基于ANSYS/Workbench的辐条式刀盘-地层耦合应力研究*

苏科宇，王 瑜，乔世杰，王志乔，李宏安

(1.中国地质大学(北京)工程技术学院，北京 100083； 2.国土资源部深部地质钻探技术重点实验室，北京 100083；3.北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100037)

0 引言

盾构法施工技术以其快速、环保以及安全等优点广为施工方青睐。作为盾构施工的核心部件，刀盘承担着切削及搅拌渣土的作用。目前北京地铁盾构施工主要穿越地层为地质情况极为复杂特殊的砂卵石地层，刀盘磨损量大，不均匀磨损等情况极为常见，由此，为了提高施工效率、保证施工安全，急需对砂卵石地层工况下刀盘掘进过程的岩机耦合作用开展研究，以优化刀盘结构。

本文针对北京地铁19号线08标段新发地—草桥区段的施工工况，并结合已有的一些力学研究经验公式，通过对刀盘旋转推进过程的仿真分析，得到了刀盘-地层相互作用后形成的耦合关系下的应力分布结果，结合实际施工过程中刀盘的磨损状况，对该工况下的刀盘结构优化设计提出相应方案。

1 国内外研究现状

富水砂卵石地层结构松散、孔隙率大且渗透性高，级配不均且内摩擦角大[1]。该类地层中进行盾构法施工遇到的问题有很多，主要有：地层的离散性特征以及受扰动后破坏机理的复杂性致使盾构选型以及刀盘结构设计方案难以确定；卵石含量高且地层均匀性差易造成刀具局部磨损严重，个别大粒径卵石的存在易造成刀盘旋转卡死的情况，同时由于地层的特殊性，砂卵石地层中的盾构施工过程掘进地层所需扭矩较大；……