盾構(gòu)隧道掘進機,簡稱盾構(gòu)機(shieldmachine)。它是一種軟土隧道掘進的專用工程機械,F(xiàn)代盾構(gòu)機集光、機、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體,具有開挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、測量導向糾偏等功能,涉及地質(zhì)、土木、機械、力學、液壓、電氣、控制、測量等多門學科技術(shù)。
隨著我國工程建設(shè)與城市地鐵的快速發(fā)展,盾構(gòu)機得到了廣泛應(yīng)用。從早期英國人發(fā)明和運用盾構(gòu)施工技術(shù)后,經(jīng)過近200年的發(fā)展,技術(shù)人員攻克了盾構(gòu)設(shè)計制造和施工中的許多關(guān)鍵技術(shù)難題,使得盾構(gòu)技術(shù)獲得長足的發(fā)展。20世紀90年代以來,閉胸式泥水加壓盾構(gòu)機和土壓平衡式盾構(gòu)機成為世界范圍內(nèi)的主流產(chǎn)品。廠家可依據(jù)不同的地質(zhì)條件、不同的工程對象,以及使用單位的不同要求,設(shè)計、生產(chǎn)出不同直徑、不同類型、滿足各種特殊要求的盾構(gòu)機,使得盾構(gòu)機具有良好的適應(yīng)性,極大地滿足了用戶的需求。
我國盾構(gòu)機的設(shè)計、制造技術(shù)是在對國外先進技術(shù)的引進、消化吸收和再創(chuàng)新的過程中發(fā)展起來的,為實現(xiàn)自主創(chuàng)新,發(fā)展國家的裝備工業(yè)水平,需要從盾構(gòu)機的土機作用機理、設(shè)計理論、計算方法和設(shè)計手段上開展基礎(chǔ)研究。本書是作者根據(jù)自己已有的研究成果、研究經(jīng)歷和實踐經(jīng)驗,結(jié)合新街臺格廟礦區(qū)、成都地鐵等工程實際,針對盾構(gòu)機施工和設(shè)計中遇到的問題,在刀盤、刀具、主軸承、推進系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的優(yōu)化設(shè)計,以及盾構(gòu)機關(guān)鍵參數(shù)的匹配上展開的深入研究,對提高設(shè)計與施工質(zhì)量有積極的意義。另外,為了保證盾構(gòu)施工的安全、高效,對刀具破巖試驗平臺及關(guān)鍵部件的可靠性與剩余壽命進行了拓展研究,希望能夠提高盾構(gòu)機復雜工況下的可靠性和經(jīng)濟性。
本書圍繞盾構(gòu)機設(shè)計與計算展開,緊扣盾構(gòu)機設(shè)計與施工中的關(guān)鍵問題,這也是編著本書的著力點。研究人員吸收了國內(nèi)外盾構(gòu)設(shè)計的相關(guān)理論,與工程實際緊密結(jié)合,內(nèi)容具有針對性、先進性、實用性等特點,豐富了盾構(gòu)機設(shè)計領(lǐng)域的研究成果與方法,同時也可為廣大盾構(gòu)機設(shè)計、施工運用、維修改造等研究人員提供參考。
在本書的編著過程中,研究生戈文昌、王默、謝友慧、戴文浩、楊延棟、韓勇、吳和北、熊艷梅、陶偉、賈權(quán)、張瑀、趙昌盛、曾文字、宋穎鵬等人為本書的編寫和研究付出了努力和工作。
盾構(gòu)機技術(shù)在國內(nèi)起步較晚但發(fā)展迅速,這離不開廣大從業(yè)人員的通力合作。盾構(gòu)機的研究涉及很多學科,需要我們孜孜不倦地探索,書中存在疏漏和不妥之處,希望讀者批評指正,以便共同努力,促進盾構(gòu)機設(shè)計、制造技術(shù)的長足進步!
管會生,教授,工學博士。畢業(yè)于西南交通大學,1983年獲得西南交通大學工程機械專業(yè)工學學士學位,1986年獲得西南交通大學橋梁與隧道工程專業(yè)碩士學位,2008年獲得西南交通大學隧道工程專業(yè)博士學位。
2010年以來歷任西南交通大學機械工程學院工程機械專業(yè)教研室主任,西南交通大學機械工程學院工程機械系副主任等職,主要從事工程機械機械設(shè)計及理論,盾構(gòu)、TBM掘進機及隧道工程機械技術(shù)。高速鐵路施工、維護重大裝備關(guān)鍵技術(shù)等方面的研究工作。近年來主持國家重點研發(fā)計劃課題、國家科技支撐計劃課題等縱、橫向科研項目10余項,發(fā)表高水平科技論文40余篇。
1 盾構(gòu)刀盤選型及設(shè)計相關(guān)理論
1.1 地層與刀盤選型
1.2 刀盤載荷相關(guān)理論
1.3 刀盤設(shè)計參數(shù)
1.4 刀盤與工作面相互關(guān)系分析
2 雙模盾構(gòu)刀盤選型及結(jié)構(gòu)優(yōu)化
2.1 雙模盾構(gòu)刀盤選型及地質(zhì)適應(yīng)性
2.2 雙模盾構(gòu)刀盤力學分析及結(jié)構(gòu)優(yōu)化
2.3 雙模盾構(gòu)刀具布置優(yōu)化
2.4 刀盤自重引起的盾構(gòu)栽頭及刀盤偏心設(shè)計
3 刀盤輕量化設(shè)計
3.1 刀盤結(jié)構(gòu)有限元分析
3.2 刀盤靜力分析
3.3 危險工況分析
3.4 刀盤輕量化
4 滾刀磨損壽命預測與破巖仿真
4.1 滾刀失效形式及磨損機理
4.2 滾刀磨損模型及壽命預測模型
4.3 基于LS-DYNA滾刀破巖數(shù)值仿真
4.4 滾刀磨損與破巖效率多目標優(yōu)化
5 主軸承設(shè)計研究
5.1 主軸承概述
5.2 主軸承荷載
5.3 主軸承結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計
5.4 圓柱滾子結(jié)構(gòu)有限元分析及優(yōu)化
5.5 主軸承溫度場分布分析
5.6 熱應(yīng)力耦合下的主軸承疲勞壽命研究
6 推進系統(tǒng)選型及布局方法研究
6.1 推進系統(tǒng)選型研究
6.2 雙模盾構(gòu)推進系統(tǒng)選型
6.3 基于推力均勻性的推進油缸布局研究
6.4 基于剛度特性的推進油缸布局研究
6.5 基于振動特性的推進油缸布局研究
7 盾構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)選型匹配
7.1 盾構(gòu)主機設(shè)備配置
7.2 雙模盾構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)的確定及配置
7.3 煤礦斜井雙模盾構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)匹配關(guān)系
8 砂卵石地層盾構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)匹配
8.1 關(guān)鍵掘進參數(shù)
8.2 關(guān)鍵掘進參數(shù)相關(guān)性研究
8.3 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵參數(shù)預測
8.4 關(guān)鍵掘進參數(shù)配置研究
9 刀具破巖試驗裝置設(shè)計研究
9.1 盾構(gòu)刀具分類
9.2 刀具破巖仿真試驗
9.3 試驗裝置方案設(shè)計
9.4 試驗裝置結(jié)構(gòu)有限元分析
10 盾構(gòu)下坡掘進載荷模型及栽頭問題研究
10.1 盾構(gòu)下坡掘進載荷分析
10.2 盾構(gòu)機栽頭成因
10.3 盾構(gòu)機底部土體地基反力分布
10.4 栽頭問題實例分析
11 關(guān)鍵部件可靠性及剩余使用壽命評估
11.1 基于性能退化的設(shè)備可靠性評估模型
11.2 刀盤面板可靠性及剩余使用壽命評估
11.3 螺旋軸評估可靠性及剩余使用壽命評估
參考文獻