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。     

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。     

基于SolidWorks三维建模矩形顶管掘进机壳体的设计

矩形顶管机与常用的圆形盾构或掘进机相比较,具有空间利用率高和施工成本低等优点。本文通过前期对大断面矩形顶管机的壳体进行三维建模,分析并建立壳体受力模型,使用Solid Works有限元软件对壳体结构建模、约束设定和载荷确定进行简化,经过计算后对结构应力和变形进行分析并进一步优化模型,形成基于Solid Works三维建模的壳体设计、校验和优化方法,可为矩形顶管掘进机的壳体设计提供指导。     

超大直径泥水盾构浅覆土掘进引起的土体变形特性分析

浅覆土段超大直径盾构隧道上浮的现象相当普遍,但隧道上浮导致的土体变形特性却鲜有论述。以上海市北横通道盾构隧道工程为背景,通过地表和深层土体沉降的实测数据,分析了浅覆土段超大直径泥水盾构掘进引起的土体变形特性。研究表明:管片脱出盾尾之后地表迅速隆起,在管片脱离盾尾12环时取得最大隆起量;横向3.6D监测范围内的地表均发生隆起变形,且距离隧道轴线两侧各1D范围内的地层在盾构通过后会发生较大的沉降变形;深层土体监测点的最大隆起量自下而上基本呈现递减趋势。     

类矩形盾尾受力性能数值模拟研究

类矩形隧道具有空间利用率高、双线一次成型等优点,但其受力性能不同于传统圆形隧道。盾尾是盾构壳体最薄弱的部分,有必要对类矩形盾尾的受力性能进行研究。本文以宁波轨道交通4号线工程为背景,建立类矩形盾尾的数值模型,分析、研究理想结构模型与考虑几何初始缺陷模型在多种工况下的受力性能,最后使用参数化方法,研究壳体厚度和覆土厚度对应力和变形分布的影响。结果表明： 盾尾设计具有足够的强度和刚度储备; 几何初始缺陷对盾尾变形的影响较大; 推进工况的摩擦力对应力和变形的影响很小,变向荷载主要增大了向外变形。     

软土地层土压平衡式盾构盾尾有限元分析及优化对策

盾构在施工时,盾尾往往要承受大量的水土压力和自重载荷,这些载荷作用在盾尾产生一定的形变量。当形变量超过设计要求时,会造成一定的工程事故。针对软土地层中盾构的工况进行分析,确定盾构掘进过程中盾尾所受载荷。建立三维有限元模型,然后进行计算分析。根据分析结果对盾尾结构进行改进:盾尾采用6点注浆法代替传统的4点注浆法,并对有限元软件进行分析计算,对比6点注浆法和4点注浆法盾尾的分析结果。结果表明,6点注浆法能很好地减少盾尾的形变量,提高了盾构施工质量。     

世界首创马蹄形盾构在黄土隧道应用取得成功

正2018年1月3日,世界首创的马蹄形盾构在国内最长运煤专线蒙华铁路白城隧道掘进突破了3 000 m大关,即将实现全隧贯通,标志着盾构工法首次在我国黄土隧道应用取得成功,这将对我国西北地区黄土及软弱地质隧道建设起到示范和引领作用。马蹄形盾构整机长118 m,质量为1 300 t,该设备外轮廓高10.95 m、宽11.9 m,盾体采用梭式结构,能有效降低盾体与地层之间的摩擦力,进而减小推进阻力。这一全球首创的隧道开挖方式能够极大地提高隧道空间利用率,较圆形截面减少10%~15%的     

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。     

近海淤泥地层超大直径盾构工作井设计

随着城市建设的推进,超大直径盾构隧道逐渐涌现于各种重大工程之中,而大尺寸、超深工作井也随之得到了应用。如何更好地对工作井的围护及结构进行设计,成为了超大直径盾构研究的重点之一。本文以珠海某近海淤泥地层超大直径盾构工作井为例,通过启明星软件对其围护结构的安全性及侧移进行了分析计算,同时采用Midas Civil软件建立三维模型,计算其结构弯矩及剪力,结果表明该工作井方案能满足各规范的要求,可为类似工程提供借鉴。     

考虑盾壳与土体摩擦力的盾构下穿既有地铁隧道施工控制研究

摩擦力是盾构下穿对既有结构施工力学行为影响的重要因素。为明确盾构下穿过程中土舱压力、注浆压力、摩擦力对既有隧道变形的影响规律,给出合理的施工技术参数,考虑盾构自重及土压力分布特征,推导了摩擦力计算公式,分析了摩擦力分布特征,将此计算结果通过Fish语言写入FLAC3D有限差分软件,结合实体工程,对盾构下穿既有地铁隧道施工技术参数进行了系统研究,并通过实测数据验证了研究成果的可靠性。研究结果表明:1)盾壳与土体之间的摩擦力沿盾壳四周不均匀分布,量值随土体内摩擦角、重度及隧道埋深的增大而增加;2)盾构下穿过程中,既有结构竖向位移表现为先隆起、后沉降,其中土舱压力、摩擦力是造成既有结构隆起的主要原因,隆起量随土舱压力、摩擦力的增大而增大;3)盾尾脱离后既有结构沉降主要受注浆压力、摩擦力的影响,沉降量则随注浆压力的增大、摩擦力的减小而减小;4)与不考虑摩擦力的数值计算模型相比,考虑摩擦力的模型计算结果与工程实测数据吻合更好,且既有2号线运营地铁隧道结构变形满足规范所要求的控制标准,验证了研究成果的合理性与适应性。     

大直径泥水盾构始发钢套筒的防扭施工技术——以孟加拉卡纳普里河水下隧道为例

为更好地控制超大直径泥水平衡盾构始发阶段的施工风险，依托“一带一路”孟中印缅经济走廊大型基础设施项目孟加拉卡纳普里河水下隧道，采用开挖直径12.16 m超大型气垫式泥水加压平衡盾构密闭始发钢套筒进行始发。为解决当地吊装资源和远洋航运的限制，钢套筒采用分片设计。盾构在套筒内破除洞门围护结构前，须严格控制盾构掘进转矩，避免盾体及钢套筒整体扭转。对钢套筒始发整体扭转进行分析，并运用有限元仿真技术分析始发施工中的盾构钢套筒抗扭性能。研究结果表明： 钢套筒可以满足始发前后所需的抵抗转矩，最大应力为16.6 MPa，最大位移为0.52 mm，最大水平位移为0.02 mm，最大竖向位移为0.51 mm，满足盾构始发钢套筒的受力和变形验算条件。基于仿真计算结果，制定对应的超大直径盾构始发钢套筒的抗扭措施。     

黄土隧道马蹄形盾构工法选择及应用

目前铁路隧道施工以矿山法为主,但在黄土等软弱围岩隧道施工时风险大、进度慢;而盾构法已在地铁、水下隧道等软弱地层中得到了广泛应用。针对蒙华铁路砂质新黄土隧道:1)通过矿山法与盾构法比较确定采用盾构法施工。2)从开挖内轮廓、刀盘开挖特点、管片拼装方式、管片受力及配筋4个方面对马蹄形盾构隧道和圆形盾构隧道进行对比分析,得出马蹄形盾构隧道的断面利用率更高,马蹄形管片与圆形管片受力有所差别而马蹄形管片配筋量更低。3)介绍马蹄形盾构设备概况,并对马蹄形管片设计进行研究。4)例举马蹄形盾构掘进过程中遇到的防寒防冻、管片底部开裂和遇到含姜石的老黄土掘进困难等问题以及相应的处理措施。经过1年多的施工实践证明,在黄土隧道马蹄形盾构施工风险低,质量高,安全可靠。     

一款变速器后壳体的改进设计及验证

为了满足在变速器后壳体上安装中央制动器的产品结构需求,以一款成熟的变速器后壳体为设计原型,进行了相应的改进设计及优化。通过开展有限元分析,获得应力和应变分布情况,得出壳体刚度和强度均满足设计要求;模态分析结果表明,设计模型2的方案是可行的;样件的多种试验验证均通过,证明改进设计的变速器后壳体样件完全符合设计要求。     

满足多台盾构始发要求的工作井结构设计研究

盾构工作井的尺寸应满足盾构机设备和安装的空间要求,对于需满足多台盾构下井拼装的情况,工作井的尺寸需考虑不同盾构机的尺寸及其交叉施工的影响。文中结合实际工程,分析多台盾构始发的结构尺寸要求,在满足结构尺寸要求的条件下对结构设计进行研究,通过工程验证,所提出的设计方法完全能满足结构功能要求。     

超大断面双层盾构隧道火灾特性及疏散救援研究——以深圳机荷高速公路隧道为例

为解决超大断面高速公路隧道的火灾排烟及疏散救援难题,以深圳机荷高速双层盾构隧道为依托,采用FDS数值模拟方法对隧道标准断面和分叉断面处火灾排烟特性、温度场和能见度的分布规律进行研究,确定火灾工况下各个位置能见度和温度随时间的变化以及烟气扩散情况,建议隧道内应控制纵向风速不小于3 m/s;结合高速公路隧道火灾的起因和特点,开展高速公路隧道火灾事故应急救援综合研究,运用仿真模拟法对多组楼梯参数取值情况下共计6种疏散工况进行计算,确定横通道间距为250 m、楼梯间距为80 m时,可满足人员安全疏散要求;最后,提出超大断面双层高速公路隧道火灾应急救援体系,并针对机荷高速双层盾构隧道给出救援疏散路线以及各位置发生火灾时的排烟疏散策略。     

泥质砂岩地层盾构掘进施工扰动效应与地表纵向变形预测方法

盾构掘进扰动引起的地表变形是施工控制的关键参数。在明确盾构施工不同阶段扰动机制与影响因素的基础上,基于半无限空间体Mindlin解,给出考虑盾构附加推力、盾壳摩擦力、同步注浆压力和地层损失多因素作用下的地表纵向变形计算公式。并通过长沙地铁6号线朝芙区间地表纵向位移实测数据验证了该文计算方法的可靠性。采用该方法分析不同施工参数对地表变形的影响。结果表明:盾构附加推力和摩擦力均造成前方地表隆起后方地表沉降,同步注浆压力使地表发生隆起并在盾尾处出现最大值,地层损失引起地表沉降占比最大;在盾构经过阶段因地层损失、盾构摩擦力和盾构推力的影响,引起的地表纵向位移最大。根据盾构掘进扰动机理及变形影响因素,对盾构掘进过程不同阶段的相关施工控制参数与措施提出了适当建议。     

超大断面隧道扁平率优化分析

对于超大断面隧道而言,合理的扁平率设计既能降低工程造价又能确保隧道支护结构受力最合理。因此,优化超大断面隧道的扁平率是隧道设计面临的首要问题。以大连光明路超大断面隧道为工程背景,通过对不同扁平率下隧道围岩位移、应力分布,以及支护结构内力对比分析,得到超大断面隧道扁平率的合理取值范围。研究结果对超大断面隧道断面优化设计有一定的参考作用。     

超大断面越江盾构隧道结构设计与力学分析

介绍了三车道公路超大断面越江盾构隧道结构的详细设计过程,包括内净空布置、衬砌结构形式与厚度、管片分块和幅宽以及拼装方式等;采用梁-弹簧模型模拟管片衬砌结构,并借助于有限元数值模拟方法进行了隧道结构的力学特性分析。结果表明:在不同的拼装方式下,管片衬砌结构的力学特性是不相同的;通缝拼装时,管片结构的变形较大,弯矩最小;错缝拼装则相反,轴力变化不大;同是错缝拼装,随着K块位置的不同,其力学特征也不相同。     

薄壁梁诱导槽结构抗撞性优化设计及应用

通过分析各种变形诱导结构设计特点的基础上,提出了一种有效的变形诱导槽结构.将该变形诱导槽结构应用于某车架前纵梁的碰撞模拟中,以提高其动态吸能特性.选取前纵梁诱导结构的主要设计参数作为研究对象,采用响应面法并结合正交试验设计、显式有限元方法等来进行分析.建立了前纵梁诱导结构的总吸能和最大冲击载荷的多目标优化模型,并对模型...     

?12 m级泥水盾构刀盘的载荷转矩计算及力学性能分析

为研究某盾构隧道?12 m级大直径泥水盾构刀盘设计的合理性以及对高水压密实砂层施工的适应性,结合大直径泥水盾构的特点以及以密实砂层为主的地层条件,提出考虑土压力与刀具贯入阻力、忽略砂土间的黏聚力的刀具载荷计算修正模型,综合考虑刀盘结构及其背部泥水压力对刀盘载荷及转矩的影响,获得刀盘的输入载荷和转矩。利用ANSYS软件,建立大直径泥水盾构掘进的仿真分析模型,对泥水盾构正常掘进、偏载以及脱困3种工况进行有限元分析。结果表明:偏载工况下,刀盘的应力和变形最大,最大应力出现在刀盘下半部的主臂支撑筋板与法兰连接处,达到128.46 MPa;最大变形出现在刀盘边缘处,达到2.85 mm,刀盘性能满足设计要求。