自行走式掘进机的行走对周围土体的影响研究

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近年来,随着城市化进程的加快,对地下工程的隧(管)形工程的施工要求日益提高。不同种类型号的非开挖机械已经被广泛应用,主要集中于盾构或顶管施工技术,其前进均为依赖于管片或后靠背等人工构造物为其提供前行反力的技术。现有的施工方法和设备常难以满足长距离、急曲线地下管线工程的要求,一种能够急曲线转弯自行走的掘进技术和施工设备应运而生。目前的查新结论已知,土中自行走式掘进机是一种原创性新兴技术,许多与之相关配套的技术和课题有待研究。本文主要对自行走式掘进机行走后对周围土体的影响关系进行研究。  论文介绍了目前非开挖技术及对周围土体影响的研究现状,围绕结构与土相互作用问题的研究。在利用掘进机机体外周增阻结构与周围土体相互作用提供掘进反力的掘进机行进过程完成后,测试周围土体相关物理力学性质的变化数据,并分析各个作业过程中对周围土体的影响,总结自行走式掘进机行走过程后对周围土体的影响规律,用以指导后期掘进机的研发与规模化工程应用。  研究工作采用现场试验方法,借鉴现有非开挖施工技术,结合自行走式掘进机施工原理,制定合理的试验方案,配合掘进机的施工过程完成周围土体的取样并进行相关土工试验,通过对试验数据的处理及与理论计算进行对比,研究和探讨自行走式掘进机的施工对周围土体的影响规律。  通过研究得到以下结论:  1)自行走式掘进机行走后,土体凝聚力和内摩擦角降低;  2)掘进机直线行走过程中,上侧土体和两侧土体受力较大;  3)掘进机曲线行走过程中,转弯内曲线侧土体受力较大;  4)自行走式掘进机行走对周围土体的影响范围约为一倍洞径(掘进机管壁外侧算起);  5)自行走式掘进机对周围土体的影响与埋深直径比H/D有关;  6)自行走式掘进机行走过程中周围土体的土压力和孔隙水压力上升。
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