φ6_34m土压平衡盾构机三维参数化建模研究
土压平衡盾构掘进的数学物理模型及各参数间关系研究
条式盾构：
Ｐ ＝ ｐ πＤ２
（ １３）
４
对于面板式盾构， 一般情况下， 面板上土压力比
土仓压力大一个附加值 δ， 则：
Ｐ＝ｐ πＤ２ λ＋（ ｐ＋ δ） πＤ２ （１－ λ）
（ １４）
４
４
式中： λ为开口率； ｐ 为土仓压力； δ为面板上的压力
附加值； 其他符号意义同前。
削了多少天然状态的土体。如果在盾构掘进时有添加
材料，
应考虑添加材料的重量，
取
ｋｅ
＝
ｄＧ天 然 ｄＧ天 然 ＋ｄＧ添 加
，
称为有效出土比。此时按下式计算 ｄＴ 内排出的天然
状态土体重量：
ｄＧ天然 ＝ ｋｅηｋＮｄＴ
（ ４）
式中： ｄＧ天然为 ｄＴ 时间内排出的天然土体重量； ｄＧ天 然
ｄＴ 时间内排出的添加材料重量； 其他符号意义同前。
推导土压平衡盾构的 ３ 个基本方程式， 进而得到土压平衡盾构 ２ 个总平衡方程式， 建立土压平衡盾构掘进的数理
模型。在此基础上推导总推力、土仓压力、螺旋机转速、掘进速度间关系的数学表达式， 利用盾构施工的现场数
据验证关系式的正确性。利用现场掘进数据统计刀盘扭矩、刀盘转速、土仓压力间的经验关系式。这些关系对土
体等一系列过程的连续性， 是土压平衡盾构推进时的
连续性方程。
１．３ 土压平衡盾构掘进的力学平衡方程
以盾构机为研究对象， 其力学方程为：
·８８·
土木工程学报
２００６ 年
Ｔ － （ Ｆ ＋ Ｐ） ＝ ｍａ
（１１）
式中： Ｔ 为盾构机总推力， Ｐ 为盾构与前方土体接触
压力， Ｆ 为推进时总阻力， ｍ 为盾构机质量， ａ 为推
(国家863课题)软土地层土压平衡盾构施工参数的模型试验研究
土木工程学报ＣＨＩＮＡＣＩＶＩＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪＯＵＲＮＡＬ第４０卷第９期２００７年９月Ｖｏｌ．４０Ｎｏ．９Ｓｅｐ．２００７软土地层土压平衡盾构施工参数的模型试验研究朱合华１徐前卫２，３郑七振３廖少明１（１．同济大学，上海２０００９２；２．上海交通大学，上海２０００３０；３．上海理工大学，上海２０００９３）摘要：我国沿海经济发达城市及一些内陆中心城市正在兴建或筹建地铁，这些地区的地下广泛分布着较厚的软黏土沉积层。
为研究土压平衡盾构在这种软土地层中施工的适应性，以上海地铁Ｍ８线某区间隧道工程为研究背景，采用室内模型试验的方法，开展在不同埋深、不同刀盘开口率、不同推进速度以及不同螺旋机转速等情况下的盾构掘削模型试验。
通过对试验结果的整理与分析，得出土仓压力与排土效率、单位时间排土量与推进速度、推力和扭矩之间的内在联系，以及隧道埋深、刀盘开口率、推进速度对推力和扭矩的影响。
这些结论的取得为盾构施工参数之间及其与地层特性之间的适应性理论提供了有益的帮助，并为更好地指导软土地层盾构隧道的设计与施工服务。
关键词：软土地层；模型试验；土压平衡盾构机；土体－盾构系统；地层适应性中图分类号：Ｕ２３１＋．３Ｕ４５５．４３文献标识码：Ａ文章编号：１０００－１３１Ｘ（２００７）０９－００８７－０８ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆＥＰＢｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｇｉｎｓｏｆｔｇｒｏｕｎｄＺｈｕＨｅｈｕａ１ＸｕＱｉａｎｗｅｉ２，３ＺｈｅｎｇＱｉｚｈｅｎ３ＬｉａｏＳｈａｏｍｉｎｇ１（１．ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｇｈａｉＪａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３０，Ｃｈｉｎａ；３．ＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｈａｎｇｈａｉｆｏｒＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＤｅｅｐｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙｄｅｐｏｓｉｔｓｏｆｓｏｆｔｃｌａｙｓａｒｅｗｉｄｅｌｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｉｎｃｏａｓｔａｌａｒｅａｓａｓｗｅｌｌａｓｉｎｍａｎｙｉｎｔｅｒｉｏｒｃｉｔｉｅｓｉｎＣｈｉｎａ．ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｓｔｒａｔｕｍａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆＥＰＢｓｈｉｅｌｄｔｉｎｓｕｃｈｔｙｐｅｓｏｆｓｏｆｔｇｒｏｕｎｄ，ｍｏｄｅｌｔｅｓｔｓｏｆｔｕｎｎｅｌｉｎｇｅｘｃａｖａｔｉｏｎ，ｕｓｉｎｇｔｈｅｒｕｎｎｉｎｇｔｕｎｎｅｌｏｆｔｈｅＳｈａｎｇｈａｉＭｅｔｒｏＬｉｎｅＭ８ａｓａｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ，ａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｕｎｎｅｌｄｅｐｔｈｓ，ｏｐｅｎｉｎｇｒａｔｅｓｏｆｃｕｔｔｅｒｈｅａｄ，ｄｒｉｖｉｎｇｓｐｅｅｄｓａｎｄｒｏｔａｔｉｏｎｓｐｅｅｄｓｏｆｓｃｒｅｗｃｏｎｖｅｙｏｒ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｉｎｔｅｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｃｈａｍｂｅｒｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｍｕｃｋｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｍｕｃｋｉｎｇｒａｔｅａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｓｐｅｅｄ，ｔｈｒｕｓｔｆｏｒｃｅａｎｄｔｏｒｑｕｅａｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｓｏｆｔｕｎｎｅｌｄｅｐｔｈ，ｏｐｅｎｉｎｇｒａｔｅｏｆｃｕｔｔｅｒｈｅａｄａｎｄｄｒｉｖｉｎｇｓｐｅｅｄｏｎｔｈｒｕｓｔｆｏｒｃｅａｎｄｔｏｒｑｕｅａｒｅｒｅｖｅａｌｅｄ．Ｓｕｃｈｆｉｎｄｉｎｇｓｎｏｔｏｎｌｙｆａｃｉｌｉｔａｔｅｆｏｒｅｓｔａｂｌｉｓｈｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｓｈｉｅｌｄｗｏｒｋｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｓｏｉｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ，ｂｕｔａｌｓｏｓｅｒｖｅａｓａｇｕｉｄｅｔｏｔｈｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｓｈｉｅｌｄｔｕｎｎｅｌｉｎｓｏｆｔｇｒｏｕｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｆｔｇｒｏｕｎｄ；ｍｏｄｅｌｔｅｓｔ；ＥＰＢｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅ；ｓｏｉｌｂｏｄｙ－ｓｈｉｅｌｄｍａｃｈｉｎｅｓｙｓｔｅｍ；ａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｔｏｓｔｒａｔｕｍｐｒｏｐｅｒｔｙＥ－ｍａｉｌ：ｘｕｑｗｔｊｕ＠１２６．ｃｏｍ引言随着我国大规模地铁建设逐步开展，城市地下工程施工技术的研究开发已成为一个重要的课题。
φ6_34m土压平衡盾构机三维参数化建模研究
收稿日期：2003-11-18基金项目：受国家“863”项目：机器人技术主题之B 类特种机器人（2002）资助.作者简介：游思坤（1971－），四川岳池人，讲师，1996年毕业于西北工业大学航空宇航制造工程专业，获硕士学位，主要从事机械CAD 与仿真、模具设计制造、盾构机结构设计原理等方面的科研和教学工作.Ø 6.34m 土压平衡盾构机三维参数化建模研究游思坤，宗志坚，邓宏光（广州大学 信息与机电学院机电工程系，广东 广州５１００９１） 摘要：参数化建模是用约束来表达产品模型的形状、大小、位置，产品设计的参数化可极大地提高设计效率。
本文介绍了Ø ６．３４ｍ土压平衡盾构机在Ｐｒｏ／Ｅ中的三维参数化建模方法，提出了装配、零件模型的层次化建模方法及策略，在零部件间建立约束关系的方法。
为提高土压平衡盾构机的设计效率、盾构机的系列化提供了强力支持。
关键词：参数化；层次模型；盾构；实体建模；约束关系 中图分类号:TP 文献标识码：A 文章编号 :1006－0316(2004)03－0039－04The parameterized design of Ø 6.34m earth pressure balance TBMYOU Si-kun ，ZONG Zhi-jian ，DENG Hong-guang（Department of Mechanical Engineering GuangZhou University ，Guangzhou 510091，China ）Abstract ：Parameterized modeling uses relations of constraint to express the shape 、size 、position of product 。
This paper introduces a method of modeling Ø 6.34ｍ earth pressure balance TBM based on Pro/E, puts forward the hierarchy strategy of assembly and part model, the parameterized design method of the TBM ，the method of establishing relation of constraint between parts and assembly.Key word ：Parameterized ；hierarchy strategy ；TBM ；solid modeling ；relation of constraint参数化建模是以约束来表达产品模型的形状特征，通过定义一组参数来控制设计结果，从而通过调整参数来修改设计，并能方便地创建一系列在形状上相似的设计方案。
土压平衡式盾构机掘进性能评价方法研究的开题报告
土压平衡式盾构机掘进性能评价方法研究的开题报告一、选题背景随着城市地铁线路的不断拓展和城市化程度的不断提高，盾构工程已成为城市地下交通建设的重要方式之一。
土压平衡式盾构机作为盾构机中的一种，主要用于软土、黏土、砂土等地质条件中的盾构隧道掘进。
其掘进过程具有较高的自动化程度和掘进效率，能减轻施工工人的劳动强度和提高施工质量。
因此，对土压平衡式盾构机的掘进性能评价方法研究具有重要意义。
二、研究目的本课题旨在基于现有文献和实际工程数据，建立一种科学、合理的土压平衡式盾构机掘进性能评价方法，为盾构工程提供良好的施工技术支撑。
三、研究内容1. 目前土压平衡式盾构机掘进性能评价方法研究现状的梳理和总结。
2. 基于现有文献和实际工程数据，初步建立土压平衡式盾构机掘进性能评价指标体系。
3. 在实际工程中应用上述指标体系，获取数据，并对数据进行分析和处理。
4. 根据分析结果，进一步完善土压平衡式盾构机掘进性能评价指标体系，并建立科学、合理的评价方法。
5. 进行实际应用验证，并对评价方法进行优化和改进。
四、研究意义1. 对于盾构工程，建立科学、合理的土压平衡式盾构机掘进性能评价方法，能够提高施工效率和减少安全风险，为工程建设提供技术保障。
2. 该研究可为相关领域研究提供参考和借鉴，推动盾构工程技术的创新与发展。
3. 随着城市地下空间的不断扩张和建设需求的增加，该研究具有广阔的应用前景和市场价值。
五、研究方法本研究采用文献调研、工程实践、数据收集及分析等方法，综合应用定量和定性研究方法，建立科学、合理的土压平衡式盾构机掘进性能评价模型。
六、预期成果1. 建立土压平衡式盾构机掘进性能评价指标体系，并建立科学、合理的评价方法。
2. 对所建立的模型进行实际应用验证，并进行优化和改进。
3. 发表学术论文，推广应用研究成果。
七、可行性分析1. 目前土压平衡式盾构机掘进性能评价方法研究较为薄弱，而且相关领域研究热度较高，具有一定的研究空间。
φ6.41 m土压平衡盾构机组的制造与应用
向旋转出碴ꎮ 所有可拆式刀具均可从刀盘背部进 行更换ꎮ 刀盘结构如图 １ 所示ꎮ
１ ⌀６. ４１ ｍ 土压平衡盾构机组设备性能
１. １ 刀盘 根据太原地铁指定标段地质资料ꎬ刀盘采用 六辐条 ＋ 六面板的辐板式设计ꎬ支撑方式为中间 支撑ꎮ 刀盘上安装有鱼尾中心刀、贝壳刀、切刀、 仿形刀ꎬ对隧道进行全断面开挖ꎬ并可实现正反双
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
为主动铰接ꎬ在中盾与前盾连接处设置有铰接油 缸ꎮ 盾构机需要转弯时ꎬ通过每组铰接油缸的行 程差来调节中盾与前盾之间的夹角ꎬ从而实现转 弯ꎮ １. ５ 后配套系统 后配套拖车安装有液压泵站、注浆泵、砂浆罐 及电气设备等ꎮ 拖车行走在专用轨道上ꎬ拖车之 间用拉杆相连ꎮ 皮带机从前拖车的上面通过ꎬ在 最后 １ 节拖车的位置设卸碴点ꎮ 大部分的液压 管、水管、泡沫管及油脂管从拖车内通过到达盾构 主机ꎮ 在拖车的左侧铺设有人员通过的通道ꎮ 拖 车和主机之间通过一个连接桥连接ꎬ拖车在主机 的拖动下前进ꎮ
收稿日期:２０１８—０３—２０ 作者简介:聂海雄(１９８４—) 男ꎬ工程师ꎬ研究生ꎬ主要从事地铁盾
构、冶金、轧钢等机械生产管理工作ꎮ
４
１—锥板 ２—外圆环 ３—前面板 ４—背板 ５—斜板 ６—法兰支撑 ７—中心小圆环 ８—连接法兰
图 １ 刀盘结构简图及三维图 Ｆｉｇｕｒｅ １ Ｐｌａｎｅ ｄｉａｇｒａｍ ａｎｄ ３Ｄ ｐｒｏｆｉｌｅ ｏｆ ｃｕｔｔｅｒ
Ｎｏ. ４ Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２０１８
« 中国重型装备» ＣＨＩＮＡ ＨＥＡＶＹ ＥＱＵＩＰＭＥＮＴ
⌀６. ４１ ｍ 土压平衡盾构机组的制造与应用
聂海雄
( 太原重工股份有限公司ꎬ山西 ０３００２４)
摘要:太原重工生产制造的⌀６. ４１ ｍ 土压平衡盾构机流体系统经过全套系统的成功改造以及配套电控系 统的开发ꎬ成功应用于太原地铁 ２＃线ꎮ
土压平衡盾构掘进参数关系及其对地层位移影响的试验研究_魏新江
74
岩
土
力
学2013 年源自文献[1－6]通过模型试验和理论研究，提出了土压 平衡式盾构机掘进的数学物理模型、各个参数间关 系以及刀盘扭矩的计算公式。林志 对盾构施工产 生的超孔隙水压力进行了系统的监测，并通过有限 元模拟得到盾构机通过土体时产生的超孔隙水压力 发展规律。文献[8－12]对上海地铁和南京地铁进行 了现场监测，对土体扰动范围、超孔隙水压力消散 与地表沉降的关系以及地表沉降发展规律等问题进 行了研究和探讨。张冬梅等
[13] [7]
地表沉降通过水准仪测量，测点布置如图 1、2 所示，根据现场情况布置了 19 个观测点。编号为 CJ1～CJ19。深层土体侧向位移由测斜管进行监测， 由于场地限制，共布置了 2 根测斜管，编号为 CX1 和 CX2，埋置深度为 25 m。孔隙水压力由孔压计测 量， 埋设有 5 个孔隙水压力计， 编号为 KY1～KY5。 其中，KY1～KY4 埋设在隧道轴线正上方土体中， KY5 埋设在隧道轴线垂直方向，距离轴线 15.7 m。 测斜管兼做水位管使用。
地面
12.60
粉砂
KY5
淤泥质粉质黏土夹淤泥质黏土
CX2
7.85
CX1
图 2 测点横截面布置及土层分布图（单位：m） Fig.2 Cross-section of measuring points and tunnels at test site (unit: m)
/(kN/m3) /(°)
KY5 CX2 6 500 7 600 1 600
降预测。 Chen 等[14]对杭州地铁进行了监测， 研究随
左线 5 000 5 000 3 000 5 300 5 550 5 000 3 000 CJ9
盾构法施工过程的三维有限元仿真研究
Indust rial Const ruct ion Vol.40,Supplement,2010工业建筑 2010年第40卷增刊盾构法施工过程的三维有限元仿真研究赵凤山(中铁十一局集团第一工程有限公司,湖北襄樊 441104)摘 要:盾构施工会导致地层的沉降并会对周边的建筑产生影响,对其进行分析具有重要的工程价值。
在综合考虑了现有的有限元模拟方法的基础上,结合济邵高速公路中开挖的隧道为例,根据非线性有限元法的基本原理,利用大型非线性有限元软件ANSYS 三维动态模拟隧道开挖的过程,计算结果揭示了在盾构推进过程中地表沉降分布以及特点,得到盾构法开挖引起的地表沉降曲线,其形态与Peck 计算得出的横向地表沉降槽正态分布曲线的形态基本一致。
仿真结果揭示了隧道推进过程中的周围土体的移动规律、地表面水平位移及地面沉降规律、已建隧道管片应力变化规律。
关键词:盾构法;公路隧道;三维有限元法;地表沉降THREE 2DIMENSIONAL FINITE ELEMENT ANALYSIS OF PROCESSOF SHIELD 2DRIVEN TUNNELZhao F engshan(China Railway Bureau 11Gr oup the F irst P roject Co 1Ltd,of No 111bureau Group,China Railwa y,Xiangfan 441104,China)Abstract:A shield const ruct ion in tunnel can cause ground subsidence and impact on the buildings ar ound,whose ana lysis is very impor tant 1Based on the three dimensional nonlinear finite element model,taking a Ji 2Shao freeway shield tunneling for example ,using ANSYS ,a la rge nonlinear FEM software to do a 3D FEM model simulation in the process of the shield constr uction ,then t he curve of subsidence by shield met hod construction had been calculated 1T he ground subsidence distr ibut ing char acteristics had been revealed 1T he curve of subsidence by the disturbance of soil was basically in accordance with nor mal distribution curve by Peck 1T he r ules of soil movement ,gr ound settlement and hor izontal displacement as well as change in str ess of t he adjoining tunnel during the shield 2dr iven constr uct ion wer e revealed.Keywor ds:shield method;highway tunnel;3D finite element method;ground subsidence作 者:赵凤山,男,1972年6月出生,工程师。
基于Creo的土压平衡盾构机整机Top-Down设计
基于Creo的土压平衡盾构机整机Top-Down设计孟晓宁;刘国威;刘曙光【摘要】土压平衡盾构机机械系统十分复杂,设计工作量大,传统的设计流程难以保证各部件间的参数化设计,容易造成时间和人员浪费,效率低下.Creo提供了一种完整的Top-down设计方法,可从全局出发对产品进行设计,最大限度减少设计阶段不必要的修改和重复工作,提高工作效率.基于Creo 2.0软件介绍土压平衡盾构机整机Top-Down参数化建模方法,为缩短盾构机设计周期提供方法指导.【期刊名称】《现代制造技术与装备》【年(卷),期】2018(000)009【总页数】3页(P22-24)【关键词】土压平衡盾构机;Creo 2.0;Top-Down;全局设计;效率【作者】孟晓宁;刘国威;刘曙光【作者单位】济南重工股份有限公司,济南 250109;济南重工股份有限公司,济南250109;济南重工股份有限公司,济南 250109【正文语种】中文盾构机是专用于隧道建设的工程机械，具有开挖切削土体、改良与输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能[1]，广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程，是衡量一个国家装备制造业水平和能力高低的重大关键装备。
盾构功能的完善决定了其结构的复杂性，若采用传统的独立设计，即使设计师使用Creo的参数化设计建模，各部件间也难以做到协调设计，并存在大量的重复性操作，同时，由于模型间逻辑参考复杂，致使后续设计变更困难，实现不了真正意义上的参数化建模，无法保证设计质量和效率。
Creo软件是美国PTC公司基于特征参数化设计的机械设计软件。
Creo的Top-Down（自顶向下）设计工具可以准确有效地将设计意图自顶向下传递，实现上级对下级的控制，具有解决复杂产品设计、产品具有较好的可修改性、可实现协同设计、有效传递控制设计意图、快速产品变型等优点。
利用该工具完成土压平衡盾构机的整机参数化建模，可有效控制整机参数、实现协同设计、提高设计效率，减少设计后期修改时间。
文献综述-土压平衡式盾构机液压系统设计与分析
1.文献综述盾构掘进机是一种隧道工程专用的大型高科技综合施工设备。
它集电气、液压、测量导向、控制、材料等多学科技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能。
采用盾构掘进机，施工速度快，自动化程度高，一次成型，有利于环境保护和降低劳动强度。
而且盾构掘进机适用范围广，从软土、淤泥到硬岩都可应用，施工质量高，可控制地面沉降，开挖时不影响面上建筑和交通，与传统的隧道工程相比，具有明显的优势。
我国幅员辽阔，不同地区的地质情况复杂多变，有必要形成适合我国国情的适应性理论指导。
搭建盾构模拟实验平台，可为我国盾构掘进机的设计、制造提供实验数据和理论支持，具有重要的意义。
推进液压系统作为模拟盾构掘进机的一个关键部分，它的协调动作可以使其保持合适的姿态，是模拟盾构掘进机能够沿着设计路线方向准确向前推进的关键所在。
本文主要讨论模拟盾构推进液压系统的设计和控制研究。
盾构根据其断面形状可分为单圆盾构，复圆盾构（多园盾构）、非圆盾构，其中复圆盾构可分为双圆盾构和三圆盾构，非圆盾构可分为椭圆形盾构、矩形盾构、马蹄形盾构、半圆形盾构。
复圆盾构和非圆盾构统称为“异形盾构”。
盾构按支护底层的形式分类，主要分为自然支护式、机械支护式、压缩空气支护式、泥浆支护式，土压平衡支护式5种类型。
盾构按开挖面与作业式之间隔板构造可分为全敞开式、部分敞开式及闭胸式三种。
国外用盾构施工已经有180多年历史，1866年，莫尔顿在申请专利中第一次使用了“盾构”这一术语。
当今世界上最具有实力的全断面隧道掘进机制造公司，有美国的罗宾斯公司、佳伐公司、德国维尔特公司、海伦公司，日本川崎、三菱公司，法国FCB公司、法马通公司，英国豪顿公司等。
我国全断面隧道掘进机的研制是从20世纪60年代开始的，但与国外掘进机相比差距很大。
本文介绍了国内外盾构技术的发展历程和应用现状，阐述了盾构施工法新技术的特点，并在此基础上对盾构技术的发展趋势进行了展望。
φ6.28m土压平衡盾构同步注浆系统控制及参数确定
（ １ ． Ｓ ｔ ａ ｔ ｅ ｋ ｅ ｙ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ Ｔ ｕ ｎ ｎ ｅ ｌ Ｂ ｏ ｉ ｒ ｎ ｇ Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｎ Ｈ Ｉ ｏ ｆ Ｎ ｏ ｔ ｒ ｈ Ｈ ｅ ａ ｖ ｙ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ｅ ｓ ， ｔ ｈ ｅ Ｎ ｏ ａ ｈ Ｈｅ ａ ｖ ｙ Ｉ ｎ ｄ ｕ ｓ ｔ ｒ ｉ ｅ ｓ Ｓ ｈ ｉ ｅ ｌ ｄ Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ
Ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ Ｐ ａ ｒ ａ ｍｅ ｔ ｅ ｒ ｓ Ｃ ｏ ｎ ｆ ｉ ｒ ｍ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ ｏ ｆ Ｍｏ ｒ ｔ ａ ｒ Ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ 巾 ６ ． ２ ８ ｍ Ｅ Ｐ Ｂ
ＲＥＮ Ｌ ｉ — ｗ ｅ ｉ ， ＹＡＮＧ Ｔ ａ ｏ Ｉ Ｆ Ｅ Ｉ Ｘｕ ｅ — ｔ ｉ ｎ ｇ １ ， ＭＡ Ｃ ｈ ｕ ｎ － ｆ ｅ ｎ ｇ ２ ， Ｚ ＨＡＯ Ｙｕ
摘 要 ：通过对深圳市轨道交通 三号线 ３ １ ０ １ 标段使 用的 ６ ． ２ ８ ｍ土压平衡盾构机 同部 注浆 系统原理图及 同步注浆系统
组成要素的分析 ， 阐述 了同步注浆 系统中注浆泵 出口处 注浆压力的理论计算及极 限压力值、 系统每 条注浆管线 中实际砂 浆量的设定值 、 同步 注浆时间、 注浆速度及砂浆罐 容积等主要设计参数 的确定依据 ， 及如何设计注浆 系统主参数。同时阐 述 了如何运用 同步注浆控制 系统 ， 调节注浆压力和注浆量的大小， 防止浆液扰动造成地表 隆起与沉 降， 有效控制地表 变
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
收稿日期：2003-11-18基金项目：受国家“863”项目：机器人技术主题之B 类特种机器人（2002）资助.作者简介：游思坤（1971－），四川岳池人，讲师，1996年毕业于西北工业大学航空宇航制造工程专业，获硕士学位，主要从事机械CAD 与仿真、模具设计制造、盾构机结构设计原理等方面的科研和教学工作.Ø 6.34m 土压平衡盾构机三维参数化建模研究游思坤，宗志坚，邓宏光（广州大学 信息与机电学院机电工程系，广东 广州５１００９１） 摘要：参数化建模是用约束来表达产品模型的形状、大小、位置，产品设计的参数化可极大地提高设计效率。
本文介绍了Ø ６．３４ｍ土压平衡盾构机在Ｐｒｏ／Ｅ中的三维参数化建模方法，提出了装配、零件模型的层次化建模方法及策略，在零部件间建立约束关系的方法。
为提高土压平衡盾构机的设计效率、盾构机的系列化提供了强力支持。
关键词：参数化；层次模型；盾构；实体建模；约束关系 中图分类号:TP 文献标识码：A 文章编号 :1006－0316(2004)03－0039－04The parameterized design of Ø 6.34m earth pressure balance TBMYOU Si-kun ，ZONG Zhi-jian ，DENG Hong-guang（Department of Mechanical Engineering GuangZhou University ，Guangzhou 510091，China ）Abstract ：Parameterized modeling uses relations of constraint to express the shape 、size 、position of product 。
This paper introduces a method of modeling Ø 6.34ｍ earth pressure balance TBM based on Pro/E, puts forward the hierarchy strategy of assembly and part model, the parameterized design method of the TBM ，the method of establishing relation of constraint between parts and assembly.Key word ：Parameterized ；hierarchy strategy ；TBM ；solid modeling ；relation of constraint参数化建模是以约束来表达产品模型的形状特征，通过定义一组参数来控制设计结果，从而通过调整参数来修改设计，并能方便地创建一系列在形状上相似的设计方案。
参数建模的基本手段是通过分析图形几何模型的特点，确定模型的主要参数以及各个尺寸间的数学关系，将这种关系写入程序中，使用时输入需要的参数，由程序通过各个尺寸之间的数学关系确定其他相关尺寸值，从而确定整个模型。
特征是一组与零件描述相关的信息几何，单个特征包括几何、拓扑信息。
一个零件一般由多个特征组成。
在零件模型中特征既描述了零件结构和尺寸，又反映了零件各特征间的关系，如邻接关系、附属关系、所属关系和引用关系等。
将参数化造型的思想和特征造型的思想有机地结合起来，用尺寸驱动或变量设计的方法定义特征并进行类似操作，这样就形成了参数化特征造型。
特征全部用参数定义，因此对形状、尺寸、公差、表面粗造度等均可随时修改，最终达到设计目的。
参数化便于用户修改和设计，用户在设计轮廓时无需准确地定位和定形，只需勾画出大致轮廓，然后通过修改标注地尺寸地值来达到最终的形状，或者只需将零件的关键部分定义为某个参数，通过修改参数实现对产品的设计和优化。
基于特征的技术又为设计者提供了符合人们思维习惯的设计环境，二者有机结合起来进行实体造型极大地提高了设计效率。
Pro/E 软件是美国PTC 公司的产品，该软件是基于特征参数化设计的机械设计软件。
“参数化特征建模、并行工程、统一数据库”思想在Pro/E 中有充分的体现。
Ø 6.34ｍ土压平衡盾构机产品在与广州重型机械集团的合作开发中采用Pro/E 软件，全面提升了产品开发速度，使设计效率和设计质量得到了很大提高。
1 盾构机参数建模1．1盾构机建模策略盾构机是一个复杂的机械系统，其零部件的组成情况复杂，零部件数量巨大，因此，从几何建模的角度，很难把所有的零件简单地拼装在一个数据文件中。
因此按照盾构机的组成原理以及工作结构特点，按照机械连接不可拆卸原则把盾构机中不可拆卸的零件分在同一部件中，把盾构机划分成图1所示的层次树型逻辑装配模型，在建模时采取措施保证各部件之间的约束减少到最低程度。
子部件内部的装配约束也尽量控制在内部相关邻接零件间，不产生相交的约束或约束形成封闭的环。
1．2参数化建模方法（1）自顶向下设计在盾构的参数化建模时，直接在装配模型上利用周围零件的点、线、面建立零件的三维模型。
这种方法直接在零件间建立起关联关系，一个零件尺寸被修改时，与其有关联关系的零件尺寸、形状、位置会发生相应变化。
因此，在Pro/E 中建模时应选取与待建零件有直接物理装配约束零件的点、边、面为参照；在绘草图建立尺寸时，不要把尺寸标注到没有直接装配关系的零件C结构上，避免修改零件C尺寸时，出现新建零件模型也变化的结果。
方法是在利用Pro/E的层，把新建模型有直接物理约束的零件放在同一层中，不相干的模型放在其它层，构建新模型时让其它层不可见，建立尺寸时就可避免与其它模型产生关系。
（2）自底向上设计在自顶向下底设计中一般是建立零件的基本结构，然后再构建零件的详细结构。
零件模型也可单独在Pro/E中的part模块中逐个建立，再进入assembly模块中按照层次模型原则，在零件间通过贴合、对齐、插入等命令建立起装配约束。
图2、图3即是采用这种方法建立的盾构机刀盘、及总体模型。
1．3特征建模原则零件建模时应对零件进行功能结构分析，找出零件的基本特征：孔、倒圆、倒角、凸台、凹槽、环槽、筋条等，在Part模块对零件模型进行逐个特征的建立。
（1）一次建立一个基本特征一次构造建立零件的一个基本特征，不要在一张草图中绘出很多特征的截面，这样不利于特征修改、删除、有限元建模及分析。
比如构建一个矩形块上有一个孔的零件，在草图绘制时如果勾画一个矩形，同时在矩形中画一个圆，用拉伸的办法可以构造该零件，此零件由一个特征构成，如果要删除孔，则该零件将全部被删除。
因此，构造该零件的模型时宜先建立一个矩形拉伸成的特征，再在其上构造出孔。
（2）尺寸标注原则特征尺寸应建立在零件设计基准上，如果把尺寸标注到没有直接位置关系的特征上，形成特征附属关系，在删除上层特征时，下层特征也会被删除。
1．4参数约束关系建立方法在建立零件的三维实体模型时，零件尺寸标注应遵从零件功能需要原则：与其它零件的装配约束关系和自身的结构需要。
（1）参数赋值在盾构机模型设计时，很多零件的尺寸是由其它零件的尺寸来控制的。
例如刀盘面板安装刮刀、滚刀的结构要受到这些标准刀具尺寸的控制，图3 盾构机总装模型图2 盾构机刀盘第一层………………第二层第N层第0层第三层图1 盾构机层次模型因此建立面板模型时先在面板上构造出与安装零在程序(program)中利用Pro/E 求解方程组的能力建立如下关系：Lfor D C^2)-R^2()sin(L )cos(R CB )sin(R )cos(L solve+=+∗+∗+=∗+∗sqrt A βααβ（solve ….for ….是Pro/E 内部求解方程组的语句。
sqrt （ ）是Pro/E 内部自带的开方函数，cos （ ）、sin （ ）是Pro/E内部自带的三角函数。
）END ADD（否则，则把滚刀2的模型加入装配模型中。
） ENDIF2 结束语Ø 6.34m 土压平衡盾构机在参数化建模过程中，建立了300多条约束关系，可以通过修改盾构机壳体外径，实现前体、中体、盾尾模型壳体（下转第４４页）位移计算子系统。
在建立好的仿真模型中设置仿真参数如：仿真终止时间、仿真算法、步长等。
仿真由仿真控制文件(xuaijinfz01.m)来控制，该文件开始部分将仿真模型中出现的参数赋值，如流量，蓄能器冲气压力和体积等。
该文件的关键语句如下：% 最后三个周期for i=1:1:3sim('dfzhui1');sim('dbsfzhuiz1');sim('dbsfzhuiz2');sim('dfzchongj');sim('dchongz1');sim('dchongz2');……end%生成活塞位移和速度与时间的曲线plot(t,xp_dot)…plot(t,xp)图2 回程加速阶段仿真模型3仿真结果在命令窗口输入‘fz01’，即可得到输出图形。
通过编辑fz01.m文件的赋值语句可以方便的得到在不同的初始条件下的仿真结果，便于得到最佳参数。
最后三个周期仿真结果如图3所示(只给出位移和速度曲线)。
图3 活塞速度和位移曲线4结论采用Simulink对氮爆式液压破碎锤进行动态仿真大大减少了编程、调试及屏幕绘图的工作量，提高了效率，是一种行之有效的仿真方法。
尽管本系统较为复杂，不能直接用传递函数加以描述，但利用现有模块能完成各个阶段的建模，且各阶段主要模块变化不大，也使得建模效率提高。
编写仿真控制程序将各模块组织循环执行可实现需要的多个周期的仿真，也很方便修改参数数值。
实践表明该方法比用传统的Fortran 或C语言更容易实现。
另外分析仿真结果，如冲击能495.3656焦耳、冲击频率f=5.5739赫兹。
与设计冲击能500焦耳、设计冲击频率f=6赫兹比较接近，也说明该模型和方法教可靠，可以用于对氮爆式液压破碎锤的辅助设计中。
参考文献：[1]朱建新，邹湘伏，赵宏强，罗建民．一种新结构高性能液压碎石器[J]．凿岩机械气动工具，2001,(2):7-11.[2]李人厚等译校．精通MATLAB[M]．西安：西安交通大学出版社，1998.外径的改变，盾构内部各个相关零部件的尺寸在其它关系作用下产生协调一致的变化；通过修改安装刀盘驱动装置结构的内径，使与其有装配关系的各筋板的径向尺寸发生相应变化；实现盾构机模型整体协调变化，得到施工不同断面隧道的盾构机，实现盾构机系列化设计。
应用Pro/E对盾构机进行参数化设计，大大地缩短产品开发周期，加快了产品投入使用，取得很好的经济效益。