敞口式矩形顶管机设计与研究

为解决稳定地层中联络通道的机械化施工问题,研发敞口式矩形顶管机,并分别对敞口式顶管机在土体中的载荷分布特性、盾体静强度和挖掘臂的工作空间进行研究。1)基于普罗托基亚卡诺夫理论,研究敞口式矩形顶管机在土体中的载荷分布特性,构建盾体的受力模型。2)采用有限元法对盾体进行静强度分析,得到盾体的应力云图和变形量云图,验证盾体在强度和刚度方面符合设计要求。3)利用D-H 方法对挖掘臂系统进行运动学建模,得到挖掘臂末端在基坐标系中的位置矢量;应用蒙特卡洛法对挖掘臂的工作空间进行分析,得到机械臂末端的工作空间点云图。研究结果可为敞口式顶管机的结构设计和设备控制系统的搭建提供依据。     

装配式竖井预制混凝土管片结构设计

为提高竖井建设的效率和安全性，采用垂直竖井挖掘机（VSM）进行装配式竖井施工。以南京市建邺区沉井式停车设施建设项目(1期)工程为例，系统介绍竖井工程的预制混凝土管片结构设计理念，包括管片构造、连接方式、受力情况、防水设计等；同时，在国外同类工程的基础上对管片结构进行优化设计，首次提出全通用管片设计理念，极大提高了现场施工效率和质量。经现场应用证明： 圆形管片式竖井整体受力状况良好，防水设计满足要求。     

上排渣型全断面竖井掘进机凿井工艺及工业试验

为解决传统钻爆法和钻井法在大深度和盲竖井施工中的局限和不足，研究并提出上排渣型全断面竖井掘进机机械化凿井工艺，即采用全断面钻进、机械式上排渣，实现一次性成井。首先，介绍上排渣型全断面竖井掘进机的设计理念，并对整机的开挖系统、出渣系统、支护系统、导向系统以及纠偏系统的工作原理和整机的具体性能参数进行介绍； 然后，针对竖井掘进机施工应用时的始发井修建要求、设备组装顺序、调试步骤、井身段施工的具体工艺流程、拆机顺序等各工序的施工技术要点进行详细说明，并进一步总结上排渣型全断面竖井掘进机的工法优势及应用前景； 最后，基于上排渣型全断面竖井掘进机在宁海抽水蓄能电站竖井施工中的工业试验，分析竖井掘进机的施工进度并阐述竖井掘进机穿越不良地层中的应对措施。     

面向竖井掘进机的超宽带分层平面定位系统设计与应用

为解决竖井掘进机施工过程中面临的各类风险点和复杂的人员管理现状，提升竖井掘进机现代化作业水平，设计一种基于超宽带UWB（Ultra wideband）技术的分层平面定位系统。针对竖井掘进机结构特征和施工环境，采用层加法构建定位空间，首先，根据层判断基站确定定位目标所在层级；然后，结合层定位基站利用迭代法计算目标准确位置，并对定位误差进行分析。该分层平面定位系统应用于宁海排风竖井项目，研究表明层级判断准确率达100%，定位精度误差小于0.2 m，满足竖井掘进机施工作业的定位精度要求，有利于促进施工安全的进步。     

振动压路机起振过程分析

运用机械系统虚拟样机软件ADAMS建立了振动压路机激振器的虚拟样机，并利用其进行了振动压路机起振过程的仿真研究，分析了液压系统压力对启动过程中档销受力及对动偏心块和固定偏心块运动学参数的影响。     

基于Pro/E和ADAMS的自卸系统仿真及车厢受力分析

建立了某重型自卸车自卸系统虚拟样机模型,并进行了动力学仿真分析,根据所获得的仿真特性曲线校验所建样机模型的合理性,验证了所建样机的运动学和动力学特性与实际自卸系统相符;通过分析车厢在卸载工况下各关键点的受力曲线,得到车厢的最大受力值和受力时刻,为车厢的受力分析和结构的优化设计提供理论依据。     

上排渣式全断面竖井掘进机凿井技术与应用

为验证全断面竖井掘进机凿井技术的可靠性，依托宁海抽水蓄能排风竖井工程，解析上排渣式全断面竖井掘进机上排渣系统、开挖系统、姿态调整系统及井下动态实时监控系统等关键系统的设计及应用。应用表明： 1）在井壁上布置环向导水槽和优化掘进排渣参数，保证了竖井掘进机在凝灰岩含水地层的顺利通过； 2）采用前装刀设计满足使用要求，通过刀盘支地系统和刀具更换工装，实现了竖井掘进机前装刀的安全更换； 3）采用竖井掘进机独特的姿态调整方法，满足了井筒掘进的精度要求； 4）基于渣土称重和热成像原理，解决了粉尘环境下吊桶装渣的可视化作业； 5）采用基于UWB技术的竖井掘进机分层平面定位系统，实现了竖井作业区域内人员的实时定位。     

全断面竖井掘进机上排渣关键技术研究与试验

为解决竖井掘进机施工过程中竖向排干渣的难题，提出全断面竖井掘进机上排渣技术。首先，介绍上排渣系统的技术原理和排渣能力；然后，针对岩渣粒径控制技术、刮板输送机刮渣技术、刮渣盲区清渣技术、斗式提升机转渣技术进行研究；最后，进行不同推力和转速等多种工况下的掘进试验。结果表明： 上排渣技术可行，岩渣粒径可控，排渣系统运转正常。全断面竖井掘进机上排渣技术，为竖井掘进机机械化连续排渣提供了一种可行可靠的方法，有利于促进竖井掘进施工技术的进步。     

土压平衡箱涵掘进机的设计研究

为解决管幕箱涵工程中，大断面箱涵推进阶段正面土压力平衡失稳导致的管幕体系失效的问题，依托上海市田林路下穿中环线地道工程，设计1台土压平衡箱涵掘进机用于箱涵推进施工，并介绍箱涵掘进机的设计条件、主要参数选择，壳体结构受力分析和应用情况及效果。研究结果表明： 1）土压平衡箱涵掘进机通过正面土压力的平衡有利于地面沉降控制； 2）通过SolidWorks三维平台对箱涵掘进机的壳体进行建模受力分析，得出结构设计完全能够满足施工荷载条件； 3）箱涵掘进机的姿态控制主要依靠已完成的管幕作为导向，并通过同步推进系统调整箱涵左右行程偏差； 4）刀盘配置存在切削盲区，在加固区施工过程中会造成推力过大。     

泵站地下池体结构形式及施工方案对比分析

借助某下穿铁路项目中雨水泵站的设计，比较了明挖式地下池体和沉井式地下池体的差异。首先从结构受力上入手，分析池体在不同形式下的受力情况。然后从明挖和沉井两种形式的工程造价、施工工期、施工技术要求和施工质量等方面进行对比。对比结果可为今后雨水泵站地下池体的结构形式和施工方案选择提供参考。     

隧道掘进破岩试验机结构设计及仿真

针对复杂多变地质环境，为可高效可靠地开展掘进机刀盘刀具选型设计及掘进参数精准选择，研究不同地质环境、不同掘进参数条件下多掘进机破岩机制物理试验特点，结合隧道掘进机现场工作特点，设计一种隧道掘进机螺旋推进式破岩伺服试验机。通过分析室内开展隧道掘进机破岩试验的重难点与试验机的通用性、宽泛性，重点针对试验机框架结构、刀盘结构和刀具安装装置等，采用有限元对其可靠性进行仿真计算，确定关键结构件设计参数，确保试验机工作稳定性、结构可靠性，实现试验机的研制。     

某超深沉井不排水开挖数值模拟分析

南京某沉井项目采用了下沉式竖井掘进施工方法（VSM），为国内的首次运用。本文基于MIDAS GTS NX有限元分析软件，对其掘进过程进行了数值模拟，模拟结果与监测数据吻合良好，为以后此工法的运用提供了参考。     

盾构及掘进流程虚拟现实系统开发

为进行盾构施工研究和降低盾构掘进现场培训给盾构施工相关人员带来的风险,采用数字样机结合虚拟现实技术以拓展传统的虚拟样机的概念,功能上具备虚拟装配、运动仿真、工作过程及各种标矢量场可视化的仿真能力,实现了盾构设备及施工场景的虚拟样机实例研究和实验室盾构操作、维护等培训。     

盾构刀盘的有限元参数化建模及其分析

为快速进行盾构刀盘有限元分析,建立典型刀盘有限元模型建模系统,利用该系统实现了盾构刀盘自动建模和有限元分析,并进行了掘进过程的有限元仿真,得到了刀盘与掘进界面耦合作用下的动态强度、刚度,为刀盘的优化设计提供参考依据。     

泰州长江公路大桥南锚基础沉降计算研究

泰州长江公路大桥为三塔两跨悬索桥,两岸锚碇采用沉井基础。采用工程类比法和有限元法,分别在设计和施工阶段预测该桥南锚基础的沉降值。工程类比法以已经建成的江阴长江大桥北锚为原型,基于弹性理论类比出待建的泰州长江公路大桥南锚的沉降量,施工期沉降观测值表明,实际沉降值约为类比值的60%,类比值仅能供初步设计参考。有限元法则根据锚碇浇注过程中的实测沉降反演出力学参数,然后预测施工后期即架缆和桥面铺装阶段锚拉点的位移,计算结果表明,运用反演后的参数可以较准确地描述不同施工阶段沉井的变形特征,并指导后期施工。     

不同几何结构的TBM刀盘静力学性能对比分析

刀盘是全断面岩石掘进机（TBM）的核心部件,其变形量是否满足要求、应力分布是否合理决定了掘进机能否安全可靠地工作。为对比分析不同几何结构TBM刀盘的静力学性能,基于应用在秦岭隧道的TB880E型平面刀盘,设计了具有相同开挖直径和滚刀数目的锥面刀盘和球面刀盘;通过建立3种刀盘的有限元计算模型,分析了相同工况下3种刀盘的变形和应力分布。分析结果表明： 相同工况和掘进参数条件下,平面刀盘的应力最小,而锥面和球面刀盘的盘面变形较小。这说明平面刀盘结构平滑,不易产生应力集中,刀盘强度较高;球面和锥面刀盘的刀盘面呈拱形结构外凸,可以有效提高刀盘结构的整体刚度。     

基于虚拟样机技术的一种小型压实机械的仿真优化研究

通过对滚压夯工作原理的分析,用ADAMS建立了三维实体模型并对该模型进行了优化仿真,给出了滚压夯较优的结构参数和运行参数.利用虚拟样机技术,使得不必通过求解复杂的非线性方程就可以了解到物理样机的基本性能.     

越海泥水盾构提前到达施工关键技术研究

由于竖井施工进度滞后,为解决盾构提前到达并保证顺利出洞这一技术难题,以台山核电站1#取水隧洞盾构提前到达施工为例,在理论研究的基础上,对盾构到达前的掘进控制措施进行分析,阐述了预留段隧洞爆破参数设计,并对提前到达的关键技术及控制要点进行总结。得出以下结论:1)盾构提前到达盾构井预留5 m的安全距离,并将刀盘后退掌子面0.7 m的方案是可行的,既能加快施工进度,又能有效地保护盾构设备;2)盾构到达预留段前采用"小推力、低转速"的掘进原则,预留5 m段采用"爆破开挖+锚喷支护+管片二次衬砌"相结合的施工方法,保证了盾构安全顺利出洞,有效地控制了管片上浮、错台和接缝处漏水等现象。     

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。