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。     

滚刀状态实时诊断技术在超大直径泥水盾构中的应用——以汕头苏埃通道为例

超大直径隧道施工多采用泥水盾构,掘进过程中面临开挖直径大、地质条件复杂、刀具异常损坏严重等问题。为在掘进过程中实时掌握刀具状态,提高人工抽检的准确率,设计一种适用于超大直径泥水盾构的滚刀状态诊断系统,实现滚刀转速、磨损量、温度的实时监测与状态诊断,以及基于滚刀监测数据的掌子面地质分析技术。以汕头苏埃通道为例,详细介绍刀具监测系统的硬件设计与监测原理,并对实际工程中采集到的典型异常数据进行分析,完成滚刀异常状态识别。同时,基于获取的滚刀实时转速数据和刀盘角度数据,探索性地研究掌子面地质实时感知技术,并在苏埃通道西线进行应用,在基岩凸起段取得了良好的效果,为判断基岩侵入掌子面范围、优化掘进参数以及更准确地判断刀具状态提供直接依据。     

矩形盾构机模拟掘进试验研究

介绍了矩形盾构机的特点和技术参数,分析了其施工优势,对矩形盾构机模拟掘进试验进行了设计,完成了矩形盾构机掘进模拟土层试验和切削不同硬度混凝土试验,通过采集掘进参数、监测周围土层情况,分析了矩形盾构掘进对周围土层的影响。试验结果表明,矩形盾构机能在不同的地层条件下掘进,但切削混凝土能力有限。     

TBM掘进模态综合实验平台升级改造研究

为建立全断面岩石隧道掘进机刀盘不同位置滚刀载荷分布规律，防止TBM滚刀及刀座频繁过载失效，通过对TBM掘进模态综合实验平台升级改造，研发了单把滚刀载荷测试方法，实现了单刃滚刀、中心双联滚刀以及不同规格滚刀载荷的直接获取； 开发了滚刀载荷和转速监测系统，实现了滚刀载荷和转速数据的实时采集和无线传输； 制造了可安装不同规格滚刀、刀间距和刀高差可调的多功能刀盘，实现了刀盘刀具多种方式布置。TBM掘进模态综合实验平台的升级改造为TBM刀盘不同位置滚刀载荷分布规律、刀盘刀具布置等滚刀破岩理论的研究提供了实验工具，为TBM滚刀载荷实时监测提供了新方法。     

润滑油品监测体系在城陵矶盾构掘进中的应用

介绍了进口掘进机械在使用过程中进行润滑油品监测的情况,对设备故障诊断、状态监测以及设备管理方面有借鉴意义。     

复合盾构滚刀磨损的无线实时监测系统

为了实时监测复合盾构掘进过程中滚刀的磨损和工作情况,建立了一套滚刀磨损的无线实时监测系统,将滚刀刀圈与传感器之间的距离变化转换为电压信号,经计算处理后得到滚刀刀圈的磨损量。在信号传输中使用无线结合有线的方式,将监测数据从终端节点经中继路由传输到上位机监控系统。分析了滚刀失效的主要类型、监测及判断机制,重点探讨了其安装结构和实现方案。结合某工程现场实验,证明该系统能有效地监测滚刀刀圈的磨损量,从而实现滚刀刀圈磨损的实时监测。     

盾构隧道交叉近接运营地铁隧道无线监测及反馈技术研究

以长沙市轨道交通3号线灵官渡站至侯家塘站盾构区间近距离立体交叉下穿运营中的地铁1号线为工程背景,对无线监测技术及其相应的反馈分析进行了研究。研究中对盾构掘进参数、无线监测特点及方法、监测断面及监测点布设等阐述的基础上,采用自动监测、无线传输技术对运营中的长沙地铁1号线盾构管片的变形、轨道板横向沉降差进行实时监测,并对监测数据进行反馈分析。通过研究得到盾构掘进中土仓压力控制在1.0~1.3 bar、注浆压力控制在3.0~3.6 bar时,各监测断面的收敛变形及轨道板的横向不均匀沉降均在0.5 mm以内,远小于《城市轨道交通结构安全保护技术规范》规定的预警值,说明在该盾构掘进参数控制下运营中的地铁1号线区间隧道处于安全状态。     

TBM掘进参数智能控制系统的研究与应用

目前TBM智能化作业水平较低,无法实现岩体信息实时感知以及掘进参数的智能决策,影响TBM掘进效率,卡机、涌水突泥等安全事故也时有发生。为解决上述问题,研发一套TBM掘进参数智能控制系统,通过分析岩体状态参数与TBM掘进参数的相关关系,采用数据挖掘的方法建立岩机信息感知互馈模型; 在此基础上构建智能决策控制体系,实现掘进参数的预测以及掘进状态评价; 通过手动或自动控制模式对TBM掘进参数进行优化调整,使TBM保持安全高效的掘进状态。该系统软件在引松供水工程TBM施工中应用效果良好,对提高TBM掘进效率和保障施工安全具有重大意义,可为TBM隧道的科学化、智能化施工提供指导。     

瘦西湖超大直径盾构隧道施工对周边环境影响分析

大直径曲线盾构隧道中,盾构掘进时盾构对其两侧和拱顶上方的土体作用不同,不同位置土体表现出不同的变形规律。为了保证曲线盾构隧道施工安全进行,并针对变形的差异性提出相应的解决方案,采用现场监测和FLAC 3D数值模拟相结合的方法,对超大直径曲线盾构隧道施工中周边土体变形进行分析,监测项目包括地表沉降、分层沉降、土体深层水平位移。研究结果表明:1)随着隧道掘进,地表沉降呈现反"S"形变形趋势,与3个变形阶段对应,即盾构切口到达时缓慢隆沉,盾构通过时沉降较快,盾尾脱出时沉降趋于稳定;2)横向沉降槽曲线中,掘进时隧道掘进方向曲线内侧沉降量比外侧对称位置沉降更大;3)土体水平位移在隧道掘进方向曲线内侧变形量小于外侧变形量。     

天津地铁盾构施工对地表沉降影响的风险评估及精细化控制研究

目前我国城市地铁建设中对地表变形的要求愈加严格,仅依靠工程经验已很难实现。结合天津地铁天津站-建国道站盾构区间试验段的现场监测结果,对掘进过程中盾壳摩擦力、刀盘扭矩、掌子面压力和注浆压力等盾构掘进参数对地表沉降影响进行参数化模拟分析,并针对盾构掘进参数的波动造成的地表沉降计算结果进行风险损失等级的可拓法风险评估,基于风险损失评估结果以及盾构掘进参数实测结果进行统计分析得到风险失效概率,从而计算出各致险因子的风险值并提出相应的精细化控制措施。结果表明： 1）该隧道试验段致险因子按风险值从大到小依次为盾壳摩擦力、注浆压力、掌子面压力、刀盘扭矩; 2）在该区间后续下穿高速铁路的盾构掘进过程中,针对风险值较大的盾壳摩擦力、注浆压力波动制定精细化的风险控制措施,最终使地表沉降稳定在5.1 mm,满足了铁路运营的要求。     

电涡流传感器在盾构滚刀磨损监测系统中的应用研究

为了在盾构掘进过程中实时监测滚刀的磨损和工作情况,建立一套基于电涡流传感器的滚刀磨损实时监测系统,将滚刀刀圈与传感器之间的距离变化转换为电压信号,经计算处理后得到滚刀刀圈的磨损量。重点探讨电涡流传感器的检测机制,并设计制作结构紧凑、测量精度较高的非接触式电涡流传感器。结合某工程现场试验结果进行温度补偿,实现了滚刀磨损的实时监测,试验结果表明了电涡流传感器在该系统中的有效性。     

软弱地层中泥水盾构通过建筑物群桩施工技术

广佛线地铁施工中,采用泥水盾构机施工,在盾构机掘进线路上有4栋房屋的168根桩基础侵入了隧道中,需要盾构机在建筑物下方的软弱地层中进行过群桩施工,施工时不需要切断房屋与原桩基础的联系,过桩时主要通过对盾构机掘进参数控制来实现,地面辅助进行实时监测,如房屋发生沉降超过警戒值立即启动双液注浆对房屋基础进行加固,这种施工方法可操作性强、适用性广、技术先进,保证了施工安全和施工质量.     

大直径泥水盾构常压刀盘温度在线监测系统设计与应用———以杭州望江路过江隧道工程为例

在盾构施工过程中,刀盘温度的异常升高会导致刀盘磨损加剧,甚至造成刀盘变形,严重影响盾构施工及安全。为了实时监 测盾构刀盘温度,避免刀盘温度过高所带来的危害,以杭州市望江路过江隧道工程为依托,建立一套大直径泥水盾构常压刀盘温度 在线监测系统,结合无线传输技术,利用安装在刀盘背面的传感器收集刀盘温度数据,并对数据进行整理和分析。结果表明: 1)该 系统能避免信号屏蔽和泥水盾构掘进的干扰,长时间稳定监测刀盘温度; 2)盾构单环掘进时,刀盘温度呈周期性变化,与盾构工作 流程相匹配; 3)盾构连续掘进时,掘进产生的热量会在刀盘上稳定积累,使得刀盘温度曲线的峰值持续升高; 4)在刀盘温度异常升 高时,通过向刀盘注入分散剂,并观察刀盘温度变化,可以对刀盘形成泥饼和前方地质突变2 种情况进行区分。本文设计的刀盘温 度在线监测系统可以用于分析刀盘情况、判断地质变化和调节掘进参数。     

基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究

针对盾构掘进过程中姿态主要依赖操作人员施工经验手工调整、掘进轨迹精度主要依赖人员熟练性的情况,提出基于双闭环反馈自动控制盾构掘进轨迹的方法,通过主反馈实现掘进斜度的实时更新,局部反馈实现液压缸的速度控制。分析表明,局部反馈精度决定了预调偏差大小,在掘进轨迹控制中至为关键,因此以球铰支撑推进系统为例分析单环掘进前后液压缸的几何关系,推导左右推进液压缸速度关于掘进斜度、掘进速度的数学解析式,采用AMESim和MATLAB联合仿真工具搭建了推进速度控制的模糊PID模型,仿真分析非均载荷下推进液压缸的速度控制,并以盾构模拟推进试验台为例进行推进速度控制试验。结果表明： 基于模糊PID控制策略的推进液压缸速度控制可实现较准确的盾构掘进轨迹,为盾构失准问题的进一步解决提供了理论基础和现实依据。     

地铁隧道掘进爆破振动效应研究

在目前的隧道掘进过程中,多采用的是爆破开挖法。以武汉地铁二号线工程为背景,采用现场爆破振动监测与数值模拟相结合的方法,对隧道掘进爆破过程中产生的地表振动效应进行研究。结果表明:数值计算所获得的地表振速峰值与现场监测结果吻合较好,其变化规律和特征与实测结果基本一致,证明采用数值模拟方法研究隧道掘进爆破产生的振动效应是可行的。成形隧道对地表振动速度存在不同程度的放大作用,在后续的施工中应该注意控制爆破振动速度,保护成形隧洞上方建筑物的安全。     

新街台格庙矿区斜井隧道双模式盾构关键掘进参数配置研究

为了解决盾构关键掘进参数的合理配置问题,实现盾构在不同地层条件下安全、快速、高效掘进,以新街矿区斜井隧道工程为依托,在研究斜井隧道工程地质条件的基础上,提出了双模盾构掘进参数配置的原则;分析计算双模式盾构在2种掘进模式下的最大切深、土舱压力以及盾构推力、刀盘扭矩等关键掘进参数,确定了在EPB模式和单护盾TBM模式下的最大切深分别为28r/min和19 r/min,并提出了在6个地质区间下双模盾构关键掘进参数的配置建议。     

水压爆破技术在新博高速九连山隧道施工中的应用

针对新博高速公路九连山隧道隧洞掘进施工,采用水压爆破技术设计了爆破方案,并予以实施。监测结果分析表明,相较于常规爆破,水压爆破,月平均进尺增加了40 m,每循环进尺综合成本降低25.6%,掌子面粉尘浓度降低46%,在提高隧道掘进进度、节省成本和保护环境等方面有明显成效。     

双线平行盾构掘进对邻近浅基础建筑物影响理论分析

为解决双线平行盾构隧道施工对邻近浅基础建筑物的变形及弯矩变化的影响问题,并对实际掘进工况给出施工建议,利用Sagaseta纵向地表变形计算公式,推导出双线平行盾构掘进影响区内浅基础建筑物地基、基础和结构协同作用的力学模型,分析得到浅基础框架建筑物变形以及弯矩变化规律。研究结果表明:盾构隧道掘进区内,浅基础框架建筑物的弯矩大小随着开挖面的靠近逐渐增大,开挖面到达建筑物正下方附近时达到最大值,之后又逐渐减小;建筑物倾斜率越大,梁端弯矩和底层柱对基础的约束弯矩也越大;双线平行盾构先后掘进相比同时掘进引起的建筑物倾斜更小、沉降变化更加缓和,框架结构及基础梁的弯矩更小,且随着先后掘进开挖面距离的增大,弯矩变化曲线逐渐由V型转变成W型;建议双线平行盾构施工时尽量避免同时掘进,并进一步加强对建筑物首尾沉降差及倾斜率的监测。     

黄岛LPG地下储库爆破震动监测与分析

为了研究爆破掘进对地下储库工程稳定性的影响,分析工程爆破震动的衰减规律,采用理论分析及现场监测的方法对爆破施工地表振动特性及变化规律进行研究。结果表明:1)萨道夫斯基公式对掌子面掘进前方地表振速监测数据进行拟合,相关性较好,而掘进后方相关性较差;2)爆破时存在角度效应,即针对掌子面掘进后方地表振速监测数据进行拟合时,若爆源距与掌子面在水平面投影夹角在0~33°时,监测数据相关性较强,大于33°时监测数据相关性较差;3)掌子面掘进后方相对于掘进前方对地表振速具有放大效应,且在掌子面后方,爆源距在水平面投影越是接近于垂直掌子面,这种放大效应就越明显。     

超大直径泥水盾构常压换刀装置载荷实时监测系统设计及应用

超大直径(直径≥14 m)泥水盾构刀具在软硬不均地层受交变载荷作用,掘进参数选取难,刀具更换频繁,常压换刀装置刀座螺栓易发生过载失效、松动等问题,严重影响隧道施工安全。为实现对换刀装置载荷实时监测、感知载荷数据来指导施工,以汕头苏埃通道工程为依托,提出一套基于光纤光栅技术的载荷实时监测系统。该监测系统利用智能螺栓在泥水环境中对螺栓载荷进行测量,通过无线通信技术传输信号,最后基于数据采集软件对载荷数据进行存储、分析。结果表明:1)该系统能够在恶劣的泥水环境下克服复杂电磁环境,稳定可靠地对载荷进行监测; 2)盾构在软硬不均地层掘进时,螺栓轴力载荷呈周期性变化且因安装位置不同差异性较大,利用软硬不均地层螺栓轴力载荷差异可估算岩石侵入高度并指导刀具配置; 3)通过对螺栓轴力监测能够发现螺栓松动、预紧力衰减现象,有助于及时抽检刀具、加强螺栓防松措施,对降低施工风险很有必要。该系统可用于载荷实时监测、螺栓松动识别、岩石侵入高度估算等,对盾构施工具有一定指导作用。