斜井隧道双模式盾构推进油缸布局优化研究

盾构推进油缸的布局合理性关系到隧道管片拼装质量,在斜井隧道施工中则更为突出。以煤矿斜井双模式盾构为例,通过分析不同掘进模式和工况下推进油缸布局优化条件以及根据单个管片受力均匀、管片环整体受力平衡及各分区推力均方差最小的优化原则,完成推进油缸的位置及分区优化。推进油缸布局优化后,各管片受力均匀,衬砌环整体受力平衡,各分区推力相近,有利于避免管片被压溃,研究结果对盾构推进系统的选型和设计有指导作用。     

一种适应2种分度管片的盾构推进油缸布置优化方案

针对当前国内最常用的6 m直径地铁管片,盾构在不同城市施工存在因管片分度不同需要改造推进系统的问题,设计一种同时满足22.5°和36°2种分度管片的盾构推进油缸布置方案。优化设计后的推进油缸布置形式提高了单台盾构在不同城市地铁隧道施工的适应性,减少了盾构改造投入和时间,对控制地铁施工直接设备投入具有实际意义。     

泥水盾构主机推进速度与泥浆系统能力的匹配

通过分析泥浆系统流量与盾构掘进进度关系,对泥水盾构主机推进速度与泥浆系统能力的匹配进行了阐述,为盾构采购用户提供一些参考。     

盾构姿态控制研究

盾构姿态控制的好坏与盾构隧道施工质量的优劣是密切相关的,为了研究盾构推进过程中盾构姿态控制的关键因素,并掌握其与盾构姿态调整的对应关系,为盾构推进过程中盾构姿态控制提供理论依据,通过对某工程施工过程中大量实测数据的整理,得出盾构掘进过程中姿态变化的规律;通过数学关系的推导,得到推力油缸行程差和盾构切口竖向偏差量之间的对应关系,并将工程项目中实测的推力油缸行程差与盾构切口竖向偏差量数据相对照。研究表明： 盾构推进过程中切口始终处于不断调整之中;推得油缸行程与偏差量的对应关系和实际情况非常吻合;通过推得的推力油缸行程与盾构姿态相互关系,以期为施工优化提供依据。     

复杂条件下盾构改造竖井的设计与施工

针对砂卵石地层条件下大型盾构被困的施工现状,探索在盾构前方开挖异形竖井进行解困的技术方案,结合具体工程,详细阐述了该竖井的设计与施工方法、盾构脱困后的推进方法及竖井回填施工工艺,该项施工技术为大型盾构的脱困提供了经验,可供类似工程参考。     

隧道管环端面平整偏差自动评估技术研究

为解决当前手段不能实现管环端面平整偏差自动测量的问题，及时为人工补偿平整偏差提供数据依据，基于所建立的模型设计自动测量方案并对测试应用结果进行分析总结。通过分析盾构施工特点，确定可在盾构坐标系内表征测量点坐标，在此基础上推导基于推进油缸行程的管环平整偏差数学模型，证明基点与测量点间距与安装角度关系可由三角函数描述，且可在平面直角坐标系内计算平整偏差。设计基于油缸行程传感器的评估算法、测量方案，实际测试的数据表明，和人工测量结果相比，该系统能以较高精度自动监测管环平整偏差，有效降低测量人员的劳动强度。     

盾构施工阶段管片衬砌结构受力分析研究

为了解盾构管片衬砌结构的受力特性,解决盾构衬砌结构受力的数值分析难点,首先采用ANSYS分析系统对衬砌管片接头力学建立计算模型,通过模拟载荷试验确定管片接头刚度系数,进而利用销钉单元对衬砌管片按梁-弹簧计算模型进行分析,根据管片接头力学处理方式不同,与惯用计算方法和修正惯用计算方法的结果进行对比,最后对盾构在辅助油缸推力作用下管片的纵向受力进行三维模拟,对均匀施加油缸推力和偏心施加油缸推力进行分析对比,研究成果可对盾构衬砌管片设计提供依据。     

基于同块同压原则的盾构推拼同步技术模型试验研究

为解决长距离隧道单台盾构掘进施工工期过长问题，以上海市域铁路机场联络线3标盾构区间为示范应用工程，在不改变盾构驾驶人员操作习惯的前提下，研发一种对盾构推进油缸压力进行闭环主动控制的推拼同步施工技术，以维持推进系统稳定的总顶推力矢量。同时，给出基于同块同压原则缺失顶力的再分配计算方法，并通过构建相似比为1/2的大型试验平台对成套技术进行试验验证。试验结果表明： 原型盾构推进系统总顶推力误差控制为±4%； 盾构姿态水平和垂直偏差控制为±12 mm； 盾构推进速度控制为设定速度的（-6，+6） mm/min； 管片结构抗压安全系数达2.13。     

小半径曲线地铁隧道盾构施工技术

针对上海市轨道交通9号线一期工程R413东西出入线的小半径盾构隧道施工的综合难题,采用数值模拟分析、文献调研等方法,对盾构机选择、管片选择、管片壁后注浆加固、临时纵向加强肋、加强螺栓复紧、盾构推进轴线预偏、盾构测量与姿态控制、盾构施工参数选择、土体损失及二次注浆、盾构纠偏量及盾尾与管片间的间隙控制等问题进行研究,并提出详细的施工和设计措施;进而对盾构进入缓和曲线后,盾构卡壳、盾尾管片外弧面碎裂、盾尾衬砌管片角部碎裂等施工难题给出解决措施,保障了小半径盾构隧道施工的顺利进行,对今后类似工程施工有一定的借鉴作用。     

西门子PLC在盾构控制系统检测试验台的应用

介绍西门子PLC在国家863计划项目盾构控制系统检测试验台上的应用。该试验台是以开发控制系统关键技术和检验盾构主机及后配套控制系统的设计是否正确为目的的实验装置。重点分析了盾构的控制系统的组成、功能和特点,并提出了一些改进的意见,供同行参考。     

基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究

针对盾构掘进过程中姿态主要依赖操作人员施工经验手工调整、掘进轨迹精度主要依赖人员熟练性的情况,提出基于双闭环反馈自动控制盾构掘进轨迹的方法,通过主反馈实现掘进斜度的实时更新,局部反馈实现液压缸的速度控制。分析表明,局部反馈精度决定了预调偏差大小,在掘进轨迹控制中至为关键,因此以球铰支撑推进系统为例分析单环掘进前后液压缸的几何关系,推导左右推进液压缸速度关于掘进斜度、掘进速度的数学解析式,采用AMESim和MATLAB联合仿真工具搭建了推进速度控制的模糊PID模型,仿真分析非均载荷下推进液压缸的速度控制,并以盾构模拟推进试验台为例进行推进速度控制试验。结果表明： 基于模糊PID控制策略的推进液压缸速度控制可实现较准确的盾构掘进轨迹,为盾构失准问题的进一步解决提供了理论基础和现实依据。     

盾构同步注浆试验平台试验装置的设计

根据国内外现有的同步注浆试验平台试验装置,结合自身需要对土箱、推进装置和同步注浆装置等试验装置进行设计。从盾构内部同步注浆系统和盾构外部客观施工条件2方面入手,运用土力学、液压系统设计和盾构平台设计的相关经验数据,归纳出同步注浆平台中土箱、推进装置和同步注浆装置设计的一般方法,为搭建一套同步注浆平台提供了理论依据。     

小曲率半径盾构隧道施工中辅助油缸千斤顶推力计算模型研究

在小曲率半径隧道盾构掘进施工时,千斤顶推力的作用会导致管片发生偏移和错台,从而引发安全事故的产生。为有效解决小曲率半径盾构隧道施工过程中由于千斤顶推力而对管片造成的不利影响,通过分析双模盾构机的掘进模式,建立了盾构隧道在掘进开挖过程中的辅推油缸千斤顶推力的计算模型,并将其应用于工程实践,对千斤顶推力进行计算分析,提出了减少或避免千斤顶推力对管片造成的不利影响的相关措施。研究结果表明：（1）双模盾构施工过程中,不同施工区间的辅推油缸千斤顶推力的取值有所不同,应根据工程实际情况确定该推力值。（2）单模盾构施工过程中,辅推油缸千斤顶推力随着贯入度的增大而增大,且增大速率呈逐渐减小的趋势。（3）提出依次从施工纠偏、管片拼装控制、掘进参数合理选取、盾构机姿态控制、盾构机推力控制、隧道纵向刚度的设置和管片质量等来控制和减小千斤顶推力对管片造成的不利影响,保证盾构施工的安全性,为类似工程的建设提供理论指导和参考。     

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。     

双护盾TBM掘进施工管片内表面裂缝成因分析

在某双护盾TBM隧洞施工过程中,侧管片内表面连续出现了贯穿管片宽度的裂缝。通过对施工现场详细观察,对裂缝的分布位置、数量、缝宽进行统计分析;结合裂缝观察方式、裂缝性状与TBM操作特点、围岩状况、地下水状况、管片结构、回填灌浆等情况,对裂缝成因进行了探讨和研究。认为TBM在软质地层掘进过程中主推油缸强行牵引及尾盾钢板约束是造成管片内表面裂缝的主要原因,最后,提出了降低或减少裂缝产生的建议与措施。     

盾构刀盘设计系统开发

为快速准确地完成不同类型和尺寸盾构刀盘的设计,根据刀盘自身机械数据结构和施工过程的数据关系,结合刀具破岩机制实验数据和刀盘三维参数化机械模型和结构分析模型,利用VB完成刀盘参数化建模系统的开发,方便了刀盘设计人员准确且快速地完成各种不同地层、不同规格盾构刀盘的设计及分析。     

大型下沉式盾构掘进机综合模拟试验平台总体设计

该文介绍了大型下沉式盾构掘进机综合模拟试验平台的总体设计。它是一套大型、多功能的试验平台,包括模拟盾构机、组合式液压加载系统、监控测量系统、洞门密封系统等部分。它可满足不同断面形状、不同类型、不同土层的盾构掘进模拟试验,其规模、试验能力、数据采集等方面都处于国内领先、国际先进水平。     

斜井盾构推进系统的栽头调整能力研究

为降低斜井掘进过程中盾构推进系统在栽头调整上存在的主观性与不确定性,从地基沉降量的角度入手,提出栽头的沉降量描述,并基于温克尔弹性地基模型,建立斜井盾构栽头的沉降量描述模型。然后结合载荷对于栽头调整的影响,进一步建立用于描述斜井盾构推进系统栽头调整能力的数学模型,并给出其上下限值的计算条件。基于栽头调整能力的数学模型,以内蒙古新街台格庙煤矿斜井工程为背景,研究隧道设计坡角变化对栽头调整能力的影响。结果表明： 1）随着下坡角度不断增大,推进系统的栽头调整能力的上下限不断下降; 2）随着下坡角度不断增大,盾构下滑力的迅速增长是造成推进系统栽头调整能力不断下降的主要原因。