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作者：江智文郑州轻工业大学

学位级别：硕士

刀盘作为盾构机的关键部件,服役于地下恶劣的工作环境（高温、高压、高硬度围岩）中。刀盘工作条件极其复杂,载荷具有随机性、多样性和不确定性,随之产生的大扭矩、大推力和随机冲击载荷会导致刀盘产生强烈的振动,甚至一些关键部位（如... 详细信息

刀盘作为盾构机的关键部件,服役于地下恶劣的工作环境（高温、高压、高硬度围岩）中。刀盘工作条件极其复杂,载荷具有随机性、多样性和不确定性,随之产生的大扭矩、大推力和随机冲击载荷会导致刀盘产生强烈的振动,甚至一些关键部位（如牛腿处、刀盘连接处等）还可能出现断裂现象。所以本文主要围绕直径为8.46m复合刀盘及其关键部位焊缝的力学性能及疲劳性能展开研究。研究的内容主要包括以下几点:1)通过Solidworks软件进行刀盘实体建模并将模型导入Ansys Workbench进行网格划分、边界条件施加、材料参数定义,得到复合刀盘的有限元模型。本研究针对不同工况（均载、偏载、极限）、地质（软土、复合、硬岩）情况下的复合刀盘进行有限元结构静力分析。计算结果表明:工况和地质条件对刀盘的力学性能影响显著;刀盘的应力集中且应力较大的区域发生在刀盘截面急剧变化的牛腿附近。有限元分析结果与复合刀盘在工程实际中失效部位一致。2)针对复合刀盘进行了模态和谐响应动力学分析,研究结果表明:复合刀盘前十阶固有频率介于32.145-63.530 Hz,远离盾构机工作激励频率,刀盘在施工过程中不会发生共振。动静力学结果表明:本研究中的8米级复合刀盘结构设计满足工程需要。3)基于应力法运用n Code Design Life对不同工况条件下的刀盘结构进行疲劳耐久性分析,确定其疲劳寿命范围。在此基础上,为进一步研究复合刀盘具体疲劳薄弱区,建立了复合刀盘关键部位的焊缝模型,利用实体焊缝疲劳分析模块对焊缝处的寿命进行疲劳预测,主要内容包括焊缝位置文件的定义、材料S-N曲线以及载荷谱的获取。结果显示:刀盘疲劳损伤最大处发生在牛腿与面板相接处,与工程中发现的失效区域一致。4)为进一步提高复合刀盘的抗疲劳寿命,从焊接工艺和结构设计两方面提出改进建议。以实体焊缝为研究对象借助单元生死技术以及双椭球热源模型模拟了刀盘牛腿处焊缝的焊接过程,研究了复合刀盘焊缝处的残余应力。另外,结合有限元结果和疲劳仿真模拟通过增加支撑靴的方式对刀盘牛腿局部结构进行改进,发现改进后刀盘的最大等效应力和位移分别下降了14.69%、12.65%,且结构改进后的复合刀盘寿命从3.016E+5提高至3.874E+5次循环。本课题通过对不同工况和地质下的复合刀盘进行有限元结构分析以及疲劳耐久性分析,验证了该复合刀盘结构设计的合理性;确定了复合刀盘的应力集中区域以及疲劳薄弱区为其结构设计、疲劳寿命研究提供了有益的参考。

关键词：复合刀盘力学分析疲劳分析焊接仿真局部结构改进

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复合刀盘中心阀块组件设计特点研究

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智能建筑与工程机械 2020年第1期2卷 69-71页

作者：孙相志马俊江秦皇岛天工重工有限公司河北秦皇岛066004

本文介绍了一种在隧道施工中用于开挖隧道的掘进机刀盘中心阀块组件,论述了刀盘中心阀块组件的部件组成、设计特点以及其与刀盘、中心回转接头组件的连接方式和工作原理。实践证明作为中心回转接头和刀盘的过渡连接部件,该中心阀块组件... 详细信息

本文介绍了一种在隧道施工中用于开挖隧道的掘进机刀盘中心阀块组件,论述了刀盘中心阀块组件的部件组成、设计特点以及其与刀盘、中心回转接头组件的连接方式和工作原理。实践证明作为中心回转接头和刀盘的过渡连接部件,该中心阀块组件对刀盘仿形刀的润滑和伸缩、磨损检测刀具磨损量的准确监测、刀盘泥材和泡沫注入口的顺畅工作提供有力保障。

关键词：盾构机复合刀盘中心阀块组件中心阀块

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复合盾构刀盘在富水砂卵石地层地铁隧道中的应用

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现代隧道技术 2020年第S1期57卷 1238-1243页

作者：赵康中铁二十局集团第四工程有限公司青岛266061

目前越来越多的隧道采用盾构法施工,在盾构施工中刀盘的设计和刀具的配置选用能否有效应对支护和开挖问题,直接影响整个工程的工期和施工效益。尤其是在富水砂卵石地层中,盾构刀盘刀具受力复杂,刀具磨损严重,刀盘结泥饼,地表沉降大,因... 详细信息

目前越来越多的隧道采用盾构法施工,在盾构施工中刀盘的设计和刀具的配置选用能否有效应对支护和开挖问题,直接影响整个工程的工期和施工效益。尤其是在富水砂卵石地层中,盾构刀盘刀具受力复杂,刀具磨损严重,刀盘结泥饼,地表沉降大,因此盾构刀盘设计和刀具配置更为重要。文章以青岛市地铁1号线土建二标07工区汽流区间为例,详细总结了复合式土压平衡盾构机在富水砂卵石地层中刀盘刀具的配置及应用情况。实际效果表明,通过优化刀具配置,实现了盾构长距离安全掘进,有效地控制了地表沉降。

关键词：盾构隧道复合刀盘富水砂卵石地层刀具配置刀具磨损

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福州轨道交通4号线1标过闽江复合盾构刀盘设计

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上海建设科技 2020年第2期 27-31,35页

作者：闵锐上海隧道工程有限公司机械制造分公司

复合盾构面临的地质工况条件是所有盾构机类型中最复杂的。复合刀盘必须适应特定的地质工况条件,是复合盾构设计的关键。结合福州4号线1标段过闽江复合盾构项目,就复合刀盘设计的关键技术进行了分析讨论,同时采用多目标优化算法对滚刀... 详细信息

复合盾构面临的地质工况条件是所有盾构机类型中最复杂的。复合刀盘必须适应特定的地质工况条件,是复合盾构设计的关键。结合福州4号线1标段过闽江复合盾构项目,就复合刀盘设计的关键技术进行了分析讨论,同时采用多目标优化算法对滚刀布置进行了优化。

关键词：复合盾构复合刀盘刀盘盘体滚刀布置优化

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新加坡C902地铁隧道工程项目6640mm铰接式土压平衡复合盾构的研制

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现代隧道技术 2012年第3期49卷 186-192,197页

作者：徐晓磊上海隧道股份有限公司机械制造分公司上海200137

盾构设计的合理性和科学性是盾构设备安全可靠和高效施工的基础。文章通过对新加坡C902地铁隧道工程项目6 640 mm铰接式土压平衡复合盾构的技术研究和工程应用,介绍其设计条件及主要技术参数,着重对该盾构及其相关设备组成部分进行了... 详细信息

盾构设计的合理性和科学性是盾构设备安全可靠和高效施工的基础。文章通过对新加坡C902地铁隧道工程项目6 640 mm铰接式土压平衡复合盾构的技术研究和工程应用,介绍其设计条件及主要技术参数,着重对该盾构及其相关设备组成部分进行了详细论述。此复合盾构在系统优化及设计理念的先进性上比原先的盾构有很大的提高,尤其是增加了很多人性化的设计。

关键词：土压平衡盾构复合刀盘驱动装置管片拼装机液压系统

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泥水平衡顶管机在拱北隧道曲线管幕工程中的应用

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铁道标准设计 2015年第4期59卷 98-101页

作者：李刚中铁十八局集团有限公司天津300222

依托港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线管幕工程,介绍在复杂地质条件下长距离曲线管幕顶管设备选型,以及选用德国海瑞克AVN1200TC泥水平衡顶管机的顶进、UNS导向、操作控制、泥水处理等四大系统,通过曲线顶管工艺试验和已完成的隧道中板... 详细信息

依托港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线管幕工程,介绍在复杂地质条件下长距离曲线管幕顶管设备选型,以及选用德国海瑞克AVN1200TC泥水平衡顶管机的顶进、UNS导向、操作控制、泥水处理等四大系统,通过曲线顶管工艺试验和已完成的隧道中板处4根顶管的成功实践,从顶进精度控制、顶管施工对周边环境的影响和顶进工效等方面,对设备应用情况进行分析和评价,能够满足拱北隧道管幕工程施工需要。

关键词：公路隧道曲线管幕泥水平衡顶管机复合刀盘顶进系统 UNS导向系统操作控制系统泥水处理系统

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