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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

石家庄无水砂层盾构选型分析

研究目的:随着盾构法施工隧道技术在城市地铁建设中的推广和应用,盾构选型成为盾构施工过程中的关键环节。本文针对无水砂层土压平衡盾构施工中的盾构选型问题,研究盾构选型对地表沉降的影响,并总结选型规律。基于石家庄地铁的无水砂层盾构施工数据对几个区间的盾构选型作出评价,从而找出关键影响因素。研究结论:(1)在该地区选用面板式刀盘、40%开口率的小松盾构机所造成地表沉降值为11~14 mm;(2)在该地区选用复合式刀盘、35%开口率的海瑞克盾构机所造成地表沉降值为7~10 mm;(3)当进行盾构选型时应选择合适刀盘型式,优先考虑小开口率和小刀盘扭矩的盾构机型,以此提高开挖面的稳定性,减小盾构开挖所造成的不良影响;(4)本研究成果可为类似隧道工程的盾构选型提供参考依据。     

双线盾构扭矩分析及邻近管线变形影响研究

研究目的:为研究双线盾构隧道施工引起的管线横向及纵向变形规律,本文依托杭州地铁2号线某盾构区间段工程,采用适合杭州软土地区的土压平衡盾构刀盘扭矩计算方法,计算本工程对应的各种刀盘扭矩因子并得出最大理论扭矩值,将计算得到的刀盘扭矩因子与其他学者的研究成果进行对比分析,并研究盾构掘进时管线变形与刀盘扭矩的相关性。研究结论:(1)软土区双线盾构引起的管线横向变形在研究断面上呈现"W双峰"形状,且后行线施工引起的变形量大于先行线;(2)对于双线盾构施工引起的管线纵向变形,测得盾构接近时与刚通过时对管线变形影响较大,盾尾通过研究断面4 d左右纵向变形趋于稳定;(3)通过对比不同案例下刀盘扭矩计算因子得出影响盾构施工刀盘扭矩的主要因子是T_4与T_5;(4)分析得出管线变形与刀盘扭矩和单环排土量的比值呈现正相关的趋势;(5)本研究成果对控制杭州软土区双线盾构施工引起的管线变形具有参考价值。     

基于滑移线场的土压平衡盾构刀具切削扭矩研究

为了较合理地估算刀盘的切削扭矩,对刀盘2种主要刀具即切刀和滚刀的切削扭矩进行研究:首先基于塑性力学中滑移线场,对滚刀和切刀分别建立与其切削机制相对应的塑性力学模型,推导具体的表达式;然后,根据盾构刀具的配置参数及红层掘进参数对刀盘的切削扭矩进行计算,分项求和得到刀盘总扭矩。最后对刀盘计算总扭矩与施工实测总扭矩相比较,并分析理论计算模型存在的误差原因。研究结果表明:滚刀在红层中受均匀磨损,磨损量小,刀盘扭矩的实际装备系数为3.2,有一定的富余。研究结果可为盾构刀盘的设计、施工提供参考。     

盾构在施工过程中遇到锚索的处理方案比选

以石家庄地铁某盾构区间在施工过程中遇到锚索,导致盾构机刀盘卡住无法脱困的工程实例,介绍了盾构穿越地下锚索地段处理方案的比选研究,通过技术、经济及工期等全方位比选,确定采用明挖竖井清除缠绕刀盘的锚索;后续施工中暗挖隧道为锚索拔除提供作业面,并采用全回转套管跟进法拔除锚索的方案,成功地解决了锚索阻碍盾构施工的问题,取得了较好的效果,对类似工程设计和施工具有一定的借鉴意义。     

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。     

越江隧道泥岩段掘进技术研究

以武汉轨道交通3号线穿越汉江段盾构掘进为背景,针对该泥岩段掘进速度慢、扭矩大、泥浆门堵塞、刀 盘结泥饼等技术难题,经过隧道领域专家论证及与高校技术合作,通过数据分析对比,针对性地采取进舱处理泥 饼、改良盾构机循环系统及刀盘冲刷系统、改良泥浆、优化掘进参数、优化掘进方式等措施,从而很大程度上解 决泥岩段掘进中遇到的问题,对类似工程有一定的参考价值。     

盘形滚刀与岩石相互作用研究综述

研究目的:盘形滚刀是一种重要破岩刀具,主要用在掘进机(TBM)、复合式盾构及岩石盾构的刀盘上。研 究盘形滚刀与岩石相互作用对于分析盘形滚刀破岩机理、指导刀盘刀具设计、提高破岩效率与掘进性能及降低 能耗都具有重要的理论意义和实用价值。 研究方法:文献综合分析和研究。 研究结果:扼要分析了隧道掘进机盘形滚刀破岩的基本原理、滚刀的截面形式及几何参数,并就滚刀与岩 石相互作用机理、滚刀破岩力、掘进性能预测等方面,对国内外具有代表性的研究成果进行了综述。 研究结论:指出影响盘形滚刀与岩石相互作用的因素主要有机械因素和地质因素。     

盾构机刀盘开裂后的洞内修复加强技术

刀盘是盾构机的重要组成部件,它是盾构的掘削机构,在不同的地层中,刀盘的受力载荷复杂多变,加之刀盘配置和掘进参数的不尽合理,就会导致刀盘的结构发生变化,出现开裂。结合工程实例,介绍了刀盘开裂后洞内修复加强的技术。     

北京新机场线一期8.8m直径隧道盾构选型研究

依托北京新机场线一期工程07标段,从刀盘类型、刀盘驱动设备、刀具型式、刀具布置、渣土改良系统和同步注浆系统等方面对盾构选型进行研究。通过分析工程特点、总结以往工程经验、理论计算等方法得出结论:在全断面砂卵石地层中,辐条式刀盘适应性更佳;先行刀与刮刀组合的破岩方式以及先行刀的高差设置,有利于盾构掘进开挖土体;渣土改良材料注入口布置应充分考虑地质条件。     

液压式盾构/TBM主机平移-空推集成装置的研制

研究目的:目前,隧道掘进机平移与空推工艺多采用不同装置分步完成,装置安装耗时费力,严重影响项目施工进程,且国内外没有可同时解决掘进机主机平移和空推的工法或装置。本文研制了一种基于液压的盾构/TBM主机平移-空推集成装置,将平移与空推工序合一,可极大提高工程施工效率,实现荷载600 t盾构/TBM主机连续移位。研究结论:(1)利用液压力驱动液压马达实现装置移位和驱动轮90°转向,实现了平移与空推工艺集成;(2)多轮系和从动轮碟簧设计可优化载荷分布,从动轮选用自润滑推力关节轴承使装置可适应一定倾斜度和不平度,提升装置运行平稳性;(3) 600 t荷载下,利用聚氨酯包敷于钢轮外的复合轮设计减小了轮系与地面接触应力,降低地面要求;(4) ANSYS仿真分析表明承载台架满足强度要求;(5)目前该装置已成功应用于青岛地铁8号线项目,缩短工期20 d,填补了国内外技术空白,应用前景广阔。     

无水砂卵石地层盾构机的选型

无水砂卵石是一种典型的力学不稳定地层,对盾构存在较大的不良影响。根据无水砂卵石地层的特点及盾构机的适应性,确定选用加泥式土压平衡盾构,在此基础上,对盾构的刀盘形式、支撑方式、扭矩、千斤顶的推力及配制、螺旋输送机及加泥加泡沫系统等进行分析和比较,保证盾构的准确选型,对类似地层条件下的盾构参数计算和选型具有一定的参考意义。     

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。     

南京地铁盾构掘进施工的三维有限元仿真分析

论文依托南京地铁区间盾构隧道工程,建立了模拟盾构机(包括刚度、自重、推力)前行掘进隧道的三维有限元力学模型,在此基础上,研究了随盾构顶进引起的地表沉隆变形以及隧道围岩、管片变形,研究结果为南京地铁区间盾构隧道工程的施工及监控量测提供了参考。     

复杂地质条件下泥水盾构过群桩施工技术研究

研究目的:盾构直接切断桩基施工存在诸多不确定性,该技术在目前还不够成熟,本文以实际工程为依托,总结盾构直接过桩的经验和各个施工环节的技术参数,为进一步研究盾构直接过桩技术提供参考和依据,同时为类似工程做直接参考。研究结论:通过对软弱地层中盾构过群桩施工技术的研究,得出:(1)控制住切口压力波动值小于0.1 bar;(2)进排浆流量差与推进速度相匹配,控制超挖量;(3)推力在9 500～100 000 kN范围之间;(4)推进速度控制在10～20 mm/min,同时刀盘转速为1.0～1.2 rpm是合适的,控制刀盘扭矩在0.9～1.2 MN.m范围之间。     

复合地层盾构掘进参数相关性分析及掘进速度预测

掘进速度预测对于提高复合地层盾构掘进施工效率具有重要作用。本文依托南京轨道交通工程复合地层区段现场盾构掘进数据,在盾构区间地层分区的基础上对主要掘进参数进行研究,分析各掘进参数与掘进速度之间的相关性。结果表明:地层越硬,刀盘转速、扭矩、推力均越大,土仓压力越小,软硬不均复合地层刀盘扭矩明显偏大;在复合地层中仍存在掘进速度与贯入度、螺旋输送机转速成正比关系,但掘进速度越大,刀盘扭矩和推力不一定越大。在复合地层中引入硬岩复合比作为回归参数,采用多元线性回归建立掘进速度预测模型,将相同区段预测掘进速度与实际掘进速度进行对比,以验证模型的的准确性和可信度。本文分析方法可为复合地层掘进施工提供指导。