对盾构(TBM)技术运用及开发的几点认识

分析国内外（尤其是国内）盾构（TBM）技术的发展现状及前景。总结盾构（TBM）技术运用和发展的制约因素。指出要充分认识盾构（TBM）的“四高”特性。重点探讨盾构（TBM）技术研究的若干方向,提出当前盾构（TBM）技术研究的方向： 1）与盾构（TBM）掘进相结合的辅助工法的研究和开发; 2）提高和扩充盾构（TBM）设备的技术性能; 3）降低盾构（TBM）制造及运用成本的技术研究; 4）盾构（TBM）隧道衬砌管片技术研究。给出了盾构（TBM）生产企业生产组织方式的建议。     

盾构/TBM施工煤矿长距离斜井的技术挑战与展望

采用盾构/TBM修建深埋长距离斜井是一个崭新的课题,对于缩短矿井建设周期,降低造价具有重要的意义。文章通过对传统矿山法与盾构/TBM法的技术参数与经济指标进行全面比较,分析了盾构/TBM技术在煤矿矿井建设中的应用前景,介绍了盾构/TBM施工斜井应用现状,在此基础上,着重从盾构/TBM的选型与适应性、斜井井壁结构设计、复杂环境中施工等方面分析了盾构/TBM施工煤矿长距离斜井所面临的挑战,综述了近期开展的相关技术研究与进展,主要包括:双模式盾构/TBM的研制、新型井壁结构体系的构建和复杂条件施工时的处置技术等。最后,讨论了尚存的问题以及相关问题研究的发展趋势。     

基于传感技术的盾构在线状态监测系统

为解决盾构监测与调试时出现的问题,保证盾构在工作过程中的安全、稳定、可靠,采用传感监测技术,监测盾构关键部件各测点的振动速度和温度,并结合通讯技术将实时监测的数据传输至控制器进行分析处理,实现盾构机械的在线监测,并对监测系统进行试验。试验结果表明： 各测点的振动速度为1~1.5 mm/s、温度为20~48 ℃,满足盾构正常运行状态的要求,系统各项指标符合盾构在线监测系统的设计要求。     

盾构主轴承齿轮箱应用参数监测技术的可行性研究

以刀盘扭矩、刀盘转速和主驱动电流为3个变量,通过理论推导,定义参量"能量输出效率E",对盾构主轴承齿轮箱的能量传递效率进行定量评价。其可行性在延长盾构/TBM使用寿命相关研究实践中得到了验证。对主轴承齿轮箱等盾构部件工作状态进行参数监测,"E"参量具有开发应用前景。     

土压/泥水平衡双模式盾构适应性设计

为解决复杂地质及周边环境盾构设备选型难题，结合多模式盾构的发展与研究现状，对多模式盾构进行了定义与分类，主要分为土压/泥水双模式盾构、土压/TBM双模式盾构、泥水/TBM双模式盾构等几大类型。并结合南宁市轨道交通5号线一期工程，对土压/泥水平衡双模式盾构的主要工作原理、特点、适用范围及适应性设计等方面进行了分析，结果表明： 土压/泥水平衡模式盾构地质适应性广、设备利用率高、施工成本低，解决了同一区间不同地质环境条件下盾构设备选型的问题，在一定程度上为地质复杂、工程敏感地带提供了一套可靠解决方案。     

刮刀磨损实时监测系统研发及室内验证试验研究

为实现复合式TBM（全断面硬岩掘进机）和盾构刮刀磨损的实时监测,研发一种新型刮刀磨损实时监测系统。系统由磨损感知模块、数据读取及发送模块、无线接收网关、上位机软件4个部分组成。其中磨损感知模块由14个等阻值耐高温碳膜电阻并联组成,为该系统的核心。系统通过贴合于试验刀具表面的磨损感知模块实时感知刮刀的磨损量,并由数据读取及发送模块将信号发出,经无线网关接收数据后传送至上位机软件。根据理论推导提出刮刀磨损量监测计算公式,并进行室内验证试验,试验结果表明： 刮刀磨损感知模块在磨损过程中信号稳定且不失真,磨损量误差控制在1 mm以内,室内环境下无线传输距离达30 m。监测系统能实现刮刀磨损的实时监测,具有较高的精度,对复合式TBM和盾构刮刀磨损实时监测工程难题的解决起到了推动作用。     

基于物联网技术的盾构油液在线监测系统研究

为预防盾构故障、降低施工风险，通过长期对盾构检测数据积累和运行状态的研究，研制一套适用于盾构的油液在线监测系统，能够对主轴承润滑油、液压油的黏度、水分和激光颗粒度等指标进行实时监测和远程监测，分析和判断盾构的性能状态，确保盾构顺利施工。在盾构上安装该系统进行试验，系统采集的数据与离线检测的数据基本一致，部分数据最大偏差3.62%，能够反映出盾构运行的真实状态，数据的稳定性和准确性也能满足使用需求。盾构油液在线监测系统的成功研制可为今后盾构管理工作的自动化、网络化、智能化奠定基础。     

盾构振动在线自动监控系统的设计与研究

为预判盾构关键部件可能发生的潜在故障隐患,提高盾构运行可靠性,对海瑞克S261土压平衡盾构再制造过程中的振动在线自动监控系统进行了设计研究。首先将盾构主轴承、主驱动和减速机等设备的振动变化值经过ARM/Cortex-M0+系列的Kinetis-M处理器分析转换后传输至数据集中器,然后利用SCADA软件并结合MySQL数据库技术设计了在线监控系统。此系统为盾构设备故障预警提供了数据支持,对设备维护具有一定的指导意义。     

基于互联网的状态监测技术在盾构维护保养中的应用

为解决盾构因结构复杂、系统众多、核心零部件缺乏状态监测、当前维护保养水平低等引起的设备维护保养难题,以盾构的主轴承、主驱动减速机、液压系统等核心零部件及系统为监测对象,对油液离线、油液在线、振动、电流频谱和红外成像等状态监测技术在盾构智能维护与健康管理中的应用进行研究,开发实验室信息管理系统,通过互联网将状态监测仪器及技术、管理、维修人员等纳入统一的管理与交流平台,构建状态监测与故障诊断知识库,逐步实现盾构的智能维护,为盾构的维护保养与健康管理提供参考。     

中国盾构和掘进机隧道技术现状、存在的问题及发展思路

简要分析我国盾构、掘进机隧道修建技术的现状,包括水下盾构隧道、地铁盾构、TBM隧道和山岭TBM隧道的技术现状。通过列举典型工程案例,分析总结我国盾构、掘进机隧道技术存在的问题:1)水底公路隧道盾构直径过大,2)单层管片衬砌的耐久性不足,3)护盾式TBM有很多局限性,4)土压平衡盾构不是万能的,5)隧道线路标高选择不合理,6)工程建设中存在4大不合理。针对这些问题提出解决建议:1)一般情况下,水底公路隧道盾构直径不宜超过12 m;2)增设二次模筑混凝土衬砌,形成复合衬砌结构;3)取消护盾式TBM,提倡采用开敞式TBM;4)盾构选型时,应同时考虑比选泥水盾构、土压盾构和开敞式无刀盘盾构;5)避开在岩层交界面上选线;6)工程建设一定要坚持科学发展观。为盾构、掘进机隧道的设计和施工提出新思路,包括:1)无刀盘的开敞式网格盾构,2)压缩混凝土衬砌,3)TBM导洞超前再钻爆法扩挖,4)风井始发盾构。最后,指出大直径盾构不是发展方向,长距离掘进(2 km)时,深埋盾构施工才是发展方向;并提出琼州海峡隧道采用盾构法施工(深埋优于浅埋),渤海湾海峡海底隧道采用直径为10 m的TBM+钻爆法施工,台湾海峡隧道采用深埋方案开敞式TBM+钻爆法施工的想法。     

应用减磨修复技术延长盾构/TBM使用寿命研究

减磨修复技术在铁路内燃机车及船舶柴油机上的使用效果表明,科学、合理地应用此项技术可产生可观的经济效益、社会效益和节能减排效果。在介绍国内外金属减磨修复技术发展现状及盾构/TBM减磨修复技术研究必要性的基础上,从内容、方法、工艺等方面对减磨修复技术在盾构/TBM上的应用进行研究。基于初步的试验成果可以得出:新开发的金属减磨修复技术在盾构/TBM主轴承齿轮箱、主驱动减速箱等关键零部件在润滑系统中的应用是安全的、可靠的、适用的。     

基于LabVIEW的自动驾驶汽车在线振动监测与诊断系统

为了提高自动驾驶汽车在道路测试中的安全性,基于LabVIEW设计了一种自动驾驶汽车在线振动监测与诊断系统。该系统通过上位机与驾驶机器人通信,获取车辆运行状态数据,同时对自动驾驶车辆的振动在线监测,最后结合车辆振动数据和状态信息进行在线诊断,开发了监测与诊断界面,实现了自动驾驶汽车在道路测试行驶过程中的振动在线监测与诊断。     

城市环境下TBM施工对周边环境影响的监测与分析

重庆市轨道交通六号线一期五里店站—山羊沟水库区间隧道为开敞式TBM掘进,为了掌握重庆典型地质条件下TBM掘进对周边环境的影响,为重庆地铁以及其他类似工程提供借鉴,以该工程TBM掘进前300 m(里程K17+300～+600)隧道为依托对象,对TBM掘进区间隧道附近的房屋结构、桥台、围岩以及地表等进行了地表沉降和微振动的监测和对比分析。对TBM掘进的不同工况、不同地质条件的围岩及其支护进行了围岩变形、支护结构受力变形等的监测和对比分析,通过监测分析得出部分结论。     

基于大数据的盾构掘进与地质关联关系分析方法

为解决盾构掘进参数设定主要依赖盾构司机的经验，且掘进过程中影响因素较多，很难做到掘进参数与地质参数有效关联的问题，依托盾构TBM大数据平台的海量数据，通过施工经验对关联掘进与地质的参数进行选取和分类，并确定关联参数的范围。通过参数范围界定、数据连续性分析和数据频次统计等方式进行数据的初步清洗；通过提取变量的数字特征建立分布统计算法模型库的方式，对数据库中的数据实时处理，去除异常数据并确定经验区间的频数分布；通过对各关联参数的组合检索，进行关联参数的可视化分析，得到不同盾构在各类地质中主要掘进参数（如刀盘转速、刀盘转矩、掘进速度、油缸推力等）的经验区间和关联关系。将该关联分析方法部署在盾构TBM大数据平台，经过长时间的应用和现场反馈，验证了该方法的适用性和有效性，对盾构施工及盾构选型具有积极的指导作用。     

GPS技术在盾构隧道下穿管涵监测中的应用

 利用GPS技术进行盾构隧道下穿管涵施工水平变形跟踪监测，为盾构的推进提供水平位移参数，得到管涵受盾构隧道推进引起的水平变形规律；通过现场数据采集提出了影响GPS数据采集质量的因素；通过合理设置2个基准点，解决了测得的位移数据转换到实际需要方向上位移的问题，成功将GPS技术应用在水平位移监测中。     

盾构及TBM设备监造的实践与探索

 盾构及TBM国产化、产业化的进程在不断加速，使用单位都希望通过监造来提高设备的制造质量，由于建筑行业自身流动性大的特点，监造工作的管理和队伍的建设还不能与此和谐。借鉴水利水电行业设备监造的一些规范和经验，从各项内容的工作范围、工作方法、工作要点和工程实例等方面，系统地讨论了盾构及TBM监造工作的程序及内容，以期推动盾构及TBM监造工作质量的提高。     

滚刀破岩引致岩石振动特性试验研究

隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)技术是一种安全高效的隧道工程施工方法。在TBM掘进中,滚刀刀盘系统与岩石相互作用时会产生振动现象,其振动特性与破岩机制均会影响到TBM的掘进效率和刀盘刀具的使用寿命。通过制作大尺寸砂浆材料试件,采用自主研制的TJ-TS500型线性切割试验平台,设计较为精细的振动测试系统,进行滚刀线性切削试验。试验方案考虑切深、切割速度以及试样节理特征等因素,同时在切削过程中对滚刀三向力以及试样的振动信号进行监测。通过对采集的振动信号进行快速傅里叶变换（fast Fourier transformation,FFT）,分析不同切削参数条件下的滚刀破岩振动特性。     

盾构长距离下穿运营地铁隧道施工技术研究

昆明某地铁区间盾构施工需长距离下穿既有运营地铁隧道,为确保安全,减少对既有隧道的影响,采取了地层加固、渣土改良、姿态控制等一系列技术措施。为进一步研究盾构下穿对既有地铁隧道的沉降规律,为后续施工提供指导,对下穿区段的既有地铁隧道进行了严密监测,获取了下穿施工时的沉降数据,对监测数据进行分析后,得出盾构长距离下穿既有运营隧道的沉降规律,取得了良好的施工效果。     

集成GIS/BIM的盾构隧道全寿命管理系统研究

为解决在盾构隧道工程中,地理信息系统（GIS）标准缺失和建筑信息模型（BIM）分析功能薄弱的问题,在分析GIS的数据管理和BIM的数据标准基础上,建立集成GIS/BIM的盾构隧道全寿命期管理系统。首先,概括总结系统采用的技术路线; 其次,基于IFC标准扩展统一的盾构隧道信息模型,涵盖盾构隧道地质、结构、线路、施工、监测和病害等数据; 然后,介绍系统信息的关联,包括隧道编码、GIS和BIM的集成方案; 最后,以上海地铁盾构隧道为依托,描述系统在工程全寿命期的应用,包括隧道地质勘察、结构设计、运营监测和养护维护等阶段。该系统制定了统一信息模型,方便数据交换和管理,在信息模型基础上实现了信息可视化与不同分析功能,提高了盾构隧道的全寿命数字化管理水平。     

敞开式TBM通过地铁车站中板实时监测及反馈技术

考虑到TBM自身荷载大,TBM中板过站时可能对地铁车站结构造成变形,影响结构的稳定性,为积累TBM中板过站的经验,以重庆地铁敞开式TBM通过大龙山车站中板为例,通过对TBM中板过站期间钢支撑轴力、中板挠度、中板(边墙)裂缝实时监测进行研究,得出以下结论:1)TBM机头在监测断面时,车站结构变形和受力最大;2)TBM机头对中板的主要作用为垂直压力,支撑靴对中板的主要作用为侧向压力;3)TBM通过中板时,中板下翻梁可以起到传递TBM压力的作用。通过实时监测指导了TBM过站施工,降低了TBM过站安全风险,确保了结构的安全稳定。