盾构刀盘系统掘进性能评价方法研究

研究刀盘系统掘进性能评价方法有助于刀盘设计方案的优选,对于提高盾构掘进效率,降低施工成本和提高施工安全性具有重要意义。文章将仿真分析与模糊评价方法相结合,提出一种根据刀盘掘进性能优劣来确定最优刀盘设计方案的模糊综合评价方法。文章首先提出了刀盘的掘进性能指标,建立了刀盘系统掘进的离散元仿真模型和掘进性能指标的获取方法;其次以五个刀盘掘进性能指标为评价因素,根据专家评分法确定因素的重要程度,以仿真和分析数据确定评价因素的等级指标和评价矩阵,并采用广义模糊合成算法对刀盘掘进性能进行模糊综合评价;最后以北京地铁砂卵石地层盾构隧道施工为例,采用模糊综合评价法得出辐条式盾构刀盘掘进性能优于辐板式盾构刀盘的结论。     

某型复合盾构刀盘的有限元静动态特性分析与优化

盾构刀盘受力情况的研究可以为盾构施工选型、刀盘的优化设计提供依据。文章在对盾构刀盘进行受力分析的基础上,利用ANSYS有限元分析软件对东莞地区某型大直径盾构刀盘进行了静力学分析,得到了在复合地层工况下盾构刀盘的应力与变形情况;对刀盘进行模态分析,得到了刀盘的振动特性;对刀盘结构进行优化改进,改善了刀盘的受力情况。结果表明,该型盾构刀盘在复合地层施工过程中刀盘最大应力为251 MPa,低于屈服极限345MPa;刀盘前6阶固有频率范围为38.803~64.842 Hz,满足强度和刚度要求,有利于在施工过程中控制地面沉降和保证施工的安全,同时也为隧道工程盾构选型提供了依据。     

盾构刀盘系统的设计适应性研究与评价

盾构施工地质条件错综复杂,不同地层中的掘进效果差别巨大。针对某一特定工程定制的盾构及设计方案,不可能完美契合于其它工程,盾构刀盘系统的设计适应性及其评价问题亟待解决。文章分析了刀盘系统设计适应性的影响机理,以现有设计相对于目标设计在适应性上所拥有品质的隶属匹配度作为评价模型的初始数据,提出基于改进TOPSIS的分析模型与评价方法。以现有设计为例,对其应用于某城市的地铁施工进行可适应性分析与评价。结果表明:该盾构刀盘系统17项设计任务的适应性的影响力均为一般,9项指标适应性强弱依次为,工程施工适应性掘进参数适应性技术适应性开挖面稳定适应性环保适应性施工安全适应性经济适应性地质条件适应性耐用适应性。该模型与方法可有效评价盾构刀盘系统的设计适应性,从而为一个项目完成后的盾构设备再利用于其它工程的改造和维修决策提供依据,有效提高刀盘系统设计适应性及市场竞争力。     

盾构隧道施工刀盘状态实时监测系统研制

盾构隧道施工中,由于盾构刀盘后面为有压舱,刀盘工作处于"黑箱"状态.为了实时监测盾构掘进过程中刀盘滚刀及刀盘整体的工作状态,研发了一套盾构隧道施工刀盘状态实时监测系统.该系统由传感器、控制与数据传输及算法与显示三个子系统组成;传感器子系统集成了自制的滚刀磨损量与转速传感器、温度传感器、数据采集模块和电源;集成的传感器安...     

盾构机刀盘的地质适应性设计研究

为了提高盾构机的地质适应性,减少盾构施工过程中因地质因素造成的工程问题,盾构机刀盘必须根据地质条件进行地质适应性设计.文章基于多个盾构隧道施工实践,分析了国内外盾构隧道施工中出现的掘进困难、刀盘刀具快速磨损、结泥饼和开挖面失稳等工程问题,发现刀盘对岩土类型、岩土物理力学性质和水文地质条件不适应是产生这些工程问题的根本原因.基于岩土体与刀盘相互作用的机理和盾构施工经验,文章分别总结了刀盘结构、刀具选型布置和刀盘碴土改良装置在地质适应性方面的设计经验.     

盾构刀盘开口率对掘进参数影响的模型试验研究

文章通过模型试验,对盾构开挖过程中刀盘开口率对盾构各参数之间的影响进行了研究,试验监测了不同刀盘开口率条件下盾构土舱面板处压力的变化情况以及土压力的传递和分布状态,研究了盾构刀盘开口率引起的土舱内外压力变化规律,同时对开挖面和土舱面板之间的压差进行了讨论,基于试验研究内容,进一步利用粘性流体力学理论建立了相关公式,可以简要分析土舱内外压差的影响因素;讨论了刀盘开口率对刀盘挤土效应和刀盘扭矩的影响关系,提出了两种不同的挤土效应机制,试验结果显示仅靠刀盘推力引发的挤土效应约占全部挤土效应的70%,刀盘转动引发的挤土效应占30%左右,系统分析了刀盘开口率、刀盘扭矩以及挤土效应之间的内在关联。     

掘进机滚刀最优破岩刀间距的分析与计算

为进一步提高掘进机刀盘滚刀的破岩效率,在刀盘设计过程中确定合理的刀间距显得尤为重要。文章在利用岩石破碎角推导破岩刀间距范围的基础上,基于RFPA分析系统,进行了双刀、三刀作用下的不同刀间距破岩效果的分析,并推导出了最优破岩刀间距的计算公式;为验证刀间距计算公式的准确性,基于自主研制的滚刀岩机作用综合试验台,进行了三滚刀顺次滚压作用下的不同刀间距破岩效率的试验研究。试验结果验证了所推导的最优刀间距计算公式的科学性,进一步完善了刀盘刀具高效破岩理论。     

大直径泥水盾构刀盘刀具应用技术

长大隧道地质情况变化较大,盾构施工中刀盘刀具面临较多问题,尤其刀盘的磨损及刀具损坏是施工中经常遇到的一大难题,加强刀盘刀具技术管理成为大直径复杂地层泥水盾构施工管理的重要环节。文章以广深港客运专线狮子洋隧道盾构施工为例,从影响刀盘磨损及刀具损坏的原因分析至对刀盘的技术管理进行了分析研究,总结出了大直径复杂地层泥水盾构施工刀盘应用技术,对类似项目的盾构施工具有一定的借鉴和参考价值。     

超大直径盾构机刀盘安装工艺分析

超大直径盾构机在城市建设中的应用已越来越广泛。介绍了超大直径盾构机刀盘的不同焊接情况,以及现场刀盘安装过程。从装配工艺来说,整体焊接、井下吊装更为可靠,质量更有保证;在经济投入和现场面积允许的条件下,井下整体吊装一步到位安装效果佳,对于施工场地狭小的施工区域来说,井下分块安装定位焊接成型更为常用和合理。     

中国中铁盾构在成都地铁砂卵石地层中的施工应用

针对成都地铁富水砂卵石地层施工中存在的盾构扭矩偏小,刀具、刀盘、螺旋机磨耗严重,碴土改良效果不好,以及地表后期沉降明显等问题,文章介绍了中国中铁盾构的设计改进措施,其中盾构主驱动扭矩的合理设计、贯入度的精确选择,可有效防止刀盘卡壳或转速自动降低所造成的施工风险;盾构刀盘的合理设计和刀具布置,可减少碴土堆积和结泥饼现象,同时对碴土起着有效的搅拌作用。有效的碴土改良技术,降低了刀具的磨损,减少了换刀次数,延长了换刀里程。实践和研究结果表明,中国中铁盾构能适应富水砂卵石地层的施工,地表后期沉降满足规范要求。     

TBM两级螺旋式刀盘出渣机制数值模拟研究

针对现有全断面岩石隧道掘进机（TBM）两级刀盘出渣缺乏合理的结构方案和优化设计方法，采用颗粒离散元方法构建数值模型模拟TBM两级刀盘出渣过程，并进行出渣缩比试验验证数值模型的可靠性。通过数值模拟研究出渣口排布与尺寸、螺旋形式与螺距、一/二级刀盘直径比、刀盘转速等因素对出渣性能的影响规律。结果表明：螺旋式结构是TBM两级刀盘有效的出渣结构方案；各因素对两级刀盘综合出渣性能的影响程度由大到小依次为刀盘转速>一级刀盘背部出渣口长度>后螺旋螺距。对于掘进直径为8 m的两级螺旋式刀盘，建议其最优结构形式和参数为：面、背部出渣口同位且有前后螺旋，后螺旋螺距0.85 m，一级刀盘背部出渣口长0.9 m，一/二级刀盘直径比不大于0.55，刀盘转速不大于6 r/min。     

卵石含量高、粒径大的富水砂卵石地层中盾构机选型研究

根据成都地铁一号线盾构机所选机型在施工过程中的经验和教训,通过对盾构机的掘进机理深入分析,提出了在富水砂卵石地层盾构机刀盘的合理结构形式.要求刀盘结构强、材质好、面板少、开口率大、开口尺寸适当,用网格结构控制;中心安装超前撕裂刀;滚刀刃间距根据所配置的螺旋输送机的排除卵石尺寸确定;以及刀盘的正、侧面备有耐磨保护装置措施等.     

盾构刀盘洞内维修实例及评议

文章以深圳地铁四号线福民路站-会展中心站区间施工过程中一次刀盘维修为例,简单介绍了盾构刀盘洞内维修的思路和方法,对于解决类似问题有一定的借鉴意义.     

泥水平衡盾构穿越富水砂砾层施工技术研究

文章依托沈阳地铁十号线11标长青桥站—浑南大道工程,该工程区间全长1.6 km,采用?6240 mm泥水平衡盾构施工,穿越段以富水砂砾层为主,最大粒径110 mm,在施工过程中,通过优化调整刀盘的合理选型和泥浆参数,有效地减少了刀盘的磨损,全程未更换刀具。研究表明:通过分析盾构设计阶段刀盘的选型配置和隧道贯通后刀具的磨损情况,提出了一套有针对性的泥水盾构刀盘配置;通过分析施工掘进参数可知,提高泥浆粘度虽然可以增加泥浆支护效果,但易在盾构刀盘的正面形成泥饼,导致正面砾石无法顺利进入土舱内,进而造成扭矩及推力的异常;通过分析不同粘度、比重下盾构机扭矩及推力的变化,总结了富水砂砾层中泥浆参数的合理指标,对今后类似工程的施工具有借鉴意义。     

高黎贡山隧道TBM超前地质预报系统设计及应用

针对大埋深、复杂地质的高黎贡山隧道,为准确掌握TBM施工过程中掌子面前方的地质条件,文章结合TBM设备特性,设计了一套可搭载于TBM设备上的超前地质预报系统。该系统由三维激发极化仪和三维地震仪组成,通过在刀盘和护盾上内置伸缩电极,采用集成电刷的回转接头传输刀盘电极信号及旋转式激震锤等创新设计,解决了传统应用于钻爆法施工的地质预报系统在TBM工法中适应性差、预报周期长、影响施工效率及搭载困难的难题。应用效果表明,整套系统操作方便,信号采集快速、精确,预报结果准确可靠,达到了预期的设计目标。     

TBM掘进数据标准化预处理方法研究

TBM信息化采集了海量数据,对TBM数据的标准化预处理是进行诸多研究的前提.基于此,提出了一种TBM掘进数据标准化处理方法,依托TBM现场施工掘进大数据,以破岩特征为依据选取基本掘进参数(刀盘转速、推进速度、刀盘推力及刀盘扭矩)分析掘进过程TBM数据特点,提出循环掘进过程空推段、上升段、稳定段及下降段起点的判别方法,对...     

无水大粒径卵砾漂石地层盾构选型研究

文章依托北京地铁9号线工程实例,针对北京典型无水大粒径卵砾漂石地层盾构施工所面临的问题,提出了"以疏为主、以隔为辅"的盾构设备选型理念,开展了盾构机刀盘、刀具、加泥及泡沫系统、螺旋输送系统、同步注浆系统、刀盘驱动系统等关键设备的适应性研究和改造升级。实践证明,改造升级后的盾构设备适用于北京典型无水大粒径漂卵砾石地层,极大地提高了掘进速度,降低了建设成本。     

盾构机刀盘驱动系统动力计算分析

通过对广州地铁西草区间两台盾构机现场实测刀盘转速、刀盘扭矩数据,结合盾构配置的电机、液压泵、马达、减速箱的铭牌标定参数,计算分析得出制造商配置的减速箱并不能满足招投标时的产品承诺和现场实际需要。     

泥质粉砂岩地层泥水盾构防止刀盘结泥饼针对性改进

文章以南昌市轨道交通1号线泥水盾构工程为背景,针对泥质粉砂岩地质条件下盾构施工过程中出现的掘进参数异常(平均掘进速度为6~10 mm/min,刀盘最大扭矩达到3 200 kN·m)、刀盘结泥饼、碴土结泥团等不良现象,从刀盘开口率设计、刀具布置及刀高设置优化等方面进行了刀盘刀具配置针对性设计,以降低出现结泥饼现象的可能性;同时,在分析泥水盾构冲刷系统工作原理的基础上,结合地质特点,对原冲刷系统进行了改造与优化分析。工程应用结果表明,改进后盾构掘进速度能够达到20 mm/min,总扭矩能被控制在2 000 kN·m以内,满足了工程施工需求。     

盾构机的集中润滑

盾构机中的集中润滑是作用于盾构机的关键部位刀盘驱动大轴承、唇口密封等。刀盘驱动大轴承润滑不良，会带来大轴承的咬死，造成刀盘不能工作，影响盾构使用；唇口密封润滑不好和压力过低；会造成唇口密封摩擦阻力增大，磨损增加，缩短使用寿命，润滑油压力过低，会造成盾构机外部的泥沙进入唇口密封，损坏唇口密封，进一步进入刀盘轴承，引起轴承咬死，会使盾构无法掘进，所以盾构机中的集中润滑是一个非常重要的位置，同时，盾构机中的集中润滑是强制性的润滑。