盾构／TBM专用振动监测传感器VM-BOX的研发

传统的盾构/TBM振动监测采用常规的手持式振动仪,需要专业技术人员定期到设备上进行监测以获取振动数据。由于无法获取连续振动数据,进而无法对设备状态发展趋势进行合理的分析和预判,因而不能及时有效地指导设备管理。采用逻辑控制方法和信号筛分技术,研制一种盾构/TBM专用的振动监测传感器,可安装在盾构/TBM内部关键部件上,采集其在工作过程中的振动和温度数据,实现以下功能： 1）对设备振动数据进行远程实时在线监测; 2）对设备故障进行精确化管理; 3）对设备发展趋势进行预估。     

大直径泥水盾构常压刀盘温度在线监测系统设计与应用———以杭州望江路过江隧道工程为例

在盾构施工过程中,刀盘温度的异常升高会导致刀盘磨损加剧,甚至造成刀盘变形,严重影响盾构施工及安全。为了实时监 测盾构刀盘温度,避免刀盘温度过高所带来的危害,以杭州市望江路过江隧道工程为依托,建立一套大直径泥水盾构常压刀盘温度 在线监测系统,结合无线传输技术,利用安装在刀盘背面的传感器收集刀盘温度数据,并对数据进行整理和分析。结果表明: 1)该 系统能避免信号屏蔽和泥水盾构掘进的干扰,长时间稳定监测刀盘温度; 2)盾构单环掘进时,刀盘温度呈周期性变化,与盾构工作 流程相匹配; 3)盾构连续掘进时,掘进产生的热量会在刀盘上稳定积累,使得刀盘温度曲线的峰值持续升高; 4)在刀盘温度异常升 高时,通过向刀盘注入分散剂,并观察刀盘温度变化,可以对刀盘形成泥饼和前方地质突变2 种情况进行区分。本文设计的刀盘温 度在线监测系统可以用于分析刀盘情况、判断地质变化和调节掘进参数。     

基于物联网技术的盾构油液在线监测系统研究

为预防盾构故障、降低施工风险,通过长期对盾构检测数据积累和运行状态的研究,研制一套适用于盾构的油液在线监测系统,能够对主轴承润滑油、液压油的黏度、水分和激光颗粒度等指标进行实时监测和远程监测,分析和判断盾构的性能状态,确保盾构顺利施工。在盾构上安装该系统进行试验,系统采集的数据与离线检测的数据基本一致,部分数据最大偏差3.62%,能够反映出盾构运行的真实状态,数据的稳定性和准确性也能满足使用需求。盾构油液在线监测系统的成功研制可为今后盾构管理工作的自动化、网络化、智能化奠定基础。     

基于互联网的状态监测技术在盾构维护保养中的应用

为解决盾构因结构复杂、系统众多、核心零部件缺乏状态监测、当前维护保养水平低等引起的设备维护保养难题,以盾构的主轴承、主驱动减速机、液压系统等核心零部件及系统为监测对象,对油液离线、油液在线、振动、电流频谱和红外成像等状态监测技术在盾构智能维护与健康管理中的应用进行研究,开发实验室信息管理系统,通过互联网将状态监测仪器及技术、管理、维修人员等纳入统一的管理与交流平台,构建状态监测与故障诊断知识库,逐步实现盾构的智能维护,为盾构的维护保养与健康管理提供参考。     

盾构振动在线自动监控系统的设计与研究

为预判盾构关键部件可能发生的潜在故障隐患,提高盾构运行可靠性,对海瑞克S261土压平衡盾构再制造过程中的振动在线自动监控系统进行了设计研究。首先将盾构主轴承、主驱动和减速机等设备的振动变化值经过ARM/Cortex-M0+系列的Kinetis-M处理器分析转换后传输至数据集中器,然后利用SCADA软件并结合MySQL数据库技术设计了在线监控系统。此系统为盾构设备故障预警提供了数据支持,对设备维护具有一定的指导意义。     

武穴长江大桥全寿命期监测系统总体设计

针对武穴长江大桥"单侧非对称"的结构特点,以有限元基准模型为结构评估主线,综合施工期、成桥荷载试验、运营期三个阶段的监测需求,进行全寿命期监测系统的总体设计。分析塔、梁、索在各施工阶段的变形与受力特点,进行施工期监测系统设计;根据成桥状态支座反力和关键参数影响线特征,进行成桥荷载试验监测系统设计,重点关注支座摩阻力加载;综合抗震、抗风、桥址环境及交通荷载的监测需求,进行运营期监测系统设计。全寿命期监测系统的特点为:在各寿命阶段之间开展持续的有限元模型的修正工作,使得结构分析成果能够继承和更新;提出固定测点和移动测点、永久测点与临时测点、共用测点与专用测点等测点分类,充分利用健康监测系统设备并在施工期开始系统集成,使得测点在桥梁全寿命期内得到综合利用。     

基于统计及形态特征指标的桥梁线形监测评估

为探讨大跨度桥梁线形实时在线监测及安全评估方法,以武汉阳逻长江公路大桥为工程背景,建立了液压差半封闭式连通管线形监测系统,介绍该桥健康监测系统中线形监测的测点布置、采集方案策略,重点研究了以统计及形态特征为指标的桥梁线形监测加权评估方法。研究表明:该系统能够实时在线监测并评定桥梁线形变化特征,且测试精度高、长期稳定性好;统计及形态特征指标集单个测点与全部测点数据评估为一体,可有效运用于大跨度桥梁线形监测的状态评估。     

现浇混凝土连续箱梁桥承载力试验研究

以6×20m现浇混凝土连续箱梁桥为试验对象,介绍了钢筋混凝土连续梁桥承载力试验的方法及结果评定过程。通过静载、动载试验和自振特性测试,获得了不同加载工况下桥梁各控制截面测点的挠度、应变、振动频率实测值并与相应理论计算结果进行对比分析,以此对桥梁实际承载能力做综合评价。结果表明,试验孔各测点的校验系数、实测冲击系数以及实测自振频率均满足设计和规范要求,由此评定该桥实际承载能力满足设计要求。     

隧道掘进爆破地表振速的预测研究

为了能够预测隧道爆破工程对地表产生的振动速度,采用理论分析与现场试验相结合的方法。首先根据应力波基础理论,分析P、S波斜入射地表面情形下波与作用面的交互关系,并求得地表面的振动响应公式;然后基于围岩的物理力学测试指标以及2次循环爆破监测试验数据,对比分析隧道掘进爆破工程地表面2座民房测点处实测与预测的振动速度。研究结果表明:地表测点处质点振速峰值主要出现在法向方向,最大值为1. 82368cm/s,小于安全规程的阈值;预测振速与实测振速误差较小,可以为类似工程振速预测提供参考。     

盾构直接切除大直径桩基的试验与工程实践

为研究盾构直接切削大直径桩基的可行性、评价滚刀和切刀的切桩性能、获取盾构切桩的关键掘进控制参数，进行盾构直接切削大直径桩基的模型试验。研究结果表明： 1)盾构切除大直径桩基宜采用“低推进速度，高转速”的磨桩方式，刀盘推进速度建议取3~5 mm/min，刀盘转速建议取1.0~1.2 r/min； 2)滚刀对混凝土的切削效果较好，切刀对钢筋的切削效果较好； 3)混凝土强度越高，滚刀对钢筋的切割效应越好； 4)滚刀切桩时，刀盘轴向振动作用明显，在低推进速度和低转速下，其刀盘的振动小于切刀切桩时刀盘的振动; 5)切刀切桩时，刀盘环向振动强烈，在高推进速度下刀盘易卡顿，提高转速可减少刀盘卡顿。     

超大断面马蹄形盾构盾体系统研究设计及应用

为探索超大断面马蹄形盾构盾体载荷分布特性,解决超大马蹄形盾体设计关键技术问题,针对适用于单洞双线铁路隧道的超大马蹄形盾构护盾薄壳体轴向、周向载荷分布特性和传递规律展开研究,构建了盾体受载数学模型。基于上述载荷分析与功能需求详细探究了超大断面马蹄形盾构盾体的结构设计,明确了马蹄形盾体受力的薄弱环节,通过三维建模和有限元分析优化了盾体结构:壳体结构采用多半分体组合式结构,并通过法兰连接,满足了吊装和运输要求;壳体箱型环梁结构设计,在保证结构强度要求的同时节省了材料、减轻了质量;此外,进行了盾体的梭式结构、帽檐设计和超前注浆通道设计等针对性设计,有效提高了马蹄形盾构的适应能力。该马蹄形盾构的应用和盾体变形工业性监测试验表明,马蹄形盾构盾体结构满足整机平稳掘进、盾体微变形的要求,也印证了该数值模拟分析方法的正确性。     

土压平衡盾构施工风险监控系统及参数预警研究

为提高土压平衡盾构施工过程中的风险管控力度,增加盾构施工参数控制的精细化程度,做到盾构施工参数异常自动预警,设计并研发一种基于B/S构架的盾构施工风险监控系统。首先,对土压平衡盾构施工过程中的安全风险管控需求进行总结,建立系统的基本构架,确定系统的基本功能;其次,对盾构施工参数自动预警进行研究,提出参数预警的判断准则及判断方法,并将参数预警整合于盾构风险监控系统中,实现施工参数的自动预警;最后,通过缜密的算法及合理的界面设计完成风险监控系统的研发。系统的主要功能包括： 盾构参数监控、参数分析、参数预警、风险管控、施工管理等。     

盾构监控系统人机界面组态开发

为实现对盾构各系统集中监视、控制、数据存储、故障报警、界面多语言切换等功能,采用NET框架下C#自主开发的方式,开发出盾构上位机监控系统。首先简要介绍系统的开发环境和运行的软硬件环境,然后按软件部分系统逻辑分层顺序,分别从以下3个方面进行详细描述:1)底层负责与PLC通讯的OPC协议;2)自定义控件、组合显示界面、报警界面,曲线图界面及注浆界面的多语言切换;3)数据存储格式、海量数据的形象化统计分析。主要研究结论如下:1)系统经过中铁号百余台盾构的实际应用证明设计符合盾构监控要求,界面友好、稳定可靠;2)系统虽为盾构量身定做,但其人机界面软件部分包含了组态软件的大部分功能,进行功能扩展后可以移植到其他工业控制系统。     

基于S7-400H的 EPB盾构盾尾密封系统软件设计

利用S7-400H PLC冗余系统平台开发、设计土压平衡（EPB）盾构控制系统软件,能够进一步提高系统的容错能力;对盾尾密封系统的控制及使能条件的关联进行分析、总结,给施工过程中盾构操作及维修人员以指导;对盾尾密封系统的控制流程进行分析,给盾构控制系统软件设计人员以帮助。     

北京地铁8号线盾构施工引起周围古旧平房振动响应的数值模拟研究

以北京地铁8号线二期盾构施工工程为研究背景,针对典型工况,首先利用盾构作业面现场测试,得到盾构施工振动振源的时程曲线,并分析其频幅特性;其次对盾构施工引起的建筑物的振动响应进行现场测试。在此基础上,利用Z_soil有限元分析软件,考虑隧道结构-周围土层-建筑物的动力相互作用,以实测振源时程作为荷载输入,建立盾构施工引起周围建筑物振动响应的三维动力有限元分析模型;结合现场测试的成果,分析地铁隧道盾构施工引起的周围建筑物的振动响应规律。主要结论如下： 1）盾构施工引起的横断面上的建筑物振动响应,随距隧道中心距离的增加而呈现出衰减的趋势,但又表现出一定的波动性; 2）振动对于作业面向前的建筑物的影响较其对于作业面向后的影响要大。     

盾构法道路隧道运营通风设计关键技术

为了规范与提高盾构法道路隧道通风运营关键技术,基于既有盾构法道路隧道的设计实践,采用调查、归纳、总结及技术验证的方法,提出盾构法道路隧道运营通风设计的主要依据和适用标准,总结出常用运营通风方式的优缺点及适用范围,并结合典型工程的通风设计阐述了正常运营通风和火灾通风设计的主要原则与关键流程,以及逃生通道和设备廊道的通风设计要点。得出通风设计应结合监控、消防等系统协调设计来保证盾构法道路隧道的整体功能,同时,指明了盾构法道路隧道运营通风实施过程中进一步降低通风机能耗及废气处理设备占地面积的发展方向。