盾構(gòu)隧道掘進(jìn)機(jī),簡(jiǎn)稱(chēng)盾構(gòu)機(jī)(shieldmachine)。它是一種軟土隧道掘進(jìn)的專(zhuān)用工程機(jī)械。現(xiàn)代盾構(gòu)機(jī)集光、機(jī)、電、液、傳感、信息技術(shù)于一體,具有開(kāi)挖切削土體、輸送土渣、拼裝隧道襯砌、測(cè)量導(dǎo)向糾偏等功能,涉及地質(zhì)、土木、機(jī)械、力學(xué)、液壓、電氣、控制、測(cè)量等多門(mén)學(xué)科技術(shù)。
隨著我國(guó)工程建設(shè)與城市地鐵的快速發(fā)展,盾構(gòu)機(jī)得到了廣泛應(yīng)用。從早期英國(guó)人發(fā)明和運(yùn)用盾構(gòu)施工技術(shù)后,經(jīng)過(guò)近200年的發(fā)展,技術(shù)人員攻克了盾構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhǎng)足的發(fā)展。20世紀(jì)90年代以來(lái),閉胸式泥水加壓盾構(gòu)機(jī)和土壓平衡式盾構(gòu)機(jī)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(duì)象,以及使用單位的不同要求,設(shè)計(jì)、生產(chǎn)出不同直徑、不同類(lèi)型、滿(mǎn)足各種特殊要求的盾構(gòu)機(jī),使得盾構(gòu)機(jī)具有良好的適應(yīng)性,極大地滿(mǎn)足了用戶(hù)的需求。
我國(guó)盾構(gòu)機(jī)的設(shè)計(jì)、制造技術(shù)是在對(duì)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)、消化吸收和再創(chuàng)新的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的,為實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新,發(fā)展國(guó)家的裝備工業(yè)水平,需要從盾構(gòu)機(jī)的土機(jī)作用機(jī)理、設(shè)計(jì)理論、計(jì)算方法和設(shè)計(jì)手段上開(kāi)展基礎(chǔ)研究。本書(shū)是作者根據(jù)自己已有的研究成果、研究經(jīng)歷和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),結(jié)合新街臺(tái)格廟礦區(qū)、成都地鐵等工程實(shí)際,針對(duì)盾構(gòu)機(jī)施工和設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題,在刀盤(pán)、刀具、主軸承、推進(jìn)系統(tǒng)等關(guān)鍵部件的優(yōu)化設(shè)計(jì),以及盾構(gòu)機(jī)關(guān)鍵參數(shù)的匹配上展開(kāi)的深入研究,對(duì)提高設(shè)計(jì)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(duì)刀具破巖試驗(yàn)平臺(tái)及關(guān)鍵部件的可靠性與剩余壽命進(jìn)行了拓展研究,希望能夠提高盾構(gòu)機(jī)復(fù)雜工況下的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。
本書(shū)圍繞盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算展開(kāi),緊扣盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)與施工中的關(guān)鍵問(wèn)題,這也是編著本書(shū)的著力點(diǎn)。研究人員吸收了國(guó)內(nèi)外盾構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)理論,與工程實(shí)際緊密結(jié)合,內(nèi)容具有針對(duì)性、先進(jìn)性、實(shí)用性等特點(diǎn),豐富了盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的研究成果與方法,同時(shí)也可為廣大盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)、施工運(yùn)用、維修改造等研究人員提供參考。
在本書(shū)的編著過(guò)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(shū)的編寫(xiě)和研究付出了努力和工作。
盾構(gòu)機(jī)技術(shù)在國(guó)內(nèi)起步較晚但發(fā)展迅速,這離不開(kāi)廣大從業(yè)人員的通力合作。盾構(gòu)機(jī)的研究涉及很多學(xué)科,需要我們孜孜不倦地探索,書(shū)中存在疏漏和不妥之處,希望讀者批評(píng)指正,以便共同努力,促進(jìn)盾構(gòu)機(jī)設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的長(zhǎng)足進(jìn)步!
1 盾構(gòu)刀盤(pán)選型及設(shè)計(jì)相關(guān)理論
1.1 地層與刀盤(pán)選型
1.2 刀盤(pán)載荷相關(guān)理論
1.3 刀盤(pán)設(shè)計(jì)參數(shù)
1.4 刀盤(pán)與工作面相互關(guān)系分析
2 雙模盾構(gòu)刀盤(pán)選型及結(jié)構(gòu)優(yōu)化
2.1 雙模盾構(gòu)刀盤(pán)選型及地質(zhì)適應(yīng)性
2.2 雙模盾構(gòu)刀盤(pán)力學(xué)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(pán)自重引起的盾構(gòu)栽頭及刀盤(pán)偏心設(shè)計(jì)
3 刀盤(pán)輕量化設(shè)計(jì)
3.1 刀盤(pán)結(jié)構(gòu)有限元分析
3.2 刀盤(pán)靜力分析
3.3 危險(xiǎn)工況分析
3.4 刀盤(pán)輕量化
4 滾刀磨損壽命預(yù)測(cè)與破巖仿真
4.1 滾刀失效形式及磨損機(jī)理
4.2 滾刀磨損模型及壽命預(yù)測(cè)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(biāo)優(yōu)化
5 主軸承設(shè)計(jì)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(jì)
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(chǎng)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(jìn)系統(tǒng)選型及布局方法研究
6.1 推進(jìn)系統(tǒng)選型研究
6.2 雙模盾構(gòu)推進(jìn)系統(tǒng)選型
6.3 基于推力均勻性的推進(jìn)油缸布局研究
6.4 基于剛度特性的推進(jìn)油缸布局研究
6.5 基于振動(dòng)特性的推進(jìn)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(jī)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(jìn)參數(shù)
8.2 關(guān)鍵掘進(jìn)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(yù)測(cè)
8.4 關(guān)鍵掘進(jìn)參數(shù)配置研究
9 刀具破巖試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)研究
9.1 盾構(gòu)刀具分類(lèi)
9.2 刀具破巖仿真試驗(yàn)
9.3 試驗(yàn)裝置方案設(shè)計(jì)
9.4 試驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)有限元分析
10 盾構(gòu)下坡掘進(jìn)載荷模型及栽頭問(wèn)題研究
10.1 盾構(gòu)下坡掘進(jìn)載荷分析
10.2 盾構(gòu)機(jī)栽頭成因
10.3 盾構(gòu)機(jī)底部土體地基反力分布
10.4 栽頭問(wèn)題實(shí)例分析
11 關(guān)鍵部件可靠性及剩余使用壽命評(píng)估
11.1 基于性能退化的設(shè)備可靠性評(píng)估模型
11.2 刀盤(pán)面板可靠性及剩余使用壽命評(píng)估
11.3 螺旋軸評(píng)估可靠性及剩余使用壽命評(píng)估
參考文獻(xiàn)