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。     

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。     

冲洪积复杂地层大直径盾构机长距离掘进关键设备配置设计研究

为避免出现大直径土压平衡盾构机长距离掘进复杂地层时设备配置不当导致渣土改良效果差的问题,以太原铁路枢纽西南环线东晋隧道盾构区间为工程背景,通过采用可变开口率完整直角型式复合刀盘,布设"立体分层"式刀具,土仓壁安装 3 个固定的主动搅拌装置,按照刀盘的旋转轨迹布置 16 路泡沫、膨润土喷嘴,设置 U 型转渣螺旋机,并在箱体上设计喷水口及改良口等措施,获得大直径土压平衡盾构机在冲洪积复合地层渣土改良的良好效果。     

基于离散元法的不同掘进条件下盾构刀盘受力分析

参数的设置对于盾构掘进施工具有重要意义,一般需根据土层情况和盾构机性能综合考虑施工过程中的掘进速度和刀盘转速。本文以武汉地铁12号线科普公园至丹水池区间越江隧道泥水平衡盾构施工为依托,采用离散元数值模拟方法,在PFC3D软件中参照实际参数构建土层和盾构机模型,模拟盾构机掘进过程,研究不同土层参数、掘进速度和刀盘转速条件对刀盘受力的影响规律。结果表明,土层参数对刀盘受力和挖掘效率影响较大,刀盘受力与掘进速度呈正相关,而与刀盘转速呈负相关,进而与贯入度呈现负相关,这一规律主要与刀盘对土体的挤压和切削效应有关;在施工过程中调整掘进参数时应保证掘进速度和刀盘转速的平衡。     

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。     

漂卵石地层盾构机刀盘卡停原因分析及脱困技术

盾构机被困是地铁隧道施工中的重大风险之一。成都地铁5、6号线区间隧道多位于漂卵石地层,由于该地层漂石含量多、粒径大,盾构机掘进时极易发生刀盘卡停现象,而且采用盾构机脱困扭矩不易直接脱困,严重影响盾构机正常掘进。文章以成都地铁5、6号线区间隧道施工为例,对大粒径漂卵石地层盾构机被困原因进行了分析,并提出了预防刀盘卡停及刀盘脱困的多项技术措施,详细介绍了惰性砂浆置换和膨润土泡仓刀盘脱困技术方案的实施,总结了应用效果,可为类似工程施工提供借鉴参考。     

复合地层中土压平衡盾构机掘进状态评估

针对复合地层中土压平衡盾构机掘进状态复杂多变而难以评估的问题,以珠海市三灶隧道工程为背景,基于盾构机掘进过程中的监测数据,运用证据理论和隶属度函数方法,对土压平衡盾构机在复合地层中的掘进状态进行研究.结合实际隧道工程案例,确定了盾构机掘进状态的8个影响因素,并将监测数据划分为4个等级,提出了基于证据理论的盾构掘进状态等级综合评价模型.在建立的模型中,证据理论有效地融合了现场的监测数据,使得评估结果更加可靠,该模型原理清晰,具有可操作性.评估结果显示,该模型能够有效地评估土压平衡盾构机在复合地层中的掘进状态,可为盾构机在复合地层中的掘进状态提供一定参考价值.     

江底盾构隧道地层加固及洞室施工技术

采用盾构法在某江底隧道施工过程中,左线盾构机由于受江底上软下硬地层和刀盘严重磨损等影响,掘进速度异常缓慢,要对刀盘进行修复。为达到敞开式开仓修复刀盘条件,决定从右线对左线盾构机前方地层进行提前加固;同时在合理的位置,从右线开挖通道进入左线,提前进行刀盘修复洞室的开挖。从施工平面布置和主要施工工序、施工前的准备工作、盾构机前方地层加固等8个方面介绍了江底地层加固和刀盘修复洞室施工方法以及施工中应注意的问题。     

基于正交试验的盾构刀具磨损分析

刀具磨损检测是盾构在复合地层施工中的一个重要研究课题。针对在盾构掘进时刀盘外圈刀具的磨损检测问题,采用正交试验法对掘进参数分析刀具磨损的方法进行了改进,建立了刀具磨损量计算的新模型。分析了掘进过程中总推力、刀盘转速、泡沫注入量对刀具磨损量的影响度,并对计算模型进行了显著性检验。最后,利用盾构施工实测数据对该计算模型进行了验证。研究结果表明,该模型计算的刀具磨损的检测结果与实际换刀是吻合的,并且可以对掘进参数的设置进行指导,以提高掘进效率。     

复合地层下盾构掘进速度与掘进参数匹配关系研究

在盾构隧道施工过程中,为了有效提高掘进效率、保持开挖面稳定、减少刀具磨损,需根据实际地质情况,正确选择合适的掘进参数。文章以穗莞深城际轨道交通线隧道工程为背景,针对隧道工程所处复合地质的特点,采集并分析掘进参数,得到复合地层条件下掘进速度的非线性模型,进而分析得出在复合地层中掘进速度与掘进参数的相关性。研究结果表明,在复合地层中,掘进速度与总推力、贯入度、刀盘转速、刀盘扭矩之间存在非线性关系,且掘进速度与总推力、贯入度和刀盘转速成正比例关系;复合地层软土掘进建议采用低转速小推力组合,在复合地层软岩掘进中建议采用高转速大推力组合。研究结果可为复合地层下盾构掘进参数的设定提供参考,具有重要的工程价值。     

基于PSO-SVR与LSTM算法的复合地层下刀盘扭矩预测与分析

在盾构机实际施工过程中,对于刀盘扭矩的预估是盾构装备设计与施工调整的重要依据.地铁盾构施工区间往往穿越多个地层并历经复杂的地质环境,盾构机每掘进1环将会产生海量的地质参数与机械参数数据,对于庞大的数据体系,传统的统计分析方法已经无法满足数据量的需求.文章提出用机器学习算法结合数据预处理方法来对复合地层下的刀盘扭矩进行建...     

地铁盾构刀盘改造及掘进性能对比研究

为更好地适应富水中砂地层的盾构施工,对土压平衡式盾构机原有刀盘结构、刀具布置等进行了改造。刀盘开口率由28%增加到40%;在刀盘中间增加了鱼尾刀;增加了两根长度为50 cm、直径为15 cm的主动搅拌棒;对富水中砂渣土进行了改良。对比改造前后的刀盘掘进性能发现改造后的刀盘掘进性能得到明显提升,具体表现在:盾构机掘进速度提升了4倍,刀盘平均扭矩降低了20%,土压波动范围变小,渣土温度降低了40℃,地面沉降亦得到了明显改善。     

狮子洋隧道盾构段掘进工程单价分析

大直径复杂地质盾构隧道目前尚未有成熟造价标准,一般市政定额不能全面反映造价水平。狮子洋隧道是国内首座泥水平衡盾构穿越长距离基岩复合地层的隧道,通过研究狮子洋隧道掘进过程中施工方案,结合现场实际测定情况,总结分析了掘进工程的工、料、机消耗,提出了其掘进工程的单价分析,并与广东省市政盾构定额进行对比分析验证。盾构机在复合地层进行长距离掘进时,施工工效较低、设备维修量大,需多次更换刀盘、刀具、排浆泵、盾尾刷等,主要材料消耗明显高于在软土地层中掘进。     

厦门复合地层条件下的盾构机选型研究

厦门轨道交通1号线穿越地层十分复杂,具有典型的复合地层特点。结合沿海等城市复合地层中盾构施工的经验教训,针对厦门典型的地质条件,对盾构机刀盘、刀具对地层适应性进行分析,并对盾构机主要渣土改良系统、注浆系统、开仓作业系统提出建议和意见,可为厦门轨道交通1号线相关标段盾构施工提供指导和借鉴。     

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。     

跨海地铁泥水平衡盾构施工地层突遇孤石群处理方法

厦门市轨道2号线海沧大道站-东渡路站跨海隧道区间采用泥水平衡式盾构机施工。盾构机刀盘直径为7 043 mm,管片外径为6 700 mm,管片宽度为1 500 mm。跨海区间穿越地层地质条件非常复杂,先后穿越淤泥层,强风化、中风化变质砂岩以及微风化变质石英砂岩层等,其中隧道穿越F8、F10风化深槽。左线正常掘进施工至412环时出现异常现象,当推进至417环时,刀盘完全卡死无法转动,盾构机顶部海床塌陷,停止推进。经地质勘探后,探明原因为地层突变遇孤石群。打捞气泡舱底部淤积的石头及刀具,采取多种保压措施,满足高压进仓条件后带压进仓更换刀具、清理开挖仓、处理孤石。采取合理有效的措施后,左线417环出现的刀盘卡死、海床塌陷等异常情况得以解决,重新恢复掘进。     

孤石地层盾构推进施工技术

孤石在盾构施工中的影响主要有两方面:一是对盾构机的影响,表现在对刀具、刀盘以及主轴承密封的损伤;二是对施工质量的影响,表现在盾构姿态难以控制导致偏离隧道轴线,以及土仓压力难以控制导致前方土体坍塌。结合福州地铁1号线工程实例,讨论盾构穿越孤石地层的难点和风险,重点介绍了破除孤石的主要方法和施工中的掘进技术,以及孤石地层中进行孤石预处理的重要性。     

富水圆砾层渣土改良与掘进控制技术研究

南宁地铁一号线土建五标盾构区间地层以圆砾为主,多次发生刀盘被困及螺旋输送机被卡的现象。在盾构机脱困过程中多次出现沉降过大,甚至产生塌方风险。为解决上述问题,经反复研究、实践,通过向盾构机土仓内添加一定比例的渣土改良溶液,起到增加渣土细颗粒,悬浮圆砾的作用,同时也可防止圆砾大量堆积在土仓内,造成刀盘被困或螺旋输送机被卡。配合渣土改良优化掘进控制技术,解决了盾构机在圆砾地层掘进过程中的诸多难题。     

德国海瑞克土压平衡盾构机刀盘转速异常故障原因分析和排除

针对广州地铁2/8线盾构5标海瑞克盾构机调试过程出现的刀盘转速异常故障现象,主要从刀盘的液压系统工作原理、电路控制原理、S7-PIC应用、机械等方面做了深入的阐述,最终找出故障原因,为今后施工过程中遇到类似故障问题提供解决问题的经验和方法,同时也充分说明了在盾构机维修过程中只有清楚理解盾构机各系统的工作原理,才能在实际工作中快速排除盾构机的各类故障。     

复合地层大直径盾构刀盘及扭矩计算

刀盘作为盾构机的关键执行部件,设计、制作得好坏直接关系到盾构机的工作效率及成败。通过分析狮子洋隧道工程的地质特点,给出刀盘结构设计、开口率和刀具配置方案,并给出刀盘扭矩计算公式,使盾构在开挖过程中避免因刀盘强度不足而引起的施工问题。