基于数值模拟的盾构切削混凝土桩机理分析
刘旭鹏,阚梦璇,刘志涛,李德全,刘洋,席培胜
摘要(Abstract)：
为更好了解盾构切削钢筋混凝土桩时混凝土与刀具的相互作用机理，以合肥轨道交通1号线瑶海公园站-合肥站区间盾构切削2根废弃桩为工程背景，采用有限元软件建立切削混凝土桩的三维仿真模型，分析刀刃前角、刀宽和切削深度等参数对混凝土桩切削效果和切削力的影响。结果表明，负前角刀刃切削混凝土所产生的作用方式和切削效果与切削岩土体类似；切刀切削混凝土桩的切向力一直大于贯入力，两者总体上波动趋势一致，而侧向力基本为零；随着刀刃前角的增大，切向力与贯入力均随之减小；切向力与刀刃宽度、切削深度均呈正比，但当参数增大到一定值时，曲线斜率发生突变，对切削力影响进一步加深；施工时应尽量选用负前角刀刃并控制刀具其他参数配置，以防刀具因前刀面所受摩擦阻力过大而产生较大磨损，影响施工效率和进度。
关键词(KeyWords)： 盾构隧道;混凝土;有限元;切削力
基金项目(Foundation):
作者(Author): 刘旭鹏,阚梦璇,刘志涛,李德全,刘洋,席培胜
DOI: 10.16330/j.cnki.1007-7359.2024.2.046
参考文献(References)：
- [1]张恋,刘宝林.地铁盾构穿越京广线股道群控制措施及效果分析[J].土木建筑工程信息技术,2017,9(01):106-112.
- [2]赵权威.盾构下穿京广线郑州站的地表沉降预计及控制技术研究[D].中南大学,2011.
- [3] Ge J, Xu Y, Cheng W. Key Construction Technology of Shield Tunneling Crossing underneath a Railway[J]. Infrastructures,2016,1(1):4.
- [4] Evans. A theory of the cutting force for point-attack picks[J]. International Journal of Mining Engineering, 1984,2(1):63-71.
- [5]矢野信太郎.盾构工法[M].东京:鹿岛研究所出版会,1980.
- [6]富昭治郎.建设机械学[M].东京:鹿岛研究所出版会,2001.
- [7]王飞,袁大军,董朝文,等.盾构直接切削大直径钢筋混凝土桩基试验研究[J].岩石力学与工程学报,2013,32(12):2566-2574.
- [8]王飞.盾构直接掘削大直径钢筋混凝土群桩研究[D].北京交通大学,2014.
- [9]傅德明.盾构切削混凝土模拟试验和切削桩基施工技术[J].隧道建设,2014,34(05):472-477.
- [10]王禹椋,李继超,廖少明.深圳地铁9号线盾构切削群桩数值模拟与实测分析[J].隧道建设,2017,37(02):192-199.
- [11]苏伟林,李兴高,许宇,等.基于HJC模型的盾构刀具切削混凝土数值模拟[J].浙江大学学报:工学版,2020,54(6):9.
- [12] XU PING, ZUOG SIXIAN. Study on the JH-2 Model Parameters for Metro Shield Cutting Reinforced Concrete Pile[J]. Geotechnical and geological engineering, 2021, 39(7):5267-5278.
- [13]聂建国,王宇航.ABAQUS中混凝土本构模型用于模拟结构静力行为的比较研究[J].工程力学,2013,30(004):59-67.
- [14]李杰,吴建营.混凝土弹塑性损伤本构模型研究Ⅰ:基本公式[J].土木工程学报,2005,38(9):7.