北京砂卵石地层盾构先行撕裂刀切削过程数值模拟分析

为了研究盾构先行撕裂刀在砂卵石地层中切削时的影响因素,利用ABAQUS数值模拟软件,对先行撕裂刀切削砂卵石地层进行数值模拟分析。以北京地铁新机场线06标磁各庄站—1号风井区间盾构工程为依托,分别研究先行撕裂刀在不同切削深度、不同刀间距以及不同切削速度条件下对刀具切削效果的影响,并对数值模拟结果进行分析。经计算可知:在刀具切削深度不变的条件下,随着切削速度的增加,先行撕裂刀的切削力总体保持稳定,同时砂卵石地层的犁松变形区域变化不显著,说明刀具在低速条件下切削土体时,先行撕裂刀切削速度的变化对刀具的切削效果影响不大。在刀具切削速度不变的条件下,随着切削深度的增加,刀具在砂卵石地层切削时刀具的切削力以及地层犁松区域均在不断增大,说明切削深度可以显著影响刀具的开挖效果,砂卵石地层中盾构采用大贯入度的切削模式更有利于提高盾构掘进效率,综合考虑刀具磨损及盾构参数控制的因素,建议可将刀具的切削深度设置为50 mm。先行撕裂刀的刀间距显著影响刀具的切削效率,在刀具切削深度及切削速度不变的条件下,随着刀间距的增大,刀具的切向力显著减小,当刀间距大于170 mm时,撕裂刀的切削力趋于稳定,同时随着刀间距的增大,双刀的共同犁松区域逐渐减小,当刀间距大于160 mm时,双刀的犁松区域开始分离,刀具的切削犁松效果变差,因此,刀具布置时可将先行撕裂刀间距设置为150~160 mm。同时通过研究撕裂刀实际磨损值的变化规律也证明了数值模拟计算结果的正确性。