Ф14．87m盾构液压推进系统分析

针对在上海市上中路隧道工程施工的Ф14．87m超大直径泥水气平衡盾构,介绍了其液压推进系统的功能、泵组控制、分区设计、单个分区的液压控制方式。结果表明：盾构液压推进系统满足了盾构总推力及速度控制要求,提高了管片拼装效率;比例减压控制策略满足了工程需要。     

盾构推进姿态控制策略研究

为提高盾构施工过程中姿态控制系统的控制精度和控制性能,提出一种盾构推进姿态控制策略。该策略将轨迹自动跟踪控制方法与模糊自适应PID闭环控制算法相结合,通过轨迹、位移、压力等多个闭环反馈实现对各个分区液压缸的速度控制,保证盾构推进轨迹按照设计的隧道轴线运行,并通过电液控制试验平台中的推进系统对提出的策略进行试验验证。结果表明,文章提出的控制策略能够使位移偏差维持在5 mm之内,可以很好地满足施工要求。     

φ14.87 m盾构液压推进系统分析

针对在上海市上中路隧道工程施工的φ14.87 m超大直径泥水气平衡盾构,介绍了其液压推进系统的功能、泵组控制、分区设计、单个分区的液压控制方式.结果表明:盾构液压推进系统满足了盾构总推力及速度控制要求,提高了管片拼装效率:比例减压控制策略满足了工程需要.     

盾构机液压推进系统稳定性研究

盾构机是隧道施工过程中常用的一种工程机械,在施工过程中盾构机液压推进系统工作的稳定性对施工有比较大的影响。通过建立盾构液压推进系统分析模型,对系统稳定性进行了分析。研究证明,通过提高液压缸无杆腔活塞面积、降低调速阀流量增益、降低液压阻尼比可以提升盾构机液压推进系统的稳定性。     

基于SolidWorks Simulation的重叠盾构隧道穿行式全自动液压支护台车设计研究

为解决传统盾构重叠隧道施工中临时支护方案普遍存在的拆装不便、结构笨重、效率低下等问题,通过与既有支护方案的技术经济指标进行比较、分析,设计一种在无卸载支护条件下具备下部不间断穿行施工车辆功能的全自动新型液压支护台车,并利用有限元分析软件SolidWorks Simulation进行强度校核。新型液压支护台车较多地引入了电气控制和液压控制技术,在一定程度上实现了盾构隧道支护的机械化,降低了作业人员劳动强度。同时,通过对支护台车结构优化设计,有效解决了传统盾构重叠隧道支护方案中施工工序间的作业干扰问题,并减轻了台车质量,降低了施工成本。通过深圳市轨道交通7号线华新站-黄木岗站区间等工程实践表明,新型液压支护台车在保证既有隧道的结构安全、提高支护效率方面效果明显。     

盾构姿态控制研究

盾构姿态控制的好坏与盾构隧道施工质量的优劣是密切相关的,为了研究盾构推进过程中盾构姿态控制的关键因素,并掌握其与盾构姿态调整的对应关系,为盾构推进过程中盾构姿态控制提供理论依据,通过对某工程施工过程中大量实测数据的整理,得出盾构掘进过程中姿态变化的规律;通过数学关系的推导,得到推力油缸行程差和盾构切口竖向偏差量之间的对应关系,并将工程项目中实测的推力油缸行程差与盾构切口竖向偏差量数据相对照。研究表明： 盾构推进过程中切口始终处于不断调整之中;推得油缸行程与偏差量的对应关系和实际情况非常吻合;通过推得的推力油缸行程与盾构姿态相互关系,以期为施工优化提供依据。     

客大盾构区间端头井加固技术比选

以广州轨道交通3号线客大盾构隧道为背景,通过对盾构隧道施工过程中几种不同类型的土压平衡盾构施工的进出洞加固施工方案的分析,比较其各自的优缺点,并结合其工程经济性进行判断,最终决定采用钻孔桩加固盾构端头作为盾构隧道的进出洞方案。     

一种适应2种分度管片的盾构推进油缸布置优化方案

针对当前国内最常用的6 m直径地铁管片,盾构在不同城市施工存在因管片分度不同需要改造推进系统的问题,设计一种同时满足22.5°和36°2种分度管片的盾构推进油缸布置方案。优化设计后的推进油缸布置形式提高了单台盾构在不同城市地铁隧道施工的适应性,减少了盾构改造投入和时间,对控制地铁施工直接设备投入具有实际意义。     

小曲率半径盾构隧道施工中辅助油缸千斤顶推力计算模型研究

在小曲率半径隧道盾构掘进施工时,千斤顶推力的作用会导致管片发生偏移和错台,从而引发安全事故的产生。为有效解决小曲率半径盾构隧道施工过程中由于千斤顶推力而对管片造成的不利影响,通过分析双模盾构机的掘进模式,建立了盾构隧道在掘进开挖过程中的辅推油缸千斤顶推力的计算模型,并将其应用于工程实践,对千斤顶推力进行计算分析,提出了减少或避免千斤顶推力对管片造成的不利影响的相关措施。研究结果表明：（1）双模盾构施工过程中,不同施工区间的辅推油缸千斤顶推力的取值有所不同,应根据工程实际情况确定该推力值。（2）单模盾构施工过程中,辅推油缸千斤顶推力随着贯入度的增大而增大,且增大速率呈逐渐减小的趋势。（3）提出依次从施工纠偏、管片拼装控制、掘进参数合理选取、盾构机姿态控制、盾构机推力控制、隧道纵向刚度的设置和管片质量等来控制和减小千斤顶推力对管片造成的不利影响,保证盾构施工的安全性,为类似工程的建设提供理论指导和参考。     

盾构近距离下穿既有地铁隧道沉降控制技术研究

以北京地铁某区间盾构下穿既有隧道工程为背景,运用FLAC3D软件对施工过程进行模拟,结合现场实时监测数据对沉降进行分析,并通过对盾构近距离下穿既有线路的整个施工过程进行调查、研究与分析,提出盾构下穿既有隧道沉降控制的有效技术措施。结果表明： 1）设置试验段,根据试验段监测反馈对施工方案进行调整,对穿越段施工有极大的参考意义; 2）适当增大推进土压,提升推进速度,可提高沉降控制效果; 3）设置聚氨脂隔离环和注入克泥效,在沉降控制中起到了十分积极的作用。     

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。     

复合地层土压平衡盾构掘进参数模拟分析研究

复合地层特别是软硬交互地层的盾构掘进参数模拟与预测理论及方法研究,目前还处于薄弱阶段。基于Terzaghi松动土压力模型与CSM(科罗拉多矿业学院)模型,对广州地铁3号线大石—汉溪区间不同风化程度混合岩地层的土压平衡盾构掘进表现分别进行模拟分析,结果基本符合实际的掘进表现,但在贯入度大于20 mm/r的硬岩掘进情况下推力及扭矩模拟值与实际值存在较大正负差异。针对这种正负差异情况,分析可能产生的原因。通过对软硬交互复合地层的盾构受力分析,模拟计算在软硬地层各占50%情况下的推力与扭矩值,结果表明,总推力和扭矩的模拟值均在实际值范围内,验证了采用的综合考虑软土和硬岩模拟分析结果的复合地层掘进参数模拟分析方法的有效性。     

无水砂层土压平衡盾构长距离掘进施工技术

在石家庄典型地质全断面无水砂层及无水粉质黏土与砂层组成的复合地层,土压平衡盾构掘进施工中易出现“盾构推力扭矩大、盾构出土不顺利、地表沉降量较大、刀盘螺旋输送机磨损严重、盾构掘进姿态控制不易控制”等施工难点。以石家庄市轨道交通1号线和平医院站-烈士陵园站区间施工为背景,通过盾构选型、掘进参数统计及分析,得出盾构在全断面砂层中掘进时必须向改良土体注入膨润土泥浆和泡沫,以达到改良和建摩的作用;盾构在粉质黏土和中粗砂组成的复合地层中掘进时,单独使用泡沫改良土体就能满足掘进要求,膨润土泥浆将不以改良渣土为第一目的,而以润滑为第一目的;在这种地层掘进时,不应只注重掘进是否顺利,还应保护盾构构件,因此在黏土地层和砂层的复合地层掘进时,加入水或膨润土泥浆是必要的。     

盾构地铁隧道近接施工及旁穿全装配高层壁板居民楼施工技术

介绍了北京地铁10号线麦子店—三元桥站—亮马河站区间(左右线净距离仅为1.7～3m,平行穿越长度为235m）及旁穿12层全装配壁板居民楼(与其基础水平净距离3.7～5m左右,垂直距离为11.7m)的施工总体思路和具体做法。其中首次提出了综合松散系数K的理论计算公式并给出了K的实测方法。在合理使用铰接装置和超挖刀、控制盾构推力、及时复拧管片螺栓等常规措施的基础上提出了盾构曲线段施工的两个新措施：一是考虑到盾构机的惯性,曲线段提前3～5m开始转弯,并提前3～5m结束转弯;二是考虑到曲线段盾构在管片脱出盾尾后产生扭转而非平移,对盾构进行预偏转。     

斜井隧道双模式盾构推进油缸布局优化研究

盾构推进油缸的布局合理性关系到隧道管片拼装质量,在斜井隧道施工中则更为突出。以煤矿斜井双模式盾构为例,通过分析不同掘进模式和工况下推进油缸布局优化条件以及根据单个管片受力均匀、管片环整体受力平衡及各分区推力均方差最小的优化原则,完成推进油缸的位置及分区优化。推进油缸布局优化后,各管片受力均匀,衬砌环整体受力平衡,各分区推力相近,有利于避免管片被压溃,研究结果对盾构推进系统的选型和设计有指导作用。     

高瓦斯盾构隧道施工控制关键技术分析

目前国内地铁工程采用盾构法在瓦斯地层中施工经验较少,且无相关规范参考。在论述高瓦斯隧道施工控制原理及工艺流程的基础上,从前期准备、瓦斯压力段分区及涌出量计算、关键系统设计等方面展开分析与论述。为了适应高瓦斯隧道工程施工需求,进行瓦斯监控系统、通风系统及盾构局部改造与设计;同时,从隧道内渣土运输、渣土改良、盾尾密封及盾构掘进参数控制等方面,对高瓦斯隧道掘进过程关键控制技术进行全面研究。工程实践证明,通过应用瓦斯监控系统及其施工控制关键技术,实现了对土压盾构掘进过程中隧道内瓦斯量的有效控制,达到了预期目标。     

盾构水平姿态的理论分析模型

为解决盾构施工水平姿态控制难题，针对隧道掘进姿态调整主要依赖于经验关系和人为控制，而相关的理论分析较为欠缺的现状，基于二维盾体结构提出一种力学与水平姿态理论分析模型。在综合考虑地层参数、油缸推进力、地层反力、现场施工措施的基础上，将盾构姿态引入盾构水平受力平衡分析中，建立关于盾构水平姿态的理论模型。理论分析结果表明： 1）盾构姿态控制与分区压力密切相关，同时受土体刚度和总推力的影响； 2）通过与现场实测数据的对比分析，验证了理论模型的适用性； 3）该理论模型参数简单，易于验算，可实现较准确的姿态预测，为盾构姿态控制问题提供了有效的理论支撑和现实依据。     

武汉长江隧道工程施工技术

武汉长江公路隧道是在建采用盾构法穿越长江的隧道中第一条贯通的隧道,通过对盾构重难点分析研究,明确了施工重点控制环节。通过盾构始发、不同地层掘进、盾构到达施工实践,总结出在特定地层和高水压条件下采用泥水盾构修建隧道的施工技术及特殊情况下的技术措施,为泥水盾构施工积累了宝贵的经验.     

高水压泥水平衡盾构掘进模型试验平台的研制与应用

为了实现可在2.0 MPa高水压环境下开展盾构试验研究的基础试验条件,结合拟建的琼州海峡隧道工程背景,充分调研了国内外盾构模型机研究成果,并根据试验研究的需求,研发了高水压多功能泥水平衡盾构模型试验平台。试验平台研制过程中攻克了在缩尺盾构模型机中实现泥水循环功能的问题,解决了高水压(2.0 MPa)下盾构机以及土箱整体强度和密封问题,实现了盾构姿态改变、变覆土高度等功能。按照一定的试验先期准备步序,在不同水压条件下,对泥水平衡盾构开挖过程中盾构姿态动态变化规律进行了模型试验研究。试验平台包括模型土箱、盾构模型机、液压泵站、电控柜、控制台、泥水循环系统等部分,可在200 m水头的高水压条件下进行泥水盾构施工的模型试验。研究结果表明:自主研发的泥水平衡掘进模型试验平台可在高水压条件下正常进行工作,并可进行与泥水盾构施工相关的模型试验;盾构姿态角改变量与盾构掘进距离的线性拟合结果表明,二者的拟合精度较高;随着试验水压的升高,在水平方向以及竖直方向上盾构姿态调整的难度逐渐增大;通过有土环境与无土环境的对比可知,高水压与地层反力的双重约束对盾构姿态控制提出了更高的要求。