浅析超大直径泥水盾构刀盘扭矩的组成及影响因素

在复杂地质条件及盾构掘进参数的影响下,超大直径泥水平衡盾构机的刀盘扭矩会出现不同的响应。刀盘扭矩过小会降低盾构机的掘进效率,而扭矩过大会造成刀盘磨损严重,无法保证设计的开挖直径,严重时会造成整条隧道的报废。因此,研究刀盘扭矩的计算模型,明确刀盘扭矩的影响因素,找到控制刀盘扭矩的方法,已经成为亟待解决的课题。通过在南京纬七路过江隧道施工中积累的原始数据,结合盾构机的设计文件,研究了刀盘扭矩的组成及计算模型,对扭矩的影响因素进行了分析,并得出了控制刀盘扭矩的结论。     

盾构机刀盘修复技术初探

盾构机刀盘在遭遇不利地质条件又不具备换刀条件时,强行出洞会造成刀盘严重磨损,在具备修复空间及技术经济比较合理的情况下,可对受损刀盘进行维修。文章依托北京地铁工程实例介绍筋板修复、刀盘校正、刀箱定位、泡沫喷嘴修复与保护等修复技术。     

中粗砂地层中降低盾构机刀盘扭矩的措施研究

盾构法施二已成为开挖城市地铁隧道的主要工法。但盾构施工中,刀盘驱动扭矩过大,始终是制约施工进度的主要因素。从盾构机刀盘驱动系统、土仓内切削土体、泡沫系统、刀盘开口率、刀具选型等5个方面对盾构机刀盘驱动扭矩过大的原因进行了分析,提出了切实可行的解决办法,并在沈阳地铁一号线云沈区间盾构施工中得到了成功的应用。     

高磨蚀复合地层盾构刀盘受力分析与计算

盾构在复合地层中施工,经常会遇到盾构姿态难以控制、刀盘刀具异常或过量磨损、刀盘变形与开裂等问题,目前是盾构施工一大难题。针对芜湖过江隧道其中一段软硬复合地层的工程地质特点,将其在盾构掘进断面内的地层简化为上软下硬的二元地层结构,对刀盘受力公式进行推导并建立刀盘受力计算模型,基于LabVIEW编制盾构刀盘受力计算程序。该程序可以计算盾构机在复合地层掘进过程中的刀盘有效推力、有效扭矩、倾覆力矩和不平衡力及它们的变化情况。最后实例计算,得出刀盘受力和力矩随软岩比、刀盘转角和贯入度的变化规律,解释了盾构在复合地层施工难题的原因,为其提供依据。     

红砂岩-卵石复合地层刀盘卡停分析及对策

富水红砂岩与大粒径砂卵石复合地层其骨架效应显著,且大粒径漂石随机分布,极易导致盾构施工过程中出现刀盘卡停等故障。本文以兰州2号线公定区间盾构刀盘卡死故障为例,结合工程实际分别从水文地质条件、盾构机性能、刀盘布局等方面分析刀盘卡死原因,并针对性提出渣土改良、盾构机自身减负及消除围岩对刀盘握裹力等技术处理措施,成功解决了红砂岩与大粒径砂卵石复合地层中盾构机卡顿问题,避免了进仓或地面加固后处理工序,实现了工期及成本效益双丰收,对同类型工程具有重要参考价值。     

关于盾构机刀盘结构强度验算的逆向直接法

根据土压平衡式盾构机辐条式刀盘的工作原理,基于经典结构力学原理,采用逆向思维逻辑,研究提出刀盘结构强度验算的逆向直接法。该方法将盾构机系统施加于刀盘结构上的推力和扭矩的作用点视为刀盘结构的支承点,将掌子面上岩土抵抗刀盘推进和旋削的反作用力视为施加于刀盘结构的外载荷;在此基础上,将刀盘的格栅梁结构整体模型等效地离散化为具有不同约束条件的若干种梁系结构计算模型,以此作为验算刀盘结构的抗推力和抗扭矩强度的计算模型;采用经典结构力学的方法求解模型,完成刀盘结构强度验算。该方法在我国最大直径的土压平衡式盾构机的设计、制造和使用的实践中经受了考验,证明了该方法的实用性、先进性和创造性。     

关于复合地层中盾构机刀具磨损的优化研究

以某地铁区间为工程背景,结合复合地层的地层条件和地层分布情况,确定硬质地层对开挖面物理特性的影响。根据适应不同单一地层的刀盘合理转速,提出适用于复合地层的刀盘设计转速的确定方法。通过监测盾构机掘进过程中的刀盘扭矩变化,实现刀盘转速提前调整。新提出的优化方法有效减小盾构刀具在复合地层的过快磨损,显著延长刀具的使用期限,有效提高盾构机在复合地层中的施工效率。     

房山线北延盾构刀具磨损检查与修复技术

北京房山线北延线首经贸站—丰益桥南站区间左线盾构机掘进至 130 环后,盾构推力持续增大,掘进困难。施作检修井后发现刀盘刀具磨损严重,为此制定刀盘检修方案对盾构机刀具进行检修,检修后盾构各项掘进参数趋于正常,施工进展顺利。文章针对刀具磨损严重原因进行分析,提出刀盘更换修复技术方案,以期对类似盾构隧道施工具有一定借鉴意义。     

基于土压平衡盾构机的适应性设计研究

盾构机通用性较差,如隧道管片结构形式或地质水文条件等施工环境发生重大变化,就无法满足施工需求。论述盾构机总体方案设计,新制刀盘、前盾和中盾,并重新设计制造尾盾,优化其结构设计,进行适应性改造。从刀盘耐磨性和防结"泥饼"现象,对盾构机结构进行设计改造,研究表明:结构优化设计与改造后的盾构机可提高盾构施工效率、缩短生产周期、节约成本。     

基于离散元数值模拟的砂卵石地层盾构掘进刀盘磨损特性研究

砂卵石地层由大量颗粒组成,其本质是离散的、非连续的,属于典型的不稳定地层,颗粒之间孔隙大,无黏聚力,单轴抗压强度普遍较高,刀盘旋转切削时,刀盘与颗粒摩擦非常剧烈,刀盘磨损严重。为研究砂卵石地层盾构掘进刀盘磨损特性,依托兰州市轨道交通1号线,采用颗粒流离散元软件EDEM,研究不同刀盘形式和覆土厚度下盾构机刀具磨损特性。结果表明,刀具磨损不均匀,主要体现在刀盘外围刀具磨损严重,中心处刀具磨损较小。相同掘进参数条件下,辐条式刀盘磨损较小,为面板式的0.7~0.8倍;覆土1.5D(D为盾构机外径)时刀具磨损量约为覆土1 D时的1.15倍。