對盾構刀盤面板和輻條的布置類型進行了歸類；根據刀具的工作原理，對不同地層的刀盤刀具組合配置

3、及刀具布置規(guī)律開展了研究，推導了不同工程實例中盾構刀具螺旋線布置的計算公式；分析了盾構刀具組合配置的地層適應性風險，并總結了國內典型區(qū)域隧道施工選用的盾構型式及刀具配置。
　　 (3)地層變異規(guī)律及其預測風險分級研究。采用地質統(tǒng)計學方法，研究隧道開挖面地層的空間變異性，得到地層變異函數(shù)理論模型；利用周邊地質鉆孔信息進行Kriging估值，獲得隧道斷面地層的分布信息；對Kriging預測結果進行誤差分析與風險分級，并采用工程實例應

4、用與驗證。
　　 (4)特殊地層變異規(guī)律及勘探網最優(yōu)布置研究。采用地質統(tǒng)計學方法，針對特殊的隧道斷面地層(如含有夾層、不連續(xù)地層及復合地層)的空間變異性進行預測研究；通過對工程初詳勘鉆孔資料的地層變異性分析，提出了根據估計方差來合理確定最優(yōu)的勘探網度和補充地質鉆孔的孔位布置方法。
　　 (5)復合地層盾構掘進施工刀具磨損預測模型研究。通過對國內外學者研究成果的綜合分析，提出巖土體耐磨性是影響盾構刀具磨損失效的關鍵性指標，