镶齿滚刀破岩机理及效率的旋转破岩试验

随着隧道工程建设的不断增多,镶齿滚刀已被广泛应用于多种开挖机械,如隧道掘进机、反井钻机、采掘机等,不同破岩参数下镶齿滚刀的破岩机理及破岩效率研究,对提高机械掘进效率、降低施工成本有重要意义。应用北京工业大学自主研制的多功能机械破岩试验平台,选用直径304.8 mm（12英寸）的镶齿滚刀对尺寸为1 000 mm×1 000 mm×600 mm的北山花岗岩进行旋转切割破岩试验研究。通过对排齿及整刀进行不同贯入度的旋转切割试验,并应用荧光裂纹检测法对侵入坑下方裂纹进行检测,研究镶齿滚刀的破岩规律。结果表明：①镶齿滚刀为"递进式"破岩,破岩开始于相邻小齿间距的球齿之间,而后发展到相邻的大排间距的球齿之间;②第3排球齿破岩效率最高,且整刀在贯入度为1.5 mm时破岩效率最高;③应用荧光裂纹检测法分析滚刀下方岩体裂纹分布特征,发现每排球齿下的裂纹扩展方向及范围存在较大差异。裂纹分布特征分析结果与通过滚刀力、岩片分析得出的镶齿滚刀破岩效率的结论相一致。该研究可为机械开挖设备滚刀布置、刀型优化及施工运行参数优化提供试验参考和理论依据。     

炸药诸特性对破岩效果影响的研究

为研究在炸药诸特性中将哪种特性变化到什么程度对破岩效果带来怎样的影响，现仅将炸药特性中某些特性值作较大变化，对乳胶炸药的其它特性大体上作一定控制，在混凝土试块中进行破裂爆破试验。其结果，块度分布最随炸药发泡能及爆速的增加而破碎度相应增加，并变成碎片，为此，弄明了合适的影响度是发泡能须大于爆速才行，并还弄明了破碎面积也与发泡能及爆速有关，而与冲击波能无关。据二次回归分析结果，合适的影响度为发泡能是爆     

水射流辅助机械滚刀破岩试验研究

为解决极端软硬不均、极硬岩（硬度超过180 MPa）等复杂地质条件下,隧道掘进机破岩过程中刀具破岩效率低及“啃不动”的问题,采用滚刀岩机作用综合试验台,搭载高压水射流装置,采用不同的水射流参数及掘进参数对花岗岩试样开展破岩试验,研究不同条件下水射流辅助机械滚刀破岩对掘进参数及效率的影响。通过试验获得水射流破岩合理的靶距与压力,探明水射流与机械滚刀交叉轨迹复合破岩、同轨迹复合破岩相对于纯机械滚刀破岩刀盘推力、转矩及破岩效能的变化特性。     

基于线性切割试验碴片分析的滚刀破岩效率研究

为了研究碴片形状与TBM破岩效率之间的关系,应用机械破岩试验平台对北山花岗岩进行线性切割试验。通过对试验所形成的碴片进行粗糙度指数、扁平度以及长轴分析,发现不同滚刀间距及贯入度下所形成的碴片有很好的规律。TBM破岩效率越高,所形成的碴片大岩块的长轴更长,粗糙度指数更大,同时碴片也更加扁平。将粗糙度指数与比能进行回归分析,二者具有很好的线性关系。对于北山花岗岩,当刀间距与贯入度的比值为40左右时,TBM破岩效率最高。因此,碴片分析对评价TBM的破岩效率和优化施工具有重要意义。     

海底隧道基岩突起段地层典型滚刀破岩实验研究

为制定高强度花岗岩基岩突起地层的盾构掘进方案,在汕头海湾隧道现场取回花岗岩岩样,测试出CAI值及元素成分,进行滚刀破岩实验,对比分析相同工况下48.26 cm（19英寸）2种典型盘形滚刀（镶齿和一般平刃）的破岩效果,研究48.26 cm（19英寸）一般平刃在不同推力和刀间距下的掘进参数变化情况。实验结果表明： 1）工程现场的花岗岩岩样Si元素平均含量为37.35%,CAI值为3.56~3.91,为高磨蚀性岩石; 2）相同工况下,一般平刃滚刀具有更高的掘进效率; 3）单把滚刀总推力为300 kN时,掘进速度为4.1 mm/min。     

基于三维离散元的滚刀破岩机理研究

为研究滚刀破岩机理,借助CAD建模技术,高效精确地生成了盘形滚刀模型,采用三维颗粒流方法模拟盘形滚刀破岩过程,分析了盘形滚刀破岩机理。研究结果表明,随着刀盘贯入度的增加,裂纹数量呈跳跃式快速增加,且主要集中在滚刀刀刃两侧2 cm范围内,沿滚刀运动迹线发展。剪裂纹数量略大于拉裂纹,但总体相当,岩石表现出拉伸-剪切综合破坏模式。随着滚刀侵入岩体,法向推力、切向滚动力和侧向力均波动剧烈,但法向推力变化范围不随贯入度变化,切向滚动力和侧向力波动范围则随着贯入度的增加而增加。     

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。     

干冰粉热冲击破岩基坑围护结构振动安全研究

为了给干冰粉热冲击破岩现场设定施工参数设计提供参考,并对关键工程结构进行全面的安全评价,首次在居民区附近明挖隧道中进行了隧道开挖工程干冰粉热冲击破岩现场试验。在试验中通过压力传感器获得干冰粉致裂筒内部压力变化曲线,使用振动和噪音监测系统监测破岩过程中隧道结构的噪音和振动响应。通过希尔伯特黄变换对振动信号进行分解和特征提取,通过振动能量时域分布和频域分布特征获得振动安全评价参数。研究结果表明：(1)干冰气动破岩最大振动速度在砼冠梁8 m处衰减至50 mm·s^-1以下,满足安全质点振动速度要求,噪音在4 m处仅为83 dB,对周边居民生活影响很小;(2)干冰破岩诱发振动速度整体上呈衰减趋势,且符合乘幂函数衰减,可以划分为振动速度缓慢降低区(2.5～10 m)和稳定区(>10 m)两个区域;(3)干冰粉致裂管破裂压力在40～60 MPa,干冰粉热冲击破岩是冲击波和高能气体共同作用致裂岩石,可以分为3个阶段,其中高能气体的气楔作用在岩体损伤中占主导作用;(4)HHT与傅里叶变换分析相比更适用于处理振动信号,获得振动速度峰值和主频率后计算振动最大位移可以更好地对隧道结...     

17in与19in滚刀破岩效率及耐磨度的初步比较研究

目前硬岩掘进机最常用的盘形滚刀有17in及19in 2种规格的滚刀,经工程实例比较,19in规格的滚刀具有更好的破岩效率及耐磨度。在开挖面岩体性质、滚压速度、刀具结构材料基本相同的条件下,滚刀直径的增大为何导致破岩效果更好,从理论分析的角度,量化比较这2种规格的单刃滚刀的破岩效率及耐磨度,为掘进机用户在选型时提供参考。     

高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率室内模型试验

研究不同工况条件下高压水刀辅助TBM滚刀破岩效率,对于进一步优化该新兴技术,实现高强度高磨蚀性地层TBM高效安全掘进具有重要意义。为此,基于室内滚刀贯入模型试验,对不同低围压作用(围压p₀=0,1.25,2.5 MPa)以及不同高压水刀预切割竖向裂缝几何参数(切缝深度H=10,20 mm,预切缝-刀具轴线间距L=0,20,40 mm)条件下高磨蚀性硬岩试样滚刀贯入破碎过程及破岩效率影响规律展开研究。试验结果表明:低围压且无预切缝条件下,随着围压的增大,岩样峰值贯入荷载增大,贯入荷载-贯入度曲线跃进跌落次数增多,试样破坏特征从脆性破坏向延性破坏转化,无围压条件下高强度高磨蚀性地层TBM掘进难度高于常规强度地层和高强度磨蚀性地层;低围压且有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L=0时,岩样发生劈裂模式破坏,无围压条件下,L=0时,其峰值贯入荷载显著小于L≠0情况,有围压条件下,L=0时,岩样达到峰值贯入荷载所对应的贯入度显著大于L≠0情况;有预切缝条件下,预切缝-刀具轴线间距L≠0时,预切缝深度H越大,破岩效率越高,较大的高压水刀切割深度H能够降低高强度高磨蚀地层TBM掘进中滚刀的磨损率;有预切缝条件下,当预切缝深度H一定时,不同L值下的岩样峰值贯入荷载及对应的贯入度都随着围压增大而增大,而当L值较大时,一定程度上需提高掘进推力才能够实现高效破岩。     

一种旋挖钻机回转液压系统节能及控制方法研究

根据旋挖钻机上车回转部分的能耗、定位精度以及工作效率等三方面的要求,设计了回转液压系统和控制系统流程图,为旋挖钻机产品设计提供理论依据,对降低能耗具有一定的应用价值.     

基于耗散能理论的沥青路面温度疲劳开裂分析

该文通过沥青混合料温度循环作用下所产生的温度应力和应变的变化规律,运用耗散能理论分析沥青混合料的疲劳破坏过程,以便在路面维修改造设计中加以应用。     

考虑钻孔速率的公路隧道围岩类别超前分类研究

为了有效的进行公路隧道围岩稳定性超前分类,将台车钻孔速率引入到围岩稳定性评价指标体系中,通过增加动量因子和设置自适应调整学习率的方法建立了改进型BP神经网络的围岩分类模型。该模型考虑了钻孔速率这一实测性、超前性的数据,为模型注入了更为丰富的信息量,提高了围岩分类的可靠性,能较准确的预测出掌子面前未开挖段的围岩类别,弥补了施工地质超前预报中靠主观经验观察、分析的不足。通过实例分析,所得的分类结果与实际吻合,对施工的指导性强。     

旋挖钻机在基础工程中的运用

根据国内外旋挖钻机的性能、工作原理结合本单位在施工中的经验,简述了旋挖钻机在工程施工中的优缺点,发展的趋势以及在特殊地质状况下的施工工艺。     

黄土地层矩形抗滑桩旋挖钻快速成桩技术及应用

为了能够更加安全、快速、高效地完成矩形抗滑桩成桩,提高进度,降低成本,结合目前国内外抗滑桩传统施工方法,对抗滑桩施工方法、工艺进行优化和改进。矩形抗滑桩井口采用钢护筒护口、导向,井内采用“小钻头周边取土+大钻头中部取土+矩形修边器修边+钢筋笼整体调装+导管法灌筑”方式实现快速成孔、成桩,并研发配套的机械化施工工装、工法及工艺。经对比分析,该施工方法较传统施工方法作业工效更高,成本更低,并降低了安全风险。     

旋挖钻机在地铁三号线4标钻孔桩施工中的应用

通过旋挖钻机在广州市轨道交通三号线北延段4标钻孔桩施工中的成功应用,充分证实了旋挖钻机性能的优越,但也经常出现一些问题。根据经验总结成孔中的注意事项以及施工中经常遇到的不良现象和预防措施,以便于在以后施工中有针对性地采取对策,更充分发挥旋挖钻机的优势。     

高模量沥青混合料的试验研究

从高模量沥青混合料的材料组成及配合比设计出发,通过与基质沥青混合料和几种改性沥青混合料路用性能的对比,利用试验方法分析了高模量沥青混合料材料的高温稳定性、低温抗裂性以及不同温度和加载频率下的动态模量。试验表明,采用高模量沥青混合料在保证沥青混合料路面低温性能不降低的前提下可以有效提高沥青混凝土路面的高温稳定性;同时,根据对动态模量试验数据的分析,得出提高沥青混合料弹性模量可以有效减缓高速公路沥青混凝土路面车辙产生的结论。     

旋挖钻全护筒护壁施工技术在流砂层中的应用

根据青岛市双元路拓宽项目桩基施工的具体实例,介绍了旋挖钻全护筒护壁施工技术。该工程采用直径1 000 mm、长度约14 m的钢护筒,在液压振动锤作用下,一次性将护筒打入含流砂的复杂地层,旋挖钻机取土成孔,成功解决了钻孔桩穿越流砂层的难题。