盾构管片拼装机原理及故障诊断与预防

 以某长江隧道盾构管片拼装机为例,结合PLC程序,针对施工过程中出现的下列故障：管片拼装机只能像一个方向旋转、真空电磁阀不动作、管片拼装机大臂油缸不能提升、大臂不能同时收缩等提出解决与预防措施。通过对故障分析总结,提高了管片拼装机的工作效率,保证了施工进度。     

日本开发新型管片快速接头 可取代传统螺栓连接方式

正日本户田建设和HUME联合开发出一种管片快速接头——HGA接头,目前已在一项盾构隧道工程(内径2 800 mm)中投入应用。该接头能够取代以往的螺栓连接方式,实现管片分块间的快速拼接,从而提高施工效率,并且利用接头的高紧固力提升盾构隧道质量。通过此次工程应用,验证了该快速接头的施工性能和优势。开发背景传统盾构隧道管片拼装通常采用螺栓接头,需要进行封堵螺栓手孔等作业,存在后续工序施工时间较长等问题。对此,日本开发了多种仅需轴向滑动即可完成拼装的管片快速接头,具有缩短拼装时间、省略后续工序等优点,从而提升了施工效率。基于免二次衬砌和施工快速化、自动化理念,今后这类快速接头在管片拼装中的应用将会进一步增多。     

车辆传动动态仿真试验台的系统构成和性能分析

本文介绍了机－电－液一体化动态仿真传动试验台的系统结构及性能特点，讨论了系统的动态性能及恒转速控制的原理和基本规律，对部分试验和理论结果进行了分析和研究。     

沉井式预制拼装结构壳-接头模型的三维数值模拟

为了能够实现机械化竖井作业以及提高竖井施工的预制装配率,垂直竖井自动挖掘法（VSM工法）在国外许多国家开始了应用。以东方路竖井式地下停车库为背景,考虑实际管片间的接缝与错缝拼装效应,建立沉井式预制拼装结构接缝的4环壳-接头模型,并利用已有的矩形管片接头试验进行模型验证。重点研究分析在正常使用工况下3种计算位置处各环的内力分布情况、整环水平径向收敛以及纵缝相对变形等。结果发现： 考虑接缝与错缝拼装的4环壳-接头模型计算出的管片环弯矩比不考虑接缝管片环弯矩的结果要小,轴力相差不大,管片环内呈现出较为明显的径向收敛差异,使得变形类似于“圆台”状。     

油气弹簧试验台测控系统设计与仿真

油气弹簧试验台是测试油气弹簧性能的必要设备,传统的机械式试验台输出信号误差大,难以满足试验需求,因此需要设计一套性能良好、精准度高的试验台来对油气弹簧进行试验。本文分析了电液伺服试验台的基本组成,并对控制系统进行了设计与仿真,通过利用Amesim和Simulink联合仿真的方法对测控系统进行研究,建立电液伺服系统的数学模型。采用模糊PID控制对系统的动态特性进行控制,并与常规PID的控制方法进行对比。结果表明,模糊PID控制方法快速平稳,其达到稳态的时间为常规PID的40%,并且系统具有较好的鲁棒性和抗干扰能力。     

盾构隧道同步注浆材料对管片力学行为的影响研究

同步注浆主要功能是控制地层变形和地表沉降，同时有效地防止管片在推进过程中发生过大的偏转，避免管片接头受力过大而发生破损。以现场实际工程为背景，通过建立地层-注浆层-管片耦合的三维数值模型，对同步注浆材料强度与管片力学行为之间的相互影响进行数值模拟研究，同时结合材料试验及现场监测数据对数值计算结果进行验证。     

盾构管片模拟拼装技术

为了研究盾构管片在施工和使用过程中的受力情况以及验证管片设计是否合理,制作是否合格,对管片在地面进行1∶〖KG-*2〗1模拟拼装试验,研究了模拟拼装方案及技术要点、外部和内部支撑钢结构及管片的拼装,并对模拟拼装过程中出现的问题进行分析总结,比较真实地体现了盾构管片在洞内的拼装过程。     

局部失效盾构隧道管片承载特性及破坏机理

局部失效(混凝土或钢筋缺失)会显著影响盾构管片的承载性能，甚至会诱发隧道整体结构的破坏。为明确局部失效对管片承载特性的影响，分别开展了标准管片和跨中及侧部开孔管片承载特性的足尺试验，并对管片的位移、裂缝扩展及混凝土应变进行了监测。试验结果表明：管片破坏过程分为4个典型阶段，并将各个阶段的临界荷载定义为管片的3个特征荷载。根据各特征荷载值对管片的承载特性进行了对比分析，明确了开孔管片的承载能力低于标准管片，且开孔位置对管片的承载特性具有较强影响。为进一步明确局部失效盾构管片试验结果的准确性，采用混凝土弹塑性损伤本构建立了与试验对应的三维精细化数值模型，并通过与模拟的对比验证了试验结果的合理性。随后，依据标准管片各承载特性，定量分析了管片开孔直径及开孔位置等因素对管片抗弯承载特性的影响规律，并初步提出了局部失效盾构管片抗弯承载特性的理论计算模型。研究结果可为极端条件下地铁盾构隧道的安全性评估及加固设计提供理论基础。     

基于CATIA软件的楔形盾构隧道管片参数化建模与排版

为提高楔形盾构隧道管片拼装拟合设计效率，基于达索CATIA V6软件平台，分析管片几何结构模型建模与隧道设计曲线拟合原理。通过盾构管片参数换算，建立楔形盾构隧道管片环参数化建模标准库，设计函数运算关系并编辑脚本，然后以局部坐标系转换的方式实现隧道曲线参数化拟合，编写排版拟合程序，并应用排版程序分析不同楔形量对通用楔形盾构管片隧道曲线拟合精度的影响。最后，依托杭州市艮山快速路下沙段提升改造工程，对工程初设中直径为14 m的盾构管片进行建模排版模拟，结果表明排版程序计算结果满足工程需求，能为实际工程提供一定依据。     

南京长江隧道管片衬砌结构原型加载试验

以南京长江隧道工程为依托,采用自主研发的“多功能盾构隧道结构体试验系统”装置,实现了对盾构隧道原型管片衬砌结构承受水压力与土压力的分离加载模拟,对南京长江隧道原型管片衬砌结构分别在通缝和错缝拼装方式下进行了原型加载试验.研究了不同荷载条件对管片结构力学特征的影响,并对不同拼装方式下管片结构的内力分布特点及错缝拼装方式下目标管片内力沿幅宽的分布规律进行了探讨.研究结果表明:在弹性状态下和结构开裂后,通缝和错缝拼装管片结构力学特征变化显著,错缝结构对于内力、形变及纵缝张开量等发生突变的控制更有效.     

基于隧道轴线控制的通用型管片主要构造参数设定研究

为适应复杂条件下盾构隧道管片构造设计要求，首先介绍一种通用环管片错缝拼装的预排版计算方法，然后详细分析管片构造的主要几何参数与隧道最小拼装曲线半径的关系，提出满足线路曲线半径拼装要求的管片主要几何参数组合，并基于某地铁区间的设计线路，比较不同管片楔形量对拼装误差的影响，得出管片楔形量过大会导致直线段或者较缓的曲线段拼装误差过大的结果，继而算出基于线路的最大、最小楔形量，提出管片楔形量建议值计算方法，并与3条地铁线路的管片选型进行对比验证。研究成果可为实际工程的管片选型及构造设计提供合理建议。     

盾构法施工荷载对小半径曲线隧道管片防水性能的影响研究

为探究小半径曲线盾构隧道施工过程中施工荷载对管片防水性能的影响，依托深圳国际会展中心配套市政项目盾构段，选取油缸推力和螺栓预紧力作为主要施工荷载，采用ANSYS建立管片结构模型和弹性密封垫模型，对施工荷载下管片的张开量以及相应张开量下的管片防水性能进行研究，得到施工荷载对管片防水性能的影响。研究结果表明： 1）油缸推力对环缝影响较大，会加大环缝张开量，但对纵缝影响较小； 2）管片间弹性密封垫的防水性能随管片张开量的增加先增大后减小，在张开量为2 mm以及大于6 mm时存在渗水风险； 3）以张开量2 mm为计算控制标准，油缸推力使直线段管片防水性能下降8%，曲线段下降15%； 4）增大螺栓预紧力能略微提高直线段管片的防水性能，但对曲线段管片的防水性能无影响，曲线段整体防水性能较差。     

1P5R型管片拼装机构分析及设计

以宁波轨道交通3号线一期工程的类矩形盾构机为依托,分析了类矩形管片拼装的难点。利用机构学知识,综合传统圆形拼装机构和该工程管片的特点,创新研发了一种1P5R串联型拼装机。结合对该拼装机机构形式和结构原理的介绍,探讨其特点及优势:体积小,动作灵活,可以实现90°以上的姿态调整;既能够完成类矩形圆周管片拼装,又能完成大长度中立柱的拼装。     

直流无刷电机再生制动系统试验台的设计与验证

基于再生制动理论,以电动汽车用轮毂电机为主体,搭建了直流无刷电机再生制动试验台。以回收能量最大化为目标,提出了相应的再生制动控制策略。结合电机的输出特性和工作原理,利用SIMULINK软件建立了再生制动系统模型。通过模型仿真和试验台试验结果的对比分析,验证了再生制动试验台设计方案的可行性和控制策略的合理性。     

上海市高水压深层排水盾构隧道管片接缝密封垫形式试验研究

为使接缝处弹性密封垫在张开8 mm、错位10 mm的情况下仍能满足1.2 MPa高水压长期防水性能设计要求以及保证盾构拼装能力,对采用双道耐高水压密封垫的上海市深层排水盾构隧道工程接缝防水密封垫断面形式进行设计。对不同断面密封垫进行防水性能以及闭合压缩力数值模拟,通过对比分析、不断优化,得到防水和力学性能较优的密封垫断面形式,并进行管片接缝防水性能试验和闭合压缩力试验。试验结果表明:采用推荐断面形式的密封垫在邵尔A硬度为67度时,在精确装配下和接缝张开8mm、错位10 mm的情况下均满足1.2 MPa的长期防水能力要求,且适应盾构的拼装能力。     

类矩形盾构法隧道关键技术研究与应用

在宁波地铁4号线工程中,创新采用"科研—设计—施工一体化"的管理模式,开发了"轨道交通类矩形盾构隧道"技术体系。该技术体系在类矩形盾构法隧道的衬砌结构设计方面,解决了管片设计、结构优化等问题;在类矩形盾构方面,开发了全断面切削刀盘与驱动系统、壳体铰接与密封、环臂式拼装机等技术;在施工技术方面,研究了同步注浆技术、管片拼装仿真与工艺优化、盾构轴线控制等关键技术。这一新的技术体系将为我国地铁建设提供一种全新的单峒双线隧道类型,以解决都市核心区和老旧城区"地下空间摆不下、邻近设施碰不起"的普遍问题。     

马蹄形盾构的工程应用解析

相较于圆形断面,马蹄形隧道有空间利用率高的优势,浩吉铁路白城隧道在国内首次采用马蹄形土压平衡盾构施工，具有安全、快速、环保的特点。通过梳理盾构施工的统计数据，发现其月平均施工效率达203 m，且每环拼装效率为38～43 min，但突遇姜石地质给施工带来很大的困难。本文阐述了盾构4个施工阶段的应用效果，解析了开挖盲区对多刀盘开挖和推进系统的影响、渣土改良和双螺旋输送机对陕北黄土地质施工的应对措施、马蹄形管片拼装机在应用中的优势与不足。为拓宽马蹄形盾构适用地质领域和提高施工效率，建议盾构今后的技术突破方向： 全断面仿形刀盘的开发和管片拼装系统的智能化，前者可实现盾构无盲区开挖、提升出渣系统效果和降低总推力的需求，后者有利于减少人员操作难度，提高拼装工艺的精准度。     

砾砂层盾构隧道管片拼装与封顶块位研究

地铁盾构隧道管片拼装方式对结构内力的影响一直引人关注,在富水性强、结构松散、不稳定的砾质砂层中,由于拼装方式的不同会引起管片结构的变形与内力变化。鉴于此,以某地铁区间隧道为工程背景,对管片在通缝与错缝拼装条件下结构内力分布及竖向位移的变化开展有限元模型计算的对比研究,并提出了管片封顶块位的优化措施。研究结果表明:在砾砂层中,错缝拼装竖向位移小于通缝拼装,内力大于通缝拼装,主要原因是错缝使管片的整体刚度得到了提高,在设计时应优先选用错缝拼装,且当封顶块位于拱腰时,管片的力学性能最好。该研究结果可为类似地层的地铁盾构隧道的设计、施工和相关研究提供参考。     

汽车乘员约束系统综合试验台的研制

基于国内外汽车座椅和安全带固定点强度试验法规,开发了可同时进行座椅刚度、安全带固定点强度测试和头枕性能等测试的乘员约束系统综合试验台.采用ANSYS软件建立了试验台主台架的有限元模型对主台架进行强度分析;应用虚拟仪器技术开发了该试验台的控制系统,并利用该试验台进行了座椅总成静强度试验和安全带固定点强度试验.结果表明,该试验台能满足相关试验法规的要求,可用于对乘员约束系统的研究和开发.     

汽车ABS电磁阀动作响应测试与分析

本文首先设计并研制了结合硬件在环仿真试验台的液压制动防抱系统（ABS）电磁阀性能测试试验系统的硬件，之后编写了液压式ABS电磁阀响应测试软件。在此基础之上测试了空载和加载状况下Bosch公司某型号ABS电磁阀的动作响应。测试结果证实了所建立的汽车ABS电磁阀响应测试系统的有效性。