盾構(gòu)下穿錨固地層滾刀-錨桿力學(xué)行為研究

李 戈

(中國(guó)一冶集團(tuán)有限公司交通公司，湖北 武漢 430080)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，交通出行成為社會(huì)發(fā)展的一大關(guān)注點(diǎn)。地鐵由于其不影響地面交通、載客量大、準(zhǔn)時(shí)、環(huán)境影響小等特點(diǎn)逐漸成為城市公共交通中不可或缺的一環(huán)[1]。

盾構(gòu)施工過(guò)程中，盾構(gòu)穿越錨固區(qū)施工問(wèn)題出現(xiàn)的越來(lái)越多。目前，常采用樁錨支護(hù)進(jìn)行基坑支護(hù)。盾構(gòu)施工過(guò)程中，為保證建筑物的安全，一般選擇避開(kāi)建筑物，從兩邊繞行，但由于基坑中的錨索(桿)未回收利用，仍埋在地層中，盾構(gòu)機(jī)在此區(qū)域內(nèi)施工時(shí)，將會(huì)遇到殘留在地層中的錨桿，即盾構(gòu)穿越錨固層問(wèn)題。若盾構(gòu)機(jī)未進(jìn)行預(yù)處理，直接在錨固地層中掘進(jìn)，由于錨桿混凝土和鋼筋強(qiáng)度較高，極易導(dǎo)致刀具磨損，混凝土切削困難，鋼筋被拉扯斷而形成長(zhǎng)鋼筋條，纏繞在刀盤(pán)上，使盾構(gòu)機(jī)難以掘進(jìn)。同時(shí)，城市地鐵施工周?chē)h(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，高層建筑物密集，盾構(gòu)區(qū)間施工過(guò)程中頻繁出現(xiàn)穿越既有建筑物基坑錨桿問(wèn)題，給城市地鐵建設(shè)帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)。因此，在安全、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的基礎(chǔ)上解決既有建筑物基坑錨桿與地鐵線路交叉問(wèn)題，成為目前城市地鐵安全快速施工亟待解決的一個(gè)難題。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)盾構(gòu)機(jī)刀具的切削機(jī)理及力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了大量研究[2-7]，包括不同刀具的破巖機(jī)理、在黏土地層的切削實(shí)踐及切削混凝土樁的可行性分析等。Gertsch等[8]針對(duì)單滾刀和單一圍巖類(lèi)型開(kāi)展了一系列全尺寸滾刀切削試驗(yàn)。Rostami等[9-10]總結(jié)了硬巖式掘進(jìn)機(jī)設(shè)計(jì)和性能預(yù)測(cè)建模技術(shù)現(xiàn)狀，研究了掘進(jìn)機(jī)的切削機(jī)理，討論現(xiàn)有刀盤(pán)建模技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。王飛[11]考慮到切刀切削過(guò)程中的非線性影響，研究切刀參數(shù)對(duì)切削的影響，基于蘇州切削大直徑混凝土樁工程實(shí)例，進(jìn)行了國(guó)內(nèi)外第1次切削鋼筋混凝土基礎(chǔ)試驗(yàn)，驗(yàn)證了仿真模擬的準(zhǔn)確性，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中暴露出的刀具磨損進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化調(diào)整。張海峰[12]分析了盾構(gòu)刀盤(pán)刀具切削機(jī)理，提出刀盤(pán)刀具配置組合與地層適應(yīng)性的關(guān)系，構(gòu)建了盾構(gòu)刀盤(pán)扭矩計(jì)算模型，對(duì)腹板式和輻條式刀盤(pán)扭矩進(jìn)行計(jì)算。暨智勇[13]研究分析了盾構(gòu)刀盤(pán)切刀與滾刀的運(yùn)動(dòng)特性，建立相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)系，推導(dǎo)相應(yīng)運(yùn)動(dòng)方程，探究切削過(guò)程中巖土體的應(yīng)力及變形特性。崔娟[14]采用ABAQUS有限元軟件對(duì)盾構(gòu)機(jī)在不同地質(zhì)地層條件下掘進(jìn)時(shí)切刀切削巖土體過(guò)程進(jìn)行模擬研究，建立刀盤(pán)扭矩計(jì)算模型，推導(dǎo)出各扭矩分量的表達(dá)式。

目前，國(guó)內(nèi)對(duì)盾構(gòu)穿越錨固層的研究相對(duì)較少，大多集中在案例分析與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)方面。隨著地鐵項(xiàng)目的大量施工，盾構(gòu)隧道區(qū)間遭遇建筑物錨桿情況將會(huì)越來(lái)越多，對(duì)盾構(gòu)穿越錨固區(qū)問(wèn)題重難點(diǎn)分析總結(jié)并提出應(yīng)對(duì)策略迫在眉睫。本文以武漢地鐵8號(hào)線為依托工程，探討盾構(gòu)滾刀切削錨桿的作用機(jī)理，計(jì)算錨固地層下的刀盤(pán)扭矩，對(duì)今后類(lèi)似工程案例的分析提供借鑒。

1 工程概況

武漢地鐵8號(hào)線二期工程水果湖—洪山路區(qū)間右線全長(zhǎng)456.801m(短鏈11.574m)左線全長(zhǎng)450.641m(短鏈17.696m)。本區(qū)間線間距為8.0～15.2m，隧道邊最小距離為2m，隧道距兩邊建(構(gòu))筑物較近，線路平面最小曲線半徑為350m，隧道埋深為11.5～13.7m，區(qū)間不設(shè)聯(lián)絡(luò)通道。

本工程侵入隧道范圍錨桿總長(zhǎng)約102m，人工挖孔樁φ2.2m@1.5m，深度約11m，支護(hù)采用拼裝式組合鋼模板，每孔涉及上、下2組錨桿，每組由3根φ20或φ25 HRB400螺紋鋼組成，采用專(zhuān)用穿心千斤頂拔除錨桿。某斷面錨桿與盾構(gòu)區(qū)間的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 某斷面錨桿與盾構(gòu)區(qū)間的位置關(guān)系

盾構(gòu)隧道左線開(kāi)始掘進(jìn)，鋼筋被切斷后，盾構(gòu)右線隧道的掘進(jìn)也將受地層內(nèi)鋼筋的影響。與左線隧道開(kāi)挖不同的是，由于鋼筋被切斷，失去錨固力，盾構(gòu)右線刀盤(pán)前方鋼筋將失去約束，刀盤(pán)遇到鋼筋后難以將其切割成短鋼筋條，而是以拉斷方式將整根鋼筋截?cái)?，這種情況則會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)較多長(zhǎng)鋼筋條，較難通過(guò)刀盤(pán)的開(kāi)口處排出，反而會(huì)經(jīng)過(guò)擠壓變形纏繞在刀盤(pán)上，增大刀盤(pán)扭矩，加大開(kāi)挖難度，延長(zhǎng)開(kāi)挖工期。此外，長(zhǎng)鋼筋條的出現(xiàn)對(duì)刀具合金的保護(hù)極為不利，絕大部分合金塊受到強(qiáng)烈的沖擊荷載作用，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致脆性斷裂。

2 錨固地層下刀盤(pán)扭矩計(jì)算

在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，由于刀盤(pán)刀具遇到地層中的錨桿，將會(huì)使盾構(gòu)扭矩增大。在錨固地層下，與常規(guī)地層相比，地層內(nèi)錨桿是唯一變量。在盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中，由于刀盤(pán)切割錨桿，在二者接觸過(guò)程中，刀盤(pán)扭矩將會(huì)急劇增大。因此，可將盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)扭矩Tt分為基礎(chǔ)扭矩T0和附加扭矩Tf：

Tt=T0+Tf

(1)

基礎(chǔ)扭矩即在遇到該地層前盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時(shí)，刀盤(pán)上產(chǎn)生的扭矩，可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，或通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)得到。附加扭矩的產(chǎn)生原因?yàn)槎軜?gòu)機(jī)刀盤(pán)在錨固地層中掘進(jìn)時(shí)，刀盤(pán)上的刀具和地層中的錨桿接觸，從而在短時(shí)間內(nèi)增加扭矩。

2.1 基礎(chǔ)扭矩計(jì)算

基礎(chǔ)扭矩可按經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。目前，應(yīng)用最廣泛的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蜑槿毡就聊竟こ處焻f(xié)會(huì)在《隧道標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》提出的式(2)：

T=αD3

(2)

式中：T為預(yù)測(cè)的刀頭扭矩(kN·m)；D為盾構(gòu)機(jī)或TBM的直徑(m)；α為軟土隧道中盾構(gòu)機(jī)或TBM的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取值1～2.5。

2.2 附加扭矩計(jì)算

盾構(gòu)機(jī)的附加扭矩主要來(lái)源于滾刀切削錨桿混凝土及滾刀切削鋼筋2部分。

在錨固地層中，盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)切割鋼筋時(shí)會(huì)遇到2種情況：盾構(gòu)機(jī)全斷面切割錨固鋼筋，此時(shí)鋼筋仍發(fā)揮錨固作用，刀具切割阻力較大；盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖面內(nèi)為地層鋼筋錨固端頭，鋼筋已不發(fā)揮或發(fā)揮較少的錨固作用，此時(shí)較第1種情況，刀具切割阻力較小。

此外，由于滾刀為盤(pán)狀構(gòu)造，在盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)上較其他刀具在開(kāi)挖縱軸上會(huì)伸出，率先接觸到地層鋼筋，且滾刀伸出量比一般鋼筋直徑大，因此，在盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)接觸地層鋼筋的過(guò)程中，附加扭矩的產(chǎn)生只與滾刀相關(guān)。綜上所述，附加扭矩的表達(dá)式為：

(3)

式中：Tf為附加扭矩；nt為鋼筋錨固端頭在開(kāi)挖面外時(shí)(第1種情況，下同)鋼筋碰到的滾刀數(shù)；nf為鋼筋錨固端頭在開(kāi)挖面內(nèi)時(shí)(第2種情況，下同)鋼筋碰到的滾刀數(shù)；Fti為第1種情況時(shí)滾刀的碾壓力；ri為第1種情況下滾刀距開(kāi)挖面中心點(diǎn)距離；Ffi為第2種情況滾刀的碾壓力；rj為第1種情況下滾刀距開(kāi)挖面中心點(diǎn)距離。

附加扭矩計(jì)算中滾刀碾壓力常難以通過(guò)理論計(jì)算得到，因此為得到合理的附加扭矩，可通過(guò)數(shù)值模擬或現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)反推得到滾刀的碾壓力，而后適用于一般情況。

2.3 刀盤(pán)極限瞬時(shí)扭矩回歸計(jì)算

由于盾構(gòu)機(jī)開(kāi)口率較小，長(zhǎng)鋼筋無(wú)法進(jìn)入土倉(cāng)，會(huì)與地層土體攪拌在一起，由此產(chǎn)生的扭矩增加量較難通過(guò)理論計(jì)算，因此，提出通過(guò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回歸來(lái)預(yù)測(cè)開(kāi)挖扭矩。

當(dāng)盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)遇到較大的瞬時(shí)扭矩時(shí)，刀具有可能磨損嚴(yán)重，甚至崩壞。

本節(jié)整理了盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)遇到土體中鋼筋時(shí)的異常表現(xiàn)。對(duì)于未開(kāi)倉(cāng)時(shí)的刀盤(pán)極限瞬時(shí)扭矩，采用回歸分析計(jì)算：

Tt=ksT0

(4)

式中：ks為經(jīng)驗(yàn)回歸系數(shù)。

隨著刀盤(pán)上鋼筋的增多，掘進(jìn)愈發(fā)困難，因此，采用線性回歸對(duì)回歸系數(shù)進(jìn)行分析。將切削下來(lái)的地層鋼筋作為自變量，掘進(jìn)過(guò)程中極限瞬時(shí)扭矩作為因變量，繪制散點(diǎn)圖(見(jiàn)圖2)。隨著切削鋼筋量的增加，刀盤(pán)極限瞬時(shí)扭矩近似呈線性增長(zhǎng)。

圖2 瞬時(shí)扭矩和切削鋼筋量線性回歸擬合

對(duì)刀盤(pán)瞬時(shí)扭矩進(jìn)行回歸統(tǒng)計(jì)。自由度為388，殘差平方和為8 194.03，相關(guān)系數(shù)R為0.868 52，R2為0.754 32，調(diào)整后R2為0.753 69。

R用來(lái)測(cè)量2個(gè)變量間線性相關(guān)強(qiáng)度。當(dāng)R值為1時(shí)，相關(guān)性極強(qiáng)，反之亦然。當(dāng)R值為0時(shí)，這2個(gè)變量間沒(méi)有線性關(guān)系。R2為測(cè)定系數(shù)或擬合優(yōu)度，為相關(guān)系數(shù)的平方，其值為0.754 32。調(diào)整后R2也稱為校正測(cè)定系數(shù)，計(jì)算公式為：

(5)

式中：n為樣本數(shù)；m為變量數(shù)；R2為測(cè)定系數(shù)。

由于本次線性回歸只有2個(gè)變量，調(diào)整后的R2只對(duì)多變量回歸方法有效，因此，本數(shù)據(jù)對(duì)回歸意義不大。

另一個(gè)常用的分析手段為方差分析，如表1所示。

表1 方差分析

在表1中，第1行為回歸自由度DFR，等于變量數(shù)目，即DFR=m，本節(jié)取1；第2行為殘差自由度DFE，等于樣本數(shù)目減去變量數(shù)目再減1，即為DFE=n-m-1；第3行為總自由度DFT，等于樣本數(shù)目減1，即DFT=n-1。

第2列平方和又稱變差。第1行為回歸平方和或稱回歸變差SSR，SSR表示因變量的預(yù)測(cè)值對(duì)其平均值的總偏差。即有：

(6)

第2行為剩余平方和(也稱殘差平方和)或稱剩余變差SSE，SSE表示因變量對(duì)其預(yù)測(cè)值的總偏差，這個(gè)數(shù)值越大，意味著擬合的效果越差。即有：

(7)

第3行為總平方和或稱總變差SST，SST表示因變量對(duì)其平均值的總偏差，該值是剩余變差和回歸變差的總和。即有：

(8)

測(cè)定系數(shù)就是回歸平方和在總平方和中所占比重，R2值越大，擬合的效果也就越好。即有：

(9)

第4列均方差是誤差平方和除以相應(yīng)的自由度得到的商。第1行為回歸均方差MSR，即有：

(10)

第2行為剩余均方差，均方差的數(shù)值越小，擬合的效果也就越好。即有：

(11)

第4列對(duì)應(yīng)的是F值，用于線性關(guān)系的判定。對(duì)于一元線性回歸，F(xiàn)值的計(jì)算公式為：

(12)

第5列SignificanceF對(duì)應(yīng)的是顯著性水平下F臨界值，等于P值，即棄真概率。所謂“棄真概率”，即模型為假的概率?？梢?jiàn)，P值越小越好。對(duì)于本例，P<0.000 1，故置信度達(dá)到99.99%以上。

本例中，取無(wú)錨固地層內(nèi)刀盤(pán)扭矩T0=800kN·m， 根據(jù)建立的回歸方程，可得到經(jīng)驗(yàn)回歸系數(shù)ks：

ks=3.817 5+0.636 68V

(13)

式中：V為盾構(gòu)機(jī)刀盤(pán)切削下的鋼筋量(m3)。

3 滾刀-鋼筋力學(xué)模型建立

實(shí)際工程中，由于錨桿施作的精確性不足，滾刀對(duì)鋼筋的切深在0到鋼筋直徑之間，則當(dāng)滾刀以鋼筋直徑的切深切削鋼筋，即滾刀一次性切斷鋼筋時(shí)，盾構(gòu)刀盤(pán)所受阻力最大，盾構(gòu)扭矩最大。因此，統(tǒng)一按單滾刀以垂直角度切割鋼筋考慮。

本文認(rèn)為滾刀的最大接觸力為鋼筋達(dá)到極限抗壓強(qiáng)度時(shí)，此時(shí)滾刀和鋼筋均可視為彈性體。根據(jù)彈性接觸力學(xué)，將盾構(gòu)機(jī)切削錨桿鋼筋的力學(xué)模型考慮為軸線平行而直徑不同的兩圓柱體接觸。

3.1 基本假設(shè)

對(duì)于滾刀-鋼筋力學(xué)模型，滾刀切削鋼筋可視為大直徑圓柱與小直徑圓柱的接觸，同時(shí)進(jìn)行加載，并提出以下假設(shè)。

1)兩接觸體在起始接觸點(diǎn)表面處至少二階連續(xù)。

2)接觸是非共性的。在加載過(guò)程中兩圓柱起始接觸點(diǎn)逐漸形成接觸區(qū)，因接觸區(qū)較小，接觸點(diǎn)周?chē)鷧^(qū)域可認(rèn)為是彈性半空間。

3)小變形問(wèn)題。在起始接觸點(diǎn)周?chē)?，兩接觸表面與起始接觸點(diǎn)公切面的法線相交點(diǎn)相接觸。

4)不考慮面內(nèi)摩擦。

3.2 模型建立

建立以起始接觸點(diǎn)O為原點(diǎn)，以滾刀和鋼筋接觸表面在點(diǎn)O處的公切面為xy平面坐標(biāo)系，z軸方向分別指向滾刀和鋼筋內(nèi)部，建立坐標(biāo)系xyz1，xyz2，如圖3所示。

圖3 局部坐標(biāo)系

兩曲面在O領(lǐng)域內(nèi)的第二基本形式為：

(14)

式中：φ2為曲面第二基本形式；bij為二階協(xié)變張量，為曲線的第二基本量；g=1,2，分別表示滾刀和鋼筋，x1=x,x2=y。令：

(15)

可得：

(16)

聯(lián)立式(14)～(16)，得：

φ2=bijxixj

(17)

以φ2表示某曲面的第二基本形式，該曲面在原點(diǎn)O處的切平面與滾刀和鋼筋接觸表面的公切面重合，命名為曲面τ。設(shè)滾刀和鋼筋的截面半徑分別為rd和rj。由式 (14)～(17)，可得曲面τ主曲率：

(18)

于是，主曲率半徑為：

(19)

式中：R1為第一主曲率半徑；R2為第二主曲率半徑。

滾刀與鋼筋單向加載，即在原點(diǎn)O處周?chē)纬梢粋€(gè)逐漸增大的接觸區(qū)。變形后兩接觸表面與公法線相交的點(diǎn)發(fā)生接觸，由式(17)可知此兩點(diǎn)變形前在z方向的距離：

(20)

由曲線論相關(guān)知識(shí)得：

-b12t2+(b22-b11)t+b12=0

(21)

由式(21)可求出曲面τ在原點(diǎn)O處的主方向t1，t2。建立沿主方向的坐標(biāo)系xy，z軸方向不變，在此坐標(biāo)系下，兩接觸點(diǎn)間距離可表示為：

(22)

由此可知，一般情況下接觸區(qū)的形狀為橢圓，設(shè)橢圓邊界為：

(23)

式中：a，b為橢圓的兩半軸長(zhǎng)，且a≥b。

設(shè)滾刀和鋼筋切削至極限時(shí)沿z方向相互接近的距離為h，則：

h=z+w1+w2

(24)

式中：w1，w2分別為滾刀和鋼筋表面點(diǎn)沿z1，z2軸的位移；E1，E2和ν1，ν2分別為滾刀和鋼筋的彈性模量和泊松比；p(X,Y)為接觸區(qū)C內(nèi)的壓應(yīng)力分布。

由線彈體接觸理論[16]，得到半空間體在表面受集中力的解析解。對(duì)于任意方向的集中力P，其分量為Px,Py,Pz，在其作用下的位移為：

(25)

(26)

(27)

式中：ρ為任意點(diǎn)到積分點(diǎn)的距離；u,v,ω分別為x,y,z坐標(biāo)方向的位移量；E為彈性模量；ν為泊松比。

由4.1節(jié)假設(shè)2，本節(jié)模型可視為半無(wú)限空間體受到表面接觸區(qū)均布荷載作用，因此，在式(27)的基礎(chǔ)上進(jìn)行推導(dǎo)。

令Px=0,Py=0，即可得到無(wú)限半空間體受到表面法向集中力的解析解：

(28)

在半空間體內(nèi)任意一點(diǎn)，對(duì)坐標(biāo)原點(diǎn)O進(jìn)行求解，可得：

(29)

將集中力Pz替換為均布荷載p(X,Y)，可得：

(30)

將式(22)和式(30)代入式(24)，得：

(31)

式中：

(32)

對(duì)式(31)進(jìn)行求解，得：

(33)

式中：P為總的接觸壓力，即有：

(34)

對(duì)式(33)分析，可得接觸區(qū)中心處的壓力為：

(35)

將式(35)代入式(31)，可推得滾刀和鋼筋在壓力作用下相互接近的距離，及接觸區(qū)的半軸長(zhǎng)(以橢圓積分表示)。

(36)

(37)

(38)

聯(lián)立式(19)，(35)，(37)和(38)得：

(39)

(40)

若要式(39)成立，則需a=∞。所以可發(fā)現(xiàn)滾刀與鋼筋的接觸面不是橢圓形，而是長(zhǎng)寬比極大的矩形。在此接觸區(qū)域內(nèi)，滾刀-鋼筋模型的接觸應(yīng)力可視為平面應(yīng)變問(wèn)題，記矩形長(zhǎng)方向單位長(zhǎng)度上的荷載為Pn，則：

(41)

聯(lián)立式(40)和式(41)，可求得：

(42)

(43)

同時(shí)，接觸區(qū)內(nèi)的壓力呈橢圓形分布，分布形式為：

(44)

3.3 結(jié)果分析

分析式(42)可得，隨著滾刀的加載，接觸區(qū)寬度不斷增加，中心接觸壓力也在不斷增大，當(dāng)鋼筋處所受接觸應(yīng)力變大時(shí)，鋼筋變形不斷增加。以武漢地鐵實(shí)際工程為例，錨桿采用HRB400鋼筋，滾刀采用合金結(jié)構(gòu)，滾刀半徑rd為216mm，彈性模量E1為210GPa，泊松比ν1為0.3。

依本文假設(shè)，鋼筋達(dá)到極限抗壓強(qiáng)度時(shí)開(kāi)始破壞，此時(shí)鋼筋變形最小切削力為：

(45)

討論3種鋼筋尺寸下鋼筋開(kāi)始變形時(shí)的接觸應(yīng)力分布，分別為鋼筋半徑rj為10，12.5，16mm，彈性模量E2為200GPa，泊松比ν2為0.3，鋼筋極限抗壓強(qiáng)度f(wàn)y為360MPa。

將上述數(shù)據(jù)代入式(45)，結(jié)果如圖4所示。

此處求解的結(jié)果為滾刀使鋼筋變形破壞的最小切削力，并非附加扭矩中滾刀的總切削力，總切削力還包括滾刀切削大面積錨桿混凝土的作用力，因滾刀形式較復(fù)雜，與混凝土的接觸面積不規(guī)則，難以建立合適的模型進(jìn)行計(jì)算，因此，對(duì)于附加扭矩中的盾構(gòu)切削力可通過(guò)數(shù)值模擬或?qū)崪y(cè)數(shù)據(jù)回歸進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)語(yǔ)

盾構(gòu)在錨固地層中掘進(jìn)時(shí)，刀盤(pán)扭矩會(huì)顯著增大。

建立了滾刀-鋼筋力學(xué)模型，將盾構(gòu)機(jī)切削錨桿鋼筋的力學(xué)模型考慮為軸線平行而直徑不同的兩圓柱體接觸，推導(dǎo)了滾刀-鋼筋接觸時(shí)的最大接觸力與壓力分布公式，以武漢地鐵工程為例，計(jì)算了單滾刀切削時(shí)的最小接觸力。隨著鋼筋尺寸增大，單滾刀鋼筋變形最小，切削力變大，接觸區(qū)寬度變大；回歸預(yù)測(cè)公式擬合效果較好，可為后續(xù)掘進(jìn)參數(shù)的選取提供指導(dǎo)。