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隧道建设(中英文) ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (S2): 222-235.DOI: 10.3973/j.issn.2096-4498.2025.S2.020
路遥1, 黄明1, *, 关振长1, 周麒1, 宋珲2, 郑金伙3, 蔡光远4
LU Yao1, HUANG Ming1, *, GUAN Zhenchang1, ZHOU Qi1, SONG Hui2, ZHENG Jinhuo3, CAI Guangyuan4
摘要: 为解决土压平衡盾构掘进过程中刀盘实时受力和温度分布缺乏精细化监测与分析的问题,探讨泡沫改良作用下盾构刀盘的热-力耦合机制及其演化规律。首先通过直剪试验与界面直剪试验,确定分散型泡沫剂改良前后土体的剪切强度参数及土体-刀盘界面摩擦因数; 在此基础上,基于三维有限元方法构建可反映土体-刀盘动态相互作用的热-力耦合数值模型,对刀盘掘进过程进行瞬态模拟分析,系统研究泡沫改良对刀盘应力场与温度场时空演化行为的影响,并揭示排渣效率、刀盘转速等关键施工参数对刀盘热-力学响应的影响机制。结果表明: 1)泡沫改良可显著降低土压平衡盾构刀盘等效切削应力峰值达22.3%,温度峰值降低19.8%,并通过提升排渣与换热效率有效抑制热应力和不均匀膨胀。2)在1.8 r/min高转速下,未改良地层中刀盘应力峰值达66.89 MPa,温度峰值高达133.3 ℃;泡沫改良可有效抑制高速掘进下刀盘的温度升高与应力集中,尤其在转速超过1.5 r/min时效果更为显著,1.8 r/min时刀盘应力降幅达11.12 MPa,温度降幅达16.9 ℃;建议在实际施工中将刀盘转速控制在1.5 r/min以内并结合渣土改良技术,以提升刀盘工作安全性及掘进效率。