矩形顶管关键技术研究现状及发展趋势探讨

首先，对矩形顶管技术的发展历程及其国内外研究现状进行综述，介绍当前矩形顶管技术主要的应用场景，并结合顶推力预测、注浆减阻、背土效应演化机制和控制对策、顶进过程中的地层响应模式和沉降计算、工作面稳定性评估等关键技术问题，对矩形顶管的理论研究进展进行回顾和讨论。其次，根据矩形断面掘进机的结构形式和切削方式，对国内外矩形顶管掘进机的开发现状及其分类进行介绍。最后，归纳当前矩形顶管在装备及工程应用领域面临的技术挑战，探讨矩形顶管技术的发展趋势，对矩形顶管装备智能化，矩形曲线顶进，长距离、大断面及复合地层等复杂场景下的矩形顶管技术进行展望。     

矩形顶管在城市地下空间开发中的应用及前景

论述了矩形顶管机的一般结构形式,重点对平行中心轴式刀盘矩形顶管机、偏心多轴式刀盘矩形顶管机、行星齿轮式切削矩形顶管机、多联分体组合式矩形顶管机的结构特点和地层适应性进行了论述。详细介绍了矩形顶管在城市过街通道、地下商业空间、地下停车场等领域地下空间开发中的应用成果;同时对矩形顶管在地下综合管廊、地下物流通道、海绵城市建设等其他地下空间中的应用前景进行了探索;最后,对矩形顶管设备进行了展望并对其发展方向提出了一些建议。     

敞口式矩形顶管机设计与研究

为解决稳定地层中联络通道的机械化施工问题,研发敞口式矩形顶管机,并分别对敞口式顶管机在土体中的载荷分布特性、盾体静强度和挖掘臂的工作空间进行研究。1)基于普罗托基亚卡诺夫理论,研究敞口式矩形顶管机在土体中的载荷分布特性,构建盾体的受力模型。2)采用有限元法对盾体进行静强度分析,得到盾体的应力云图和变形量云图,验证盾体在强度和刚度方面符合设计要求。3)利用D-H 方法对挖掘臂系统进行运动学建模,得到挖掘臂末端在基坐标系中的位置矢量;应用蒙特卡洛法对挖掘臂的工作空间进行分析,得到机械臂末端的工作空间点云图。研究结果可为敞口式顶管机的结构设计和设备控制系统的搭建提供依据。     

中国“智”造矩形顶管掘进机首次走出国门

<正>2015年10月28日,我国具有完全自主知识产权的矩形顶管掘进机在郑州下线,将应用于新加坡汤申线地铁项目,这是中国"智"造的矩形顶管掘进机首次走出国门,开创了国产异形掘进机走向海外的先河。矩形顶管掘进机是横断面为矩形的隧道掘进机,相比常见的圆形盾构可提升空间利用率高达20%,具有减少施工扰动、避免大量拆迁和不影响正常交通等优点,主要用于距地面较近的城市下穿隧道、地铁口等工程作业。2013年12月,这种矩形顶管掘进机     

大断面类矩形顶管壳体土压及顶进阻力分析——以上海淞沪路—三门路下立交工程为例

为分析类矩形顶管机头的挤土效应,采用理论与数据分析相结合的方法,将上海淞沪路—三门路下立交大断面类矩形顶管工程中顶管机壳体土压力及顶进阻力监测结果与规范理论值进行对比,并引入经验计算系数。研究表明:1)按土柱理论和朗肯土压力理论计算的顶管机壳体土压力偏小; 2)顶进阻力与推进里程呈线性关系,斜率为单位长度管道外壁摩擦阻力,截距为顶管机迎面阻力; 3)《给水排水管道工程施工及验收规范》2008版和1997版中给出的顶管隧道单位长度管道外壁摩擦阻力计算方法均是以圆形截面为基准的,对于本工程的类矩形顶管隧道,2008版的计算结果较实际值小20%以上; 4)对于上海砂质粉土地层,控制土压力侧向系数建议取0.8。     

世界最大尺寸矩形顶管掘进机在国内完成首推

<正>由上海城建隧道股份公司设计研发的超大矩形顶管掘进机在郑州纬四路下穿中州大道隧道接收井准确进洞,圆满完成我国自主知识产权超大顶管装备在中原大地的"处女航"。郑州纬四路下穿中州大道,隧道位于郑州市郑东新区和中心城区分界线中州大道下方,采用矩形顶管机施工,施工过程中存在着大断面、长距离顶管顶进等技术难题,并且在顶进过程中还将穿越各类复杂的地     

郑州中州大道项目矩形盾构顶管“中原1号”正式始发

<正>2014年2月16日,当前世界上最大的矩形盾构顶管"中原1号"在郑州市下穿中州大道(红专路)隧道工程顺利始发。"中原1号"长10.12 m、高7.27 m,机头呈方形,是目前世界上断面最大的矩形盾构顶管,在设计技术上突破了六刀盘复合开挖联合控制技术、盾体推进过程当中的减少摩擦的设计、超薄壳体和超大断面的结构强度设计优化等关键技术难题。     

我国异形掘进机技术发展、应用及展望

20多年来,我国异形掘进机技术得到长足发展。首先,以异形掘进机领域的阶段性科研项目为主线,回顾我国异形掘进机技术从模仿跟随到同步突破再到创新引领的发展历程及所取得的成就,从异形掘进机全断面开挖技术、异形管片拼装技术、测控技术和施工技术等方面介绍我国异形掘进机技术的发展现状; 然后,通过大量案例分析,分别介绍矩形顶管机、矩形盾构、马蹄形盾构及其特殊施工技术在我国隧道建设中的应用情况; 最后,从地质适应性、施工效率、隧道截面形式等方面指出当前异形掘进机发展的局限性,并提出进一步的研究方向,同时对未来异形掘进机在新领域的应用提出几点思考。     

砂卵石层矩形顶管机切削技术及排渣系统研究与应用

为探索矩形顶管机在砂卵石层中的适应性,以成都市下穿人民南路人行通道矩形顶管项目为依托,对矩形顶管机在砂卵石地层中的组合式刀盘布置、下部刀盘减阻技术、螺旋机叶片安装位置和闸门结构形式等切削及排渣关键技术进行研究。结果表明： 1）采用同平面刀盘开挖形式,可减少前后刀盘布置带来的卡卵石现象,避免卵石对刀盘的的冲击,更能适应砂卵石地层的施工; 2）全部或部分切除下部刀盘加强大圆环,进行结构优化,在满足砂卵石地层开挖需求的同时,降低切削转矩20％左右; 3）带式双螺旋输送机螺旋叶片伸入土舱设计使螺旋输送机携渣能力提高3倍,且弧形闸门装置能够对渣土实现有效封堵。     

土压平衡箱涵掘进机的设计研究

为解决管幕箱涵工程中，大断面箱涵推进阶段正面土压力平衡失稳导致的管幕体系失效的问题，依托上海市田林路下穿中环线地道工程，设计1台土压平衡箱涵掘进机用于箱涵推进施工，并介绍箱涵掘进机的设计条件、主要参数选择，壳体结构受力分析和应用情况及效果。研究结果表明： 1）土压平衡箱涵掘进机通过正面土压力的平衡有利于地面沉降控制； 2）通过SolidWorks三维平台对箱涵掘进机的壳体进行建模受力分析，得出结构设计完全能够满足施工荷载条件； 3）箱涵掘进机的姿态控制主要依靠已完成的管幕作为导向，并通过同步推进系统调整箱涵左右行程偏差； 4）刀盘配置存在切削盲区，在加固区施工过程中会造成推力过大。     

苏州城北路大断面矩形顶管顶力计算与实测分析

矩形顶管顶力作为顶进设计的重要参数，目前尚无统一的标准计算公式。结合大断面矩形顶管的特殊性，在比尔鲍曼理论、管土与管浆部分接触理论基础上进行修正改进，将顶管机机壳摩阻力单独计算，推导出大断面矩形顶管的顶力计算新方法。结合苏州城北路大断面矩形顶管工程案例，将计算值与实测值进行对比分析，研究发现： 1)采用比尔鲍曼理论计算上部土压力更为合理； 2)当形成稳定的泥浆套时，迎面阻力取1.1倍静止土压力，同实际情况吻合度高； 3)推导方法计算出的单位长度顶力与实测值较为接近，工程适用性较好。     

超大断面矩形盾构顶管设计关键技术

文章详细介绍了超大断面矩形盾构顶管(10.12 m×7.27 m)设计的关键技术研究:1)矩形断面开挖形式的研究与选型分析;2)超宽矩形薄壳体强度、刚度研究;3)顶推机构电液比例集成控制研究;4)矩形断面渣土改良技术研究。以上关键技术的研究解决,在施工现场得到了成功应用,为城市超大矩形断面交通隧道施工提出了一种全新工法。矩形隧道施工将会成为最经济、安全和快捷的工法。     

分体组合式矩形顶管机关键技术探究——结合中铁装备地下停车场项目

为解决分体组合式矩形顶管机高精高效掘进难题，以中铁装备厂区地下停车场项目为依托，对矩形顶管机分体组合式结构适应性、位姿（位置与姿态）控制、组合式小刀盘开挖系统设计等关键技术展开研究： 1）提出新型组合连接形式，解决因设备组合带来的密封、管线联通等结构适应性问题； 2）创新盾体铰接结构，提出分体组合式顶管机复合位姿控制方法，即以纠偏油缸为主，双螺旋输送机互馈出渣为辅的协同纠偏策略，多刀盘转向转速控制与主机周向多点加压控制相结合的纠滚策略，实现浅覆土、零间距隧洞的高精度施工； 3）基于回归分析方法，探讨小刀盘扭矩系数随刀盘直径、刀盘布置位置的变化规律，建立直径3 m以下小刀盘扭矩系数的计算模型，为多刀盘系统驱动配置提供理论依据。     

矩形顶管法在浅层地下空间施工中存在的主要问题及控制措施的探讨研究

随着地下空间的开发利用,矩形顶管工法在地下工程施工中应用逐渐广泛,针对矩形顶管法在浅层地下空间施工中存在的主要问题及控制措施,文章依托深圳市轨道交通8号线深外高中站B2出入口矩形顶管工程,结合其他工程对施工中存在的风险、主要问题进行分析,对控制、解决措施进行探讨研究,并提出几点建议为工程技术人员今后类似工程设计、施工提供参考借鉴。     

顶管机在含有钢筋等柔性杂物复杂地层中的改进及应用

为解决顶管施工穿越含有钢筋等柔性杂物的复杂回填土层时出现的破碎不完全、刀盘缠绕、排渣管道堵塞等问题，首先，分析钢筋的破碎特性和复杂回填土地层的特点，研究贝壳刀切削、破碎机制； 其次，针对含有混凝土、石块等硬物质和钢筋等柔性杂物的复杂地层，对顶管机结构进行改进和创新性结构设计； 再次，对顶管机渣土排放设备、泥舱结构进行改造设计； 最后，采用特殊控制系统和施工工法辅助施工。将该创新技术应用在深圳海斯比顶管工程中，顶管成功穿越了含有大量钢筋等柔性杂物的建筑垃圾回填土层。     

关于矩形顶管法施工地铁出入口始发、接收方式的研究及案例分析

随着地下空间的开发利用,矩形顶管工法在地下工程施工中的应用逐渐广泛,出现了多种不同类型的矩形顶管施工案例,特别在地铁出入口施工中.通过对国内既有施工案例的介绍,研究分析了地铁出入口采用矩形顶管法施工时始发、接收方式的特点,结合施工工况等影响因素,总结了目前矩形顶管法施工地铁出入口始发、接收方式及设计原则.在地下过街通道、地铁出入口、商场出入口等设计施工时,该始发、接收方式的设计原则、施工技术可为工程技术人员今后类似工程设计、施工提供参考依据.     

武汉首例矩形顶管地铁出入口施工监测及数值模拟分析

为研究矩形顶管施工对周边环境的影响,以武汉地铁2号线王家墩东站Ⅳ号出入口兼过街通道采用的矩形顶管技术试验工程为背景,通过对矩形顶管法地下通道施工过程的现场监测和三维数值模拟,分析矩形顶管施工对周围环境的影响及地层位移的变化规律,得到武汉长江Ι级阶地区地下通道采用偏心多轴多刀盘土压平衡式矩形顶管技术施工的一般规律。实测数据分析结果和数值模拟结果表明： 1）地表的最终沉降值与该处对应断面的开挖时序成正比; 2）顶管机掌子面前方土体产生地表隆起,掌子面后方土体产生地表沉降; 3）地层沉降位移随距离顶管顶进轴线的增大而减小,影响范围约为3倍洞径。