土压平衡盾构机密封舱土压力控制模型

基于有限元数值模拟方法,建立盾构机密封舱土压力的控制模型。通过分析盾构土压平衡的掘进参数之间及其与土舱压力间的相互关系,提出盾构机密封舱土压力优化控制模型。数值模拟结果表明：在保持推进速度不变的情况下,通过对密封舱内土压力的实时监测来控制螺旋输送机转速的实时变化,可控制密封舱内土压力在设定的范围内,从而实现土压平衡。     

盾构土压平衡动态神经网络逆控制技术研究

盾构密封舱的土压平衡作为地表沉降控制的关键因素对盾构安全施工具有重要保障。为映射影响土压平衡掘进参数之间的非线性耦合关系，增强非线性控制模型的动态性能，提高土压平衡的控制精度，根据盾构施工中影响密封舱内土压平衡的掘进参数调控的难易程度，依托现场监测数据建立基于动态神经网络逆控制前馈作用下的螺旋输送机转速控制模型。对控制模型的性能与效果进行分析验证，结果表明： 动态神经网络输出的前馈螺旋输送机转速能够对推进速度、刀盘转矩的变化响应灵敏； 在给定掘进条件下与通过人工调节螺旋输送机转速控制土舱压力的方法相比，动态神经网络逆控制前馈作用下密封舱土压的最大波动误差由9.8%降为5.3%。     

土压平衡式盾构机刀盘扭矩的计算及试验研究

综合考虑了土压平衡式盾构机的直径、刀盘开口率、刀盘与土体的摩擦系数、盾构机的埋深、盾构机施工地层的土性、盾构机和地层之间的相互关系、盾构机推进速度以及螺旋输送机转速等参数的影响因素,推导出刀盘扭矩的理论模型。在盾构机模拟试验平台上进行试验,分析了两种典型开口率的刀盘在3种典型土层中扭矩的变化及土仓压力对刀盘扭矩的影响。分析结果表明,刀盘扭矩的理论模型与试验结果相符,并能满足盾构机实际施工的要求。     

超大直径土压平衡盾构近距离下穿人行通道施工控制技术

该文采用数值模拟方法分析超大直径土压平衡盾构下穿人行通道施工时的土舱压力设定;提出主要通过控制注浆压力来控制穿越阶段的同步注浆施工;建议将穿越段分为不同的控制阶段,各区长度的确定则要综合考虑盾构穿越层土压力的大小、盾构机推进的影响范围、盾构机土舱压力的调整能力等。推进过程中结合其他措施将某隧道近距离下穿人行通道的不均匀变形控制在2mm左右。     

土压平衡盾构机土压平衡控制策略研究

盾构机本身是具机、电、液、测控、土木等多学科技术于一体的工程机械,就北京地铁施工中所使用的一种土压平衡盾构机的土压平衡控制方法进行设计分析,通过控制开挖量与排土量达到动态平衡,以建立适当压力与开挖面的土体压力平衡,进而减少对土体的扰动,控制地表沉降,实现土压平衡控制,依赖推进系统及螺旋机系统协调控制。     

盾构水平偏角变化对盾构-土相互作用影响

为了探明盾构掘进过程中机-土相互作用的机理，指导盾构姿态的控制和调整，针对水平偏角变化对盾构与土相互作用的影响这一问题，对作用于盾壳周围土压力的理论计算方法以及水平偏角预测模型进行研究。首先基于地基反力曲线，通过等效弹簧近似建立盾构与土的相互作用模型，同时基于几何分析可计算盾构水平偏角变化过程中周围土层发生的位移，从而得到作用于盾构外壳的周围土压力的理论计算方法。然后引用改进的松动土压力计算方法，得到盾构初始土压力的计算方法，解决盾构水平偏角计算的初始边界问题，并结合土对盾构作用荷载的计算方法得到盾构水平偏角计算方法。基于所建立的理论计算模型，对盾构机质量、地层类型以及地层开挖损失率等因素对盾构-土相互作用的影响进行分析和讨论。最后，结合济南地铁R2线盾构隧道工程，对盾构的水平偏角以及相关掘进参数进行实时监测，并与盾构水平偏角理论值进行对比分析。研究结果表明：盾构质量以及地层开挖损失率对盾构在水平面上进行姿态的影响较小；不同地层类型以及地层的土压力系数对盾壳与土相互作用的影响较大；通过工程应用发现盾构水平偏角理论值的变化趋势与实测值基本一致，但由于盾构自身施加的调姿弯矩无法完全作用于盾构机，因此理论值普遍大于实测值。     

土压平衡盾构机下穿胶济铁路沉陷控制技术的应用

通过优化土压平衡盾构机掘进参数及采用自动化监测系统对地面胶济铁路进行监测,实现在闪长岩、易喷涌、上软下硬地层中安全快速高效掘进实现沉陷控制。     

富水圆砾地层盾构施工关键技术研究

圆砾地层是南宁地区的典型地层,具有强度较高、透水性强、自稳性差、分布范围连续等特殊的工程特点。盾构机在穿越全断面圆砾层时,极易发生严重的工程事故。本文对南宁市典型富水圆砾地层下的盾构施工关键技术进行了研究和讨论:(1)圆砾地层盾构机选型技术方面,采用复合式土压盾构机;(2)开挖面支护压力控制方面,通过现场试验得出不同地层单元细分土仓压力控制值;(3)富水圆砾地层盾构全过程掘进方面,对带压换刀和盾构始发技术进行了优化和详细讨论。     

土压平衡盾构机泡沫系统的研制

为了打破国外厂商对盾构泡沫系统的技术垄断,给盾构机配上性能可靠的泡沫系统。广东水电二局股份有限公司通过总结日系、欧系盾构泡沫系统的特点,结合多年使用和改进土压平衡盾构机泡沫系统的经验,采用串联结构布置泡沫系统管路,利用电液比例、PLC控制,用触摸屏编程控制做为人机界面,流量和压力传感器做为信息采集和处理工具,研制出了具有自主知识产权的泡沫系统。通过8 780土压平衡盾构机的实际应用,其性能完全满足盾构挖掘复合地层、黏性土层渣土改良的需要,同时具有进口产品所不具有的可连续配制溶液,气、液流量控制快速、准确的性能特点。     

基于D-P模型的波形钢板土压力对比研究

采用ANSYS进行波形钢板结构内力分析时,D-P模型是ANSYS中唯一一个能够进行土体分析的本构模型。文中基于D-P模型中的各个参数与土体线弹性模型,对波形钢板结构物的土压力计算进行探索,总结了土体参数变化对波形钢板结构内力的影响;通过分析对比现有土压力计算公式,总结了各种方法的计算值对土压力的影响大小,为波形钢板结构土压力计算提供理论参考。     

基于纵向沉降曲线的黄土地层盾构土舱压力分析

为分析黄土地层盾构土舱压力设置问题,根据西安地铁4 号线区间盾构隧道施工过程建立盾构施工数值模型,基于对模型不同位置处地表沉降量的监测,通过将不同监测点的地表沉降曲线转换到同一坐标下进行对比,分析土舱压力对掌子面前方未开挖地层的影响,进而提出盾构土舱压力合理取值方法。研究结果表明: 1)盾构掘进对掌子面前方地层的扰动具有累积性,地层的变形具有滞后性,即盾构对掌子面前方地层挤压或支护不足时对掌子面前方地层的扰动会不断累积,表现为各监测断面的沉降曲线量值和分布规律不一致; 2)当土舱压力与地层土压力相平衡时,各监测断面的监测曲线基本相似,针对设置工况,土舱压力为0. 1 MPa 时,地表沉降曲线落在同一狭长区域内,即表明该值为与该地层相匹配的土舱压力值。     

基于随机森林算法的盾构改良渣土渗透系数预测及工程应用

为解决土压平衡盾构在富水粗粒土地层掘进时，由于盾构渣土渗透性较高而引起螺旋输送机出口处易出现喷涌等风险问题，基于随机森林算法，选取渣土改良参数包括含水率、泡沫注入比、膨润土泥浆注入比以及掘进地层参数土体有效粒径、水力梯度作为模型输入参数，提出一套适用于盾构渣土渗透系数预测的模型。研究结果表明： 该模型预测精度较高，渣土渗透系数预测值与实测值均位于同一数量级，且均方误差仅为2.4×10-9 cm/s，拟合决定系数可达0.981 9。依托滇中引水龙泉倒虹吸盾构隧洞工程进行应用，对下穿盘龙江喷涌风险源进行判定，并基于该预测模型给出推荐改良参数。在采用推荐改良参数后，盾构下穿过程中渣土渗透系数满足要求，土舱压力稳定，且对上部桥梁结构影响较小，保障了盾构安全、高效掘进。     

土压盾构在富水粉砂地层中浓泥渣土改良技术研究

为解决土压盾构在富水粉砂地层掘进过程中存在的刀盘转矩过大、开挖面稳定难以控制及排土困难等问题,提高该地层盾构施工的安全性及稳定性,以无锡地铁3号线富水粉砂地层盾构区间为依托,提出土压盾构浓泥渣土改良技术,并开展土压盾构浓泥渣土改良现场试验,研究掘进过程中开挖面前地层中孔隙水压力、盾构掘进参数及地层沉降的变化规律。结果表明： 1）向开挖面注入4 m3/环泥浆后,能够将渣土的坍落度由原来的7.5 cm提高至14.5 cm,降低盾构闭舱和喷涌风险,且能减小土压、推力及转矩的变化波动; 2）浓泥浆在开挖面形成泥膜效应,可以有效降低掘进过程引起的孔隙水压力,最大可减小20 kPa。掘进完成地层稳定后,与未添加浓泥渣土改良掘进的地层相比,地表沉降值减小26.7%。     

盾构舱内空气损失计算及影响因素分析

为确保盾构在“气压模式”下掘进及在带压开舱作业时控制舱内气压的稳定，在分析刀盘正面土体、开挖间隙周边土体、盾尾注浆和螺旋输送机4个区域的气压损失范围基础上，改进Krabbe公式并考虑渗透系数、舱内压强、地层变化等影响因素，提出空气损失量Q的半经验半理论计算方法。将计算方法应用于实际工程，通过对空气损失量最大断面进行灵敏度分析，主要结论如下： 1）舱内压强与空气损失量呈二次正相关，工程范围内气压的增加会导致一定的空气损失； 2）空气损失量最大的断面为地层突变处，通过分析该断面的灵敏度，可以对盾构配备的空气压缩机功率进行合理的判断。     

软土地层中盾构施工参数对地表沉降的影响研究

为了解决软土地层中盾构隧道施工参数对地表沉降的影响问题,通过对杭州某地铁区间盾构施工进行监测,分析软土地层地表沉降的一般规律,结合该区间盾构隧道施工,采用ABAQUS有限元软件分析了注浆压力、浆液弹性模量、土舱压力等因素对地表沉降的影响。研究表明:土舱压力对地表沉降影响最大,注浆压力次之,浆液弹性模量的影响最小。地表沉降由土体塌陷沉降和土体固结沉降2部分组成,在盾构试掘进阶段对施工参数进行调整和优化,能较好地控制地表沉降。     

盾构施工工艺对铁路路基沉降影响的数值分析

以福州市轨道交通1号线下穿福州火车站铁路工程为依托,采用MIDAS/GTS有限元软件对双线盾构隧道进行分步施工模拟,揭示主要施工参数对路基沉降的影响规律。分析表明:路基预加固能有效减少下穿过程中路基的沉降量;土舱压力采用1.2~1.5倍土压力、注浆压力采用1.1~1.2倍土体自重应力对减少路基沉降效果较好;保证盾尾注浆率对减少路基沉降影响有显著效果。     

基于MLP-ARX模型盾构自动掘进技术研究与应用

为减少盾构施工过程中的人工干预，提高施工效率，解决人员误判或经验不足等情况导致的施工质量差、效率低，遇复杂地质难以及时调整，甚至引起施工事故等问题，结合盾构施工工艺、工程地质等因素，基于大数据与人工智能技术，研发一套基于MLP-ARX(多层感知机自回归)模型的盾构自动掘进控制系统，开发推进过程动态模型以及模型在线更新、参数优化的方法，在施工过程中能够及时、准确地自动调节盾构推进速度、分区压力和螺旋机速度等参数，并应用在深圳地铁14号线管线工程隧道。结果表明： 该系统可实现推进过程的自动控制，推动盾构施工自动化、信息化和智能化，极大地缓解盾构司机的操作压力，降低对施工情况误判的发生概率，提高施工质量和效率。