盾構(gòu)直接掘削大直徑鋼筋混凝土群樁研究.pdf

1、盾構(gòu)掘進(jìn)遭遇障礙物樁基時，直接切樁相比于傳統(tǒng)方法，影響周邊環(huán)境小、成本低、工期短，社會及經(jīng)濟(jì)效益顯著，但目前切樁理論研究與實施技術(shù)在國際范圍內(nèi)尚遠(yuǎn)未成熟，尤其是對于切削大直徑樁基。本文依托蘇州地鐵盾構(gòu)切削14根Φ1000～1200mm橋梁樁基工程，綜合采用調(diào)研、理論分析、有限元仿真、現(xiàn)場試驗和工程實測等研究手段，對盾構(gòu)直接掘削大直徑鋼筋混凝土群樁的相關(guān)機理、理論與技術(shù)進(jìn)行研究。主要研究內(nèi)容和成果如下:
　　(1)綜合考慮材料非線性

2、、幾何非線性以及接觸非線性，以國際大型非線性顯式動力軟件為分析平臺，對刀刃切削鋼筋、混凝土的切削過程、相互作用及細(xì)觀切削機理進(jìn)行了研究。
　　(2)切削鋼筋混凝土樁基應(yīng)選用負(fù)前角、雙面刃的刀具;通過有限元仿真獲得了刀刃前角、刃角、刃寬等對切筋、切砼的影響規(guī)律，并以適應(yīng)連續(xù)切削大直徑樁基為目標(biāo)，研發(fā)出了新型切樁專用刀具;通過建立三維切削鋼筋熱力耦合模型和三維切削混凝土全過程模型，揭示了新型刀具的動態(tài)切削過程及切削性能;結(jié)合仿真計算結(jié)

3、果并對比各種磨損類型的發(fā)生條件，指出刀具合金切削鋼筋、混凝土對應(yīng)的磨損機理為硬質(zhì)點磨粒磨損。
　　(3)從理論上對切樁刀盤刀具配置進(jìn)行了深入研究:刀具布置形式可采用同心圓法，相鄰刀具宜以等相位角差值進(jìn)行定位，切削軌跡的間距確定應(yīng)以能實現(xiàn)全覆蓋面切削混凝土為原則;考慮掘削樁基對刀盤刀具的多功能需求，提出了包括有正面大貝殼刀、邊緣大貝殼刀、中心小貝殼刀、仿形貝殼刀以及羊角儲備刀在內(nèi)的刀盤群刀綜合配置方案。
　　(4)通過建立刀盤

4、切樁數(shù)學(xué)模型，編制刀盤受力計算程序，獲得了推力扭矩與刀盤不平衡力的變化特征，以及樁基尺寸大小、偏移距離對刀盤受力的影響規(guī)律，并給出了相應(yīng)的主動掘削參數(shù)設(shè)置建議;采用國際大型機械設(shè)計軟件建立了切樁刀盤刀具模型，并針對最不利的切削工況，對刀盤剛度進(jìn)行檢算并提出了加固措施。
　　(5)開展了國內(nèi)外首次的盾構(gòu)直接切削鋼筋混凝土樁基現(xiàn)場試驗，分析了切樁效果、刀具損傷規(guī)律以及掘削參數(shù)特征等，對刀具配置和掘削參數(shù)初步方案的合理性進(jìn)行了驗證，并根