土压平衡式盾构机刀盘扭矩的计算及试验研究

综合考虑了土压平衡式盾构机的直径、刀盘开口率、刀盘与土体的摩擦系数、盾构机的埋深、盾构机施工地层的土性、盾构机和地层之间的相互关系、盾构机推进速度以及螺旋输送机转速等参数的影响因素,推导出刀盘扭矩的理论模型。在盾构机模拟试验平台上进行试验,分析了两种典型开口率的刀盘在3种典型土层中扭矩的变化及土仓压力对刀盘扭矩的影响。分析结果表明,刀盘扭矩的理论模型与试验结果相符,并能满足盾构机实际施工的要求。     

水底隧道上软下硬地层超大直径盾构掘进技术难点与对策探讨

为了解决水底软硬不均地层超大直径盾构施工技术问题,以某水底盾构隧道工程为依托,对超大直径盾构在水底上软下硬地层掘进中面临的技术难点、盾构机选型、施工方案选择、试验段掘进效果、方案可行性以及掘进管理控制等进行了分析和探讨。结果表明,采用有针对性设计功能的盾构机,在低刀盘转速、低掘进速度下,超大直径盾构直接掘进通过水底上软下硬地层的施工方案具有很高的可行性,并得到了成功实施。     

盾构法修建隧道地表变形计算研究

引入等代层概念,研究盾构隧道不同埋深、不同盾构机推力对地表变形的影响;介绍应用ANSYS软件进行盾构隧道地表变形计算的建模方法和参数选取,并将计算结果与条件类似工程的实测数据进行了比较分析。     

土压平衡盾构穿越河道地下障碍物施工技术研究

南昌地铁1号线5标段盾构隧道穿越抚河,抚河下有破除桥梁残留的临时钢筋混凝土桩等障碍物。采用地质雷达确定了抚河段内未知地下障碍物的位置,同时对盾构机刀盘配制、螺旋输送机和掘进参数进行了分析。研究表明：为了保证盾构机安全穿越地下障碍物区,刀盘刀具需具备一定的破岩能力,同时需对刀盘转速和掘进速度进行控制;最后分析了穿越地下障碍物对盾构机的影响。这对今后地铁盾构隧道工程有一定的指导意义。     

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。     

贵阳岩溶地区盾构机配置的几点思考

贵阳地区将首次采用盾构法施工地下区间隧道,通过对贵阳工程地质及水文地质条件进行分析,对贵阳岩溶地区盾构机的配置提出建议。经研究,盾构整机方案可采用主动铰接方式或被动铰接方式;盾构机面板建议采用复合式刀盘,刀盘开挖直径建议控制在6 450 mm~6 470 mm,开口率建议控制在35%左右;刀具配置建议采用滚刀、刮刀相结合的方案;为防止喷涌,盾构机建议采用单螺旋输送机+双闸门设计+聚合物改良+预留保压泵接口方案,且在盾尾安装三道密封钢丝刷;为适应岩溶地区盾构施工,盾构机建议配置超前钻机及注浆设备,并预留超前钻通道及密封装置;盾构面板建议开口均匀,配备土仓高压水冲刷系统,刀盘面板预留注入泡沫通道,以防备结泥饼现象;盾体建议采用梭型结构,配备壳体润滑孔,并设计主机脱困及后退能力,以防止卡盾。     

1.22 m微型土压平衡盾构液压系统设计与研究

为提高市政管道施工技术,满足不断增长的管道建设要求,设计并制造1.22 m微型土压平衡盾构。对液压系统的控制要求、功能特性与工作原理进行研究,并进行详细计算,分析微型盾构引出的液压系统技术问题及解决方案。通过AMESim软件对刀盘驱动系统与推进系统进行仿真分析,结果表明： 1）当载荷发生变化时,刀盘转速基本维持恒定,变化率为4.8%;刀盘驱动系统具有良好的鲁棒性。2）针对均布定载荷与均布变载荷,可实时控制推进速度,响应快且仅有较小超调量,超调量最大为12%;推进系统具有良好的速度控制性能。仿真试验效果良好,具有一定的实践指导意义。     

城陵矶水下盾构隧洞的设计与施工

忠县-武汉输气管道在城陵矶采用隧洞穿越长江,设计隧洞南段采用盾构法施工,北段采用矿山法施工,本文就盾构隧洞的埋深、管片结构设计、盾构机选型、施工等进行了探讨。     

大型下沉式盾构模拟试验平台液压加载系统的研制

以大型下沉式盾构机综合模拟试验为背景,对其组合式液压加载系统进行设计、计算、研制？采用研制出的组合式液压加载系统,能够以各种不同的加载方式,对不同土体,进行不同埋深下的加载试验,模拟施工中盾构机可能遇到的各种工况,可在盾构研发、功能测试及施工试验中推广应用。     

富水地层下外置乌龟壳式土压平衡盾构无障碍始发技术研究

在福州地铁5号线1标4工区盾构区间施工中,通过对常规土压平衡盾构刀盘切削地下连续墙的钻研,针对刀盘设计一种无需扩径和改造的布置方案,针对外置注浆管路设计一种保护和侧面切削地下连续墙墙体的刀具,同时采用全钢套筒密闭始发技术的一种富水地层下外置乌龟壳式常规土压平衡盾构无障碍始发体系.该体系无需对传统的土压盾构机进行改造,即保留了常规软土盾构外置注浆管路设计的盾尾,无需配备复合刀盘,避免了盾构机重心前移、刀盘直径的扩大等造成后期掘进困难的问题;也可直接切削穿越高强度地下连续墙,规避了人工凿除盾构洞门的工序,从而避免盾构始发过程中的涌砂、涌水等高风险,大幅提高盾构始发的安全性.     

北京地铁大卵石地层采用开敞式盾构机施工的可行性

针对大卵石地层盾构施工的难点,从地质适用性、结构可维护性、自身性能特点、处理大卵石或孤石的优势、施工安全性与质量、施工速度等方面进行分析,阐述开敞式盾构机的可行性,给出了北京地铁开敞式盾构设计方案及施工工艺;针对大砂卵石地层中盾构施工,从掘进速度、经济特性、综合性能等方面对土压平衡盾构机与开敞式盾构机进行了对比,表明了在大卵石地层采用开敞式盾构机是值得考虑的。     

盾构机液压推进系统稳定性研究

盾构机是隧道施工过程中常用的一种工程机械,在施工过程中盾构机液压推进系统工作的稳定性对施工有比较大的影响。通过建立盾构液压推进系统分析模型,对系统稳定性进行了分析。研究证明,通过提高液压缸无杆腔活塞面积、降低调速阀流量增益、降低液压阻尼比可以提升盾构机液压推进系统的稳定性。     

盾构常压下刀座修复及刀具改造技术

长距离盾构掘进合理配置刀具、检查更换刀具是工程的重难点。结合南水北调穿黄工程对大埋深、高水压下实现常压进舱采取的地基加固、深层降水、刀盘修复、刀具改造等施工技术进行了叙述。     

考虑刀盘摩阻因素的盾构施工引起地层横向位移分析

为了全面和准确地计算盾构施工引起的地层横向总位移值,依据弹性力学Mindlin解,在已有研究的基础上,增加考虑面板式及辐条式刀盘的摩擦力对地层横向位移的影响,给出刀盘的简化计算模型,通过坐标转化和积分的方法分别推导2种结构形式刀盘正面及圆周面摩擦力产生的地层横向位移计算公式,并采用位移叠加的方法,给出盾构施工引起地层横向总位移计算公式,并对已有工程算例计算和分析,将结果与实测值对比。结果表明：计算结果可以反映盾构施工阶段地层横向变形的特点;在盾尾附近的一定范围内,同步注浆压力和盾壳摩擦力对地层横向位移的影响程度较大,为主要影响因素;在刀盘附近的一定范围内,盾壳摩擦力,刀盘圆周面环向摩擦力和刀盘正面摩擦力对地层横向位移的影响程度不可忽略;各因素产生的地层横向位移值随着深度的增加而衰减并向深层土体逐渐扩散;地层横向位移值受刀盘不同结构形式的影响程度较小,分布规律相仿;在刀盘推进面周围的一定范围内,地层横向总位移值正负区域的分布与刀盘的旋转方向有关。     

对盾构轴线控制技术的理解和应用

该文分析了盾构在地层中的受力状况、盾构推进时受到的阻力。根据多年施工实践,证明盾构在正面土体性质软、硬均匀地层中推进施工,用纵坡调整及调整千斤顶伸出长度差来控制盾构轴线位置,是一项最佳也是最简便、有效的技术,也是目前最常用的技术措施。为提高施工速度,对盾构机机构提出了改进意见。     

基于统一解的盾构隧道施工引起地下管线竖向位移计算

盾构隧道施工会对周围土体产生扰动,当土体沉降和变形过大时,会对邻近地下管线产生危害。采用统一土体移动模型解计算盾构隧道施工引起的土体自由位移场,通过能量方法建立变分控制方程,得到盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法,将计算结果与刘晓强方法计算结果及实测数据进行对比,并分析土质条件、管线轴线埋深、管线材质等因素对管线竖向位移的影响。结果表明:与刘晓强方法相比,基于统一解的能量变分法计算结果与实测值更加吻合;双线盾构隧道施工引起的管线竖向位移在两隧道中轴线两侧呈不对称分布;不同土质条件对管线的竖向位移和沉降槽宽度有较大影响,而不同管线埋深、材质的影响较小。     

盾构隧道下穿既有铁路路基及框架箱涵地表沉降分析

为研究盾构隧道下穿施工对地表沉降影响，依托武汉地铁3号线区间盾构隧道工程，运用ANSYS有限元软件对盾构隧道在不同埋深条件下下穿路基和箱涵进行模拟，得到了不同埋深盾构隧道下穿施工对既有的路基和箱涵及对应地表沉降扰动规律，将对应的地表沉降与Peck公式预测的地表沉降进行对比分析，总结了盾构下穿施工与Peck公式预测的地表沉降之间异同。结果表明:①随着埋深的增加，盾构隧道下穿施工导致地表沉降减小，沉降槽宽度逐渐增加；②先行线对地表沉降的影响较后行线大；③盾构隧道下穿箱涵施工的地表最大沉降与Peck公式预测值十分接近，而隧道下穿路基的地表最大沉降比Peck公式预测值偏小。     

成都地铁7号线火神区间盾构选型与关键参数计算分析

盾构选型的合理性和关键参数的准确确定是盾构法工程施工成败的关键。针对成都地铁7号线火车南站至神仙树区间地质和水文特征,结合盾构对不同地层的适应性比较,论证采用土压平衡盾构施工的可行性和必要性。同时就盾构施工可能出现的问题,对盾构各个系统进行选型分析。在盾构推进阻力和刀盘回转阻力计算方法基础上,结合实际的地质参数,计算出该区间内最大的推进阻力为10 659 k N,最大刀盘回转阻力矩为4 072 k N·m;选取合适的储备系数,确定盾构最大推力和刀盘装备扭矩的建议值分别为26 648 k N和6 108 k N·m。最后通过与实际值进行对比,验证了盾构推力和刀盘驱动扭矩理论选型值的准确性。     

土压平衡盾构脱困技术及经验教训

为解决土压平衡盾构通过硬岩地层时被卡死的难题,以重庆地铁6号线土压平衡盾构施工为例,施工中采取以下脱困措施:1)采用爆破方法破除盾体上方围岩使盾构脱困;2)采用抬高刀具和增大开挖直径的方法解决边滚刀磨损超限造成盾体被卡的问题;3)爆破脱困后,对爆破形成的空腔进行注浆回填,保证盾构施工安全。针对盾构卡机问题,提出以下防卡措施:1)盾构在硬岩条件下施工,给盾构机配备扩挖刀;2)定期对刀盘情况进行检查。     

大断面矩形盾构开舱处理障碍物技术

为解决矩形盾构掘进过程中不明地下障碍物导致的刀具脱落、螺旋输送机阻塞、刀盘卡顿及刀盘无法启动等问题,对大断面矩形盾构开舱处理障碍物的施工技术进行总结。主要结论如下:1)带压进入土舱查明掌子面稳定情况后,常压开舱成功移除导致刀盘无法启动的孤石以及土舱内废弃的铁管;2)浅埋矩形盾构施工前,尽量在盾构到达前清除隧道范围内的障碍物,以避免后期处理的重大工程风险与经济损失;3)盾构掘进前,应充分考虑掘进过程中可能遇到地下障碍物的风险及应对措施,尽可能地配置满足条件的进舱带压作业班组,并准备相应的带压进舱设备等。