盾构推进系统布局设计方法

前言

第1章 绪论

1.1引言

1.2盾构的发展历史及研究状况

1.2.1盾构发展历史

1.2.2国外盾构研究状况

1.2.3国内盾构研究状况

1.3土压平衡盾构推进系统研究

参考文献

第2章 推进系统力学建模

2.1推进系统受力分析

2.1.1推进系统掘进阻力分析

2.1.2推进系统水平阻力矩分析

2.1.3推进系统纵向阻力矩分析

2.2推进系统力学模型构建

2.3本章小结

参考文献

第3章 推进系统力传递特性分析

3.1均匀地层下推进系统空间力椭圆模型构建及力传递特性分析

3.1.1均匀系统空间力椭圆模型构建及力传递特性分析

3.1.2四分区系统空间力椭圆模型构建及力传递特性分析

3.1.3非均匀系统空间力椭圆模型构建及力传递特性分析

3.1.4空间力椭圆模型应用

3.2复合地层下推进系统空间力椭圆模型构建及力传递特性分析

3.2.1推进系统偏心率“树干”模型构建及力传递特性分析

3.2.2推进系统偏心率圆锥面模型构建及力传递特性分析

3.2.3推进系统适应性模型构建及力传递特性分析

3.3本章小结

参考文献

第4章 推进系统力传递评估方法及指标

4.1偏心率“树干”法

4.2推力变化相对系数法

4.3推力变异系数法

4.4本章小结

参考文献

第5章 推进系统设计及应用

5.1盾构推进系统承载能力分析

5.1.1获取基于空间力椭圆模型的承载系数

5.1.2推进系统力承载系数特性分析

5.1.3盾构推进系统承载特征线模型的应用

5.2基于变刚度推进系统变形特性分析

5.2.1盾构推进系统变形椭圆模型构建

5.2.2均匀系统变形特性分析

5.2.3非均匀系统变形特性分析

5.2.4复合地层下推进系统变形树干模型构建

5.3基于变刚度推进系统振动固有频率特性分析

5.3.1推进系统振动模型构建

5.3.2推进系统振动频率线构建

5.4均匀地层下推进系统布局设计优化方法及应用

5.4.1推进系统布局设计总体性评价指标

5.4.2均匀地层下盾构非均匀推进系统布局优化设计

5.4.3均匀地层下盾构分区推进系统布局优化设计

5.5复合地层下推进系统布局设计优化方法及应用

5.5.1等差布局设计

5.5.2几何级数布局设计

5.5.3北京、石家庄等城市地铁隧道施工建设案例

5.5.4德国杜塞尔多夫城市地铁隧道施工建设案例

5.6本章小结

参考文献 2100433B

本书首先介绍了盾构的发展历程、国内外相关研究成果和土压平衡盾构推进系统的研究现状，建立了盾构推进系统的力学模型，构建了均匀地层和复合地层下的盾构推进系统空间力椭圆模型；之后对该空间力椭圆模型的传递特性进行了分析，提出了推进系统力传递评估方法及指标;*后介绍了盾构推进系统的结构特性分析和设计优化方法，并给出了相关地铁隧道施工建设的实际案例。

本书可供高等院校机械工程相关专业的高年级本科生和研究生使用，也可供从事工程设计、优化评估等方面的工程技术人员和科研人员参考。

项目针对超大断面盾构尺寸、自重和电液系统功率的增加，引起盾构掘进姿态改变和电液系统控制参数调整过程中围岩扰动过大的问题，从掘进载荷建模、推进电液系统扰动分析与参数优化、复杂地质条件下盾构推进电液系统控制方法三个方面，研究了超大断面盾构推进电液系统低围岩扰动调控方法。分析了掘进过程中盾构与围岩相互作用的力学行为，研究了围岩地质参数、掘进装备动力参数、位姿参数对掘进载荷的影响规律，综合考虑掘进载荷的多种影响因素及其不确定性，提出了数据驱动的掘进载荷建模方法，实现了盾构在非均匀地层中掘进载荷的预测和分析，并结合施工实例，对载荷模型的有效性进行了验证；运用CFD数值模拟方法以及代理模型技术，分析了液压系统控制阀特征参数切换过程中系统压力与流量瞬变特性，以减小压力扰动幅值为优化目标，利用正交实验设计方法筛选主要影响参数作为设计变量，运用最优拉丁超立方法构建采样空间和代理模型，采用模拟退火算法求解模型全局最优解，获取了具有最小系统扰动特征的推进电液系统参数组合；针对盾构位姿调整运动特性及地层对盾构约束载荷特性进行了分析，建立了盾构位姿调整过程的动力学方程，在围岩载荷信息前馈、推进电液系统参数调整规律优化基础上，提出了具有低围岩扰动特征的超大断面盾构推进电液系统调控方法，并通过模拟实验对所提出的盾构推进电液系统调控方法的效果进行了验证。通过项目的实施，目前已发表论文7篇，其中SCI论文5篇（JCR Q1 3篇，JCR Q2 2篇），EI论文2篇，授权发明专利7项，受理发明专利2项，获得2018年辽宁省自然科学学术成果奖二等奖1项，国际会议最佳论文奖（Best Paper Award）1项。 2100433B