盾构法是在土层或松软岩层中暗挖隧道的一种方法,一般采用盾构顶进,而后拼装预制管片形成衬砌。盾构法施工具有施工速度快、精度高、振动小、噪声低,对周围建筑物影响较小等优点。研究开发高效、经济的盾构技术,对高效率发展我国城市地下空间建设具有非常重要的现实意义。本文研制了一种盾构掘进试验系统,包括试验台架、土箱、切削机构、输送机构、液压系统、测试系统等,该试验系统可以模拟对各种地质条件岩土的掘进,对其工艺参数进行试验与检测,为施工工艺参数和技术决策提供科学依据。论文首先以土力学、岩石破碎学为基础,由岩土性能参数分析计算了切削刀具的受力,并通过三种理论分别计算出刀盘上每把刀具所承受的力和扭矩,利用这些参数作为该盾构掘进试验台驱动力的指标,也为优化盾构的刀具排列以及刀具形状设计奠定了基础。在核心参数计算的基础上,设计了试验台的刀盘、刀盘驱动系统、推进机构、输送机构、土箱等部件;对液压系统进行了设计和计算;对整个系统涉及的液压元件、减速箱以及各种传感器进行了元件选型。在完成盾构掘进试验系统制造后,针对该试验系统各个传感器的测试信号,开发了计算机数据采集系统。用Iabview软件编制了测试系统,具有系统标定、系统自检、数据采集等功能。从而显著地简化了试验过程,避免了人工采集大量数据可能带来的麻烦和误差,使盾构试验系统更加完善。最后对该试验台进行调试并进行试验作业,编写了使用说明书,完成了试验系统的研制任务。后续的试验测试与数据分析表明,该盾构掘进试验系统满足设计要求,完成了模拟不同埋深、不同地质条件下岩土掘进的试验工作,为北京城建集团在地铁盾构施工中的工艺参数决策起了重要的作用。