【摘 要】
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近年来,随着我国交通、水利等领域基础建设的快速发展,盾构法已在隧道施工中得到广泛应用。但常规盾构机多适应抗压强度R≤80Mpa的岩层,对于R>80Mpa超高强硬岩多采用钻爆法施工。本文以福州轨道交通五号线[农林大学站]至[洪塘站]区间超高强硬岩段盾构法掘进为工程背景,采用实验室测定、数值模拟、理论分析、现场实测等综合研究方法,开展滚刀破岩机理、掘进参数优化以及盾构机穿越超高硬岩地层施工技术等方面的
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近年来,随着我国交通、水利等领域基础建设的快速发展,盾构法已在隧道施工中得到广泛应用。但常规盾构机多适应抗压强度R≤80Mpa的岩层,对于R>80Mpa超高强硬岩多采用钻爆法施工。本文以福州轨道交通五号线[农林大学站]至[洪塘站]区间超高强硬岩段盾构法掘进为工程背景,采用实验室测定、数值模拟、理论分析、现场实测等综合研究方法,开展滚刀破岩机理、掘进参数优化以及盾构机穿越超高硬岩地层施工技术等方面的研究,对今后类似地质条件下盾构法施工具有重要的理论意义和应用价值。主要研究工作如下:（1）基于工程施工区间上软下硬,以及硬岩～超高强微风化花岗岩地层特点,对比分析了明挖法、矿山法、盾构法、矿山法+盾构法、地面深孔爆破预处理+盾构法等硬岩地层掘进技术方案,针对选用的中铁装备552号盾构机设计参数,从盾构机刀盘开口方式、刀盘布置与材料,以及辅助系统等方面分析了其适应性,并提出了相应的技术改造方案。研究表明,选用改造后的552号盾构机可满足全断面超高硬岩施工要求。（2）建立了滚刀破岩离散元三维模元三维模型,根据现超高强硬岩试样物理力学性能测定结果,获得了离散元细观参数。数值模拟了正滚刀、中必滚刀和边缘滚刀破岩受力过程,厘定了不同滚刀受力变化和掌子面岩石破坏规律,揭示了多滚刀破岩相互作用了机理。研究结果表明,中心滚刀和正滚刀垂直力和滚动力与滚刀距刀盘中心距离成正比;边缘滚刀是保证开挖直径的关键,破岩量大,且最易磨损。（3）根据PFC掘进参数数值模拟结果,结合现场盾构施工采集的掘进参数海量数据,运用统计学理论,提出了适应硬岩～超高强微风化花岗岩地层特点的全断面岩层盾构施工技术参数:刀盘转速1.0～1.5r/min、贯入度 3～10mm/r、推进速度5～20mm/min、总推力13000～25000kN、刀盘扭矩 1800～2500kN.m。（4）通过现场试验,系统研究了千斤顶油缸分区压力与总推力、开舱换刀对掘进参数影响等,获得了贯入度、推进速度、总推力、刀盘扭矩、千斤顶分区油缸压力、开舱换刀之间关系,并针对盾构法穿越极硬岩地层遇到的刀具过度磨损、渣土滞排、管片错台、卡机、盾体滚动角偏大等技术难题,提出了相应的解决方案,为今后类似工程提供了理论基础和工程依据。图59表14参76
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