Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Проектирование и строительство дорог, метрополитенов, аэродромов, мостов и транспортных тоннелей

Диссертационная работа:

Слюсаренко Валерий Евгеньевич. Расчет параметров роторных механизированных проходческих щитов с учетом изменчивости свойств горных пород : Дис. ... канд. техн. наук : 05.23.11 : Москва, 2004 173 c. РГБ ОД, 61:05-5/919

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Введение

Основные результаты работы 5

ГЛАВА 1 Обзор и анализ сооружения тоннелей механизированными щитами и тоннелепроходческими машинами (ТПМ) 10

1.1 Современное состояние щитовой проходческой техники. 10

1.2 Неоднородность и изменчивость скальных горных пород 29

1.3 Породоразрушающий инструмент тоннелепроходческих механизированных машин и щитов 45

1.4 Выводы. Цели и задачи исследований 54

ГЛАВА 2 Особенности разрушения скальных горных пород дисковой шарошкой 56

2.1 Обзор и анализ методик по расчету механизированных щитов 56

2.2 Расчетная схема взаимодействия скального грунта и дисковой шарошки 59

2.3 Анализ теорий прочности и обоснование критерия прочности Мора - Кулона 68

2.4 Теоретическое обоснование решения задачи внедрения режущей кромки шарошки в скальные горные породы забоя 72

2.5 Анализ уравнений нелинейных огибающих предельных кругов Мора 79

2.6 Выводы 88

ГЛАВА 3 Дискретная модель шарошки произвольного профиля в роторных проходческих щитах 89

3.1 Предельное напряженное состояние скальных грунтов при внедрении шарошки произвольного профиля в забой 89

3.2 Разработка алгоритма решения задачи взаимодействия шарошки и горной породы 101

3.2.1 Построение поперечного профиля шарошки произвольного очертания 101

3.2.2 Разбивка трехмерной дискретной сетки внедрения шарошки в породу 104

3.2.3 Алгоритм расчета задачи взаимодействия шарошки и горной породы с определением параметров роторного органа щита 107

3.3 Определение максимального интервала дискретной сетки с заданной погрешностью (тестовая проверка замены контактного предельного давления р на активное давление q шарошки) 127

3.4 Выводы 138

ГЛАВА 4 Исследование посредством программы «DISC-2» зависимости основных параметров роторного рабочего органа щита от действующих факторов и учет влияния изменчивости горных пород 139

4.1 Программа «DISC-2» расчета работы роторного рабочего органа щита с дисковыми шарошками произвольного профиля 139

4.2 Исследование влияния действующих факторов на параметры роторного рабочего органа 148

4.3 Условие прочности пород и методика учета влияния изменчивости их прочностных характеристик 154

4.4 Статистическое решение задачи с примером расчета на заданную надежность 157

4.5 Выводы 164

Основные выводы 165

Список литературы 167

Приложения (см. том II)

Приложение 1 Тестовые расчеты

Приложение 2 Программа «DISC-2»

Приложение 3 Расчеты и графики зависимостей параметров роторных щитов 

Введение к работе:

Основные результаты работы Актуальность работы: В настоящее время оъмечается значительный прогресс в технологии щитовой проходки, успешно конкурирующей с горным и буро-взрывным методом при сооружении тоннелей в скальных грунтах. Заметный шаг в этом направлении был сделан в последние два десятилетия в связи с появлением новых типов проходческих щитов, основанных на использовании активного пригруза. Новые тоннелепроходческие агрегаты с роторным рабочим органом заметно расширили область применения щитовой техники, в том числе при строительстве в сложных инженерно-геологических условиях. Расширению положительных качеств щитовой проходки способствовали такие возможности, как сооружение в смешанных грунтах без изменения общей технологии строительства, непрерывный высокопроизводительный цикл работ, высокий уровень автоматизации, сведение к минимуму воздействия на окружающую среду, безопасность строительства. «Машинный» способ работ основанный на механическом разрушении горных пород, как правило роторным рабочим органом проходческого агрегата, стал во многих случаях предпочтительнее по многим показателям, но проигрывает при малых скоростях проходки и при сложных формах тоннельного объекта. Присущая тоннелепроходческим комплексам механическая разработка забоя специальным породоразрушающим инструментом является определяющим фактором их конкурентоспособности, достижения высоких производительных показателей, длительной безотказной работы. Наиболее распространенным является шарошечный инструмент роторных тоннелепроходческих агрегатов, которые превалируют в техническом оснащении тоннельных строительных организаций. Шарошки (вращающийся резцовый инструмент), примененные вначале для тоннелепроходческих машин при сооружении горных выработок в устойчивых скальных грунтах, в настоящее время стали непременным атрибутом и для роторных щитов, предназначенных для мягких песчано-глинистых грунтов, в том числе с большим гидростатическим напором. Вооруженные шарошками и резцами, такие щиты существенно повысили свою универсальность. Убедительно продемонстрировал это щитовой комплекс при сооружении уникального Лефортовского тоннеля в г. Москве, заложенного как в слабых водонасыщенных мягких грунтах, так и в скальных известняках.

В тоже время обоснование использования механизированных щитов и комплексов в практике тоннелестроения делается обычно по качественным признакам, так как отсутствуют количественные оценки механических и технологических показателей их эксплуатации, которые могут быть однозначно и надежно определены лишь при условии знания процесса разработки забоя породоразрушающим инструментом. Последнее неразрывно связано со структурой, составом и физико-механическими характеристиками горных пород, отличающихся, как известно, широкой изменчивостью. Поэтому актуальной проблемой является исследование слабо изученной проблемы разработки забоя шарошками для надежной и обоснованной оценки в конечном счете механических и технологических показателей механизированных проходческих щитов в конкретных инженерно-геологических условиях. Учет изменчивости горных пород требует статистического подхода, а переход от усилий их разрушения к параметрам рабочего органа и щита - разработки специализированной компьютерной программы, способной обеспечить расчет и обобщение крупных статистических совокупностей многих параметров.

Цель работы и задачи исследований: целью является исследование задачи взаимодействия шарошечного инструмента и горной породы с разработкой алгоритма и программного продукта для расчета параметров тоннелепроходческих агрегатов.

Для достижения этой цели решаются следующие задачи:

-обзор и анализ современного состояния мировой тоннелепроходческой техники с классификациями щитовых агрегатов и породоразрушающего инструмента;

-изучение неоднородности и изменчивости свойств горных пород применительно к работе шарошечного инструмента;

-теоретическое исследование взаимодействия шарошечного инструмента с горными породами, выбор эффективной теории прочности горных пород;

-разработка методики обоснования нелинейной теории предельного напряженного состояния горных пород на основе огибающих кругов Мора;

-разработка численного метода и алгоритма решения пространственной задачи разрушения пород шарошкой;

-разработка, на основе алгоритма с учетом ранее установленных теоретических исследований, компьютерной программы «DISC-2» с интерфейсом;

-разработка статистической методики учета изменчивости горных пород при определении случайных параметров шарошки, механических и технологических характеристик тоннелепроходческих агрегатов;

-исследование методом математического моделирования характера зависимостей основных параметров проходческих агрегатов от основных влияющих факторов.

Научная новизна:

-впервые разработана методика обоснования нелинейной теории предельного напряженного состояния горных пород, применительно к теории прочности Мора-Кулона, развитой Г.А. Гениевым для объектов механики сплошной среды;

-разработан нетрадиционный численный метод и алгоритм решения пространственной задачи разрушения горных пород шарошкой произвольного профиля;

-разработана методика статистического расчета параметров шарошки и тоннелепроходческих агрегатов;

-на основе математического моделирования с применением программы «DISC-2» получены ранее неизвестные графические зависимости параметров проходческих агрегатов, вооруженных шарошками произвольного профиля, от действующих факторов.

Достоверность результатов: обеспечивается использованием апробированных теорий прочности Мора-Кулона и нелинейной механики сплошной среды, проверкой по огибающим предельных кругов Мора предложений В. Соколовского, М. Протодьяконова и Г. Гениева, сравнением расчетных значений по программе «DISC-2» и натурных показателей реальных тоннелепроходческих агрегатов.

Практическая ценность работы состоит в разработке программного продукта «DISC-2» и методик статистического расчета, позволяющих, во-первых, осуществлять моделирование широкого круга проблем проходки тоннелей в скальных и полускальных грунтах щитами и агрегатами, вооруженными шарошками произвольного профиля; во-вторых, получать объективные количественные оценки параметров щитовых агрегатов для обоснованного их выбора при сооружении тоннелей в конкретных инженерно-геологических условиях с учетом изменчивости свойств горных пород; в-третьих, находить на стадии составления ТЭО и проектирования строительства тоннелей оптимальные решения при вариантной проработке технологических схем сооружения тоннелей, выборе рациональных конструкций щитовых комплексов на основе заданной надежности (доверительной вероятности) их работы.

Апробаиия работы и публикации: Основные результаты работы обсуждались на заседаниях: кафедры «Тоннели и метрополитены» с участием представителей кафедр «Строительная механика» и «САПР мостов и тоннелей», в Научно - исследовательском центре «Тоннели и метрополитены» ОАО ЦНИИС, на Международной конференции «Проектирование, строительство и эксплуатация комплексов подземных сооружений» в г. Екатеринбург в 2004 г., на Международной научно — практической конференции «Городские подземные сооружения - опыт и возможности освоения подземного пространства на коммерческой основе» в 2004г. По результатам исследований, изложенных в диссертационной работе опубликованы 3 научные статьи.

Структура и объем работы: Диссертационная работа включает введение, 4 главы, выводы, список литературы и приложения.

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Тоннели и метрополитены» Московского государственного университета путей сообщения (МИИТ) под руководством доктора технических наук, профессора Е.А. Демешко.

Подобные работы
Нгуен Нгок Туан
Прогнозирование горного давления на тоннельную обделку метрополитена с учетом влияния изменчивости свойств нескальных грунтов
Жигур Юрий Леонидович
Учет вероятностно-статистической изменчивости физико-механических свойств материалов конструктивных слоев при расчете нежестких дорожных одежд
Поляков Алексей Вячеславович
Разработка метода расчета эффективности процесса резания горных пород струями воды сверхвысокого давления и обоснование параметров устройства для их получения применительно к проходческим комбайнам
Поляков Андрей Вячеславович
Обоснование рациональных параметров импульсных струй воды высокого давления и разработка метода расчета эффективности процесса резания ими горных пород
Эфендиев Галиб Мамед оглы
Повышение эффективности работы долот режущего типа путем их рационального выбора с учетом свойств горных пород
Чупров Игорь Валерьевич
Исследование взаимосвязи параметров электромагнитных молотов с физико-механическими свойствами горных пород при дроблении негабаритов
Тимонов Алексей Васильевич
Керамзит из отходов камнеподобных глинистых пород; технология и свойства
Буй Динь Тхань
Влияние химических компонентов на пожароопасные свойства древесины тропических пород Вьетнама
Волков Михаил Анатольевич
Моделирование кинетики трещинообразования на основе оценки физико-механических свойств разрушаемых горных пород
Кочегаров Алексей Викторович
Проектирование и исследование бункеров-дозаторов с оптимальными конструктивно-технологическими параметрами с учетом информационной оценки неоднородности физико-механических свойств семян хвойных пород

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net