卵漂石地层盾构机刀具磨损研究

北京地铁9号线06标段军事博物馆站～东钓鱼台站区间工程,盾构穿越的地层为含大粒径漂石的砾岩层和富水卵漂石⑦层。此种地层在国内外均无类似工程实例,掘进施工过程中盾构机刀具磨损非常严重,通过分析和总结盾构实际掘进参数及刀具磨损规律,对盾构机的刀具配置进行有效改进,确保盾构的掘进施工顺利进行,延长盾构刀具的使用寿命。     

富水砂卵石地层盾构换刀方案

成都地铁1号线盾构隧道工程主要穿越地层为砂卵石地层,砂卵石对盾构机的刀具磨损较为严重,为保证盾构掘进的正常进行,需要频繁更换刀具。通过对成都地铁1号线施工中的几种盾构换刀方案进行比较,提出了富水砂卵石地质情况施工中合理换刀方案。     

基于离散元数值模拟的砂卵石地层盾构掘进刀盘磨损特性研究

砂卵石地层由大量颗粒组成,其本质是离散的、非连续的,属于典型的不稳定地层,颗粒之间孔隙大,无黏聚力,单轴抗压强度普遍较高,刀盘旋转切削时,刀盘与颗粒摩擦非常剧烈,刀盘磨损严重。为研究砂卵石地层盾构掘进刀盘磨损特性,依托兰州市轨道交通1号线,采用颗粒流离散元软件EDEM,研究不同刀盘形式和覆土厚度下盾构机刀具磨损特性。结果表明,刀具磨损不均匀,主要体现在刀盘外围刀具磨损严重,中心处刀具磨损较小。相同掘进参数条件下,辐条式刀盘磨损较小,为面板式的0.7~0.8倍;覆土1.5D(D为盾构机外径)时刀具磨损量约为覆土1 D时的1.15倍。     

全断面砂层土压平衡盾构施工关键技术研究

土压平衡盾构在全断面砂层施工时,通常会出现刀盘和刀具磨损严重、推力和扭矩较大、掘进困难以及沉降过大等问题。针对全断面砂层土压平衡盾构施工,对渣土改良、刀盘和刀具以及泡沫系统改造等关键技术进行研究和工程实践,并对实施效果进行评价。实践证明,膨润土泥浆和泡沫对砂层渣土改良效果及地表沉降控制效果显著;配合泡沫系统改造,盾构掘进过程中推力和扭矩减小,掘进速度提高;刀盘和刀具改造后,磨损程度明显降低。     

北京地铁9号线3标盾构机刀具的破坏形式及刀具的改造

依据北京地铁9号线3标段大漂石地层中的盾构施工,分析了土压平衡盾构辐条式刀盘在大漂石层中的一些破坏形式及磨损规律,并有针对性的对刀具的排布和刀具的保护做了一些改造措施,使得改造后的刀盘主体刀具破损较小,大大提高了刀具的使用寿命,顺利完成盾构掘进施工。     

基于正交试验的盾构刀具磨损分析

刀具磨损检测是盾构在复合地层施工中的一个重要研究课题。针对在盾构掘进时刀盘外圈刀具的磨损检测问题,采用正交试验法对掘进参数分析刀具磨损的方法进行了改进,建立了刀具磨损量计算的新模型。分析了掘进过程中总推力、刀盘转速、泡沫注入量对刀具磨损量的影响度,并对计算模型进行了显著性检验。最后,利用盾构施工实测数据对该计算模型进行了验证。研究结果表明,该模型计算的刀具磨损的检测结果与实际换刀是吻合的,并且可以对掘进参数的设置进行指导,以提高掘进效率。     

厦门越海隧道盾构施工若干技术难题及对策

针对厦门2号线越海段盾构施工过程中出现掘进参数异常、刀具磨损严重及异常失效、堵管等工程难题,通过地质补勘,发现局部存在极硬而多裂隙的破碎带复杂地层。基于此,对越海隧道盾构施工技术进行探讨研究,创造性地提出了海上注浆加固技术,并对刀盘上的滚刀结构进行重新设计。后续施工过程刀盘推力恢复至21 000~22 000 kN之间,掘进速度维持在2~4 mm/min,达到正常掘进水平,同时降低了刀具的异常磨损和消耗。有效解决了盾构海底穿越破碎带复杂地层的难题,使得盾构顺利掘进,可为后续类似盾构越海施工提供指导。     

高磨蚀复合地层盾构刀盘受力分析与计算

盾构在复合地层中施工,经常会遇到盾构姿态难以控制、刀盘刀具异常或过量磨损、刀盘变形与开裂等问题,目前是盾构施工一大难题。针对芜湖过江隧道其中一段软硬复合地层的工程地质特点,将其在盾构掘进断面内的地层简化为上软下硬的二元地层结构,对刀盘受力公式进行推导并建立刀盘受力计算模型,基于LabVIEW编制盾构刀盘受力计算程序。该程序可以计算盾构机在复合地层掘进过程中的刀盘有效推力、有效扭矩、倾覆力矩和不平衡力及它们的变化情况。最后实例计算,得出刀盘受力和力矩随软岩比、刀盘转角和贯入度的变化规律,解释了盾构在复合地层施工难题的原因,为其提供依据。     

基于离散元法的不同掘进条件下盾构刀盘受力分析

参数的设置对于盾构掘进施工具有重要意义,一般需根据土层情况和盾构机性能综合考虑施工过程中的掘进速度和刀盘转速。本文以武汉地铁12号线科普公园至丹水池区间越江隧道泥水平衡盾构施工为依托,采用离散元数值模拟方法,在PFC3D软件中参照实际参数构建土层和盾构机模型,模拟盾构机掘进过程,研究不同土层参数、掘进速度和刀盘转速条件对刀盘受力的影响规律。结果表明,土层参数对刀盘受力和挖掘效率影响较大,刀盘受力与掘进速度呈正相关,而与刀盘转速呈负相关,进而与贯入度呈现负相关,这一规律主要与刀盘对土体的挤压和切削效应有关;在施工过程中调整掘进参数时应保证掘进速度和刀盘转速的平衡。     

南宁地铁复合地层盾构施工关键技术

以南宁市轨道交通3号线平乐停车场出入场线盾构区间右线施工为背景,结合工程实际水文地质情况,总结了全断面灰岩地层、上软下硬地层、全断面黏土地层及复合地层条件下小半径曲线段盾构掘进施工关键技术,解决了刀具磨损严重、盾构机抬头、地层沉降、管片错台和破损、掘进效率低下等问题,可为类似地层的盾构施工提供参考。     

盾构长距离穿越上软下硬富水石灰岩地层施工技术

长距离穿越上软下硬富水石灰岩地层一直是盾构施工的难题,掘进过程中刀具磨损严重、突遇溶洞、螺旋机喷涌、频繁带压开仓换刀,严重影响掘进速度并存在极大的安全隐患。徐州市地铁2号线百果园站-拖龙山站盾构区间有420m连续长距离穿越上软下硬富水石灰岩地层,对施工进度、组织效率、工程安全均提出了较高要求。基于此,本文对盾构机刀盘刀具进行设计优化、螺旋机出土口防喷涌改造、优化掘进参数有效地控制刀具磨损,最后顺利完成本区间的施工任务并取得良好效果。     

盾构区间全断面硬岩处理方法研究

盾构机开挖范围为全断面硬岩地层时,施工效率低、机身震动大、刀具磨损快一直是盾构施工中的难题。以厦门市轨道交通3号线浦边站~后村站盾构区间工程为背景,通过对左右线相似全断面硬岩段采用爆破预处理及不进行爆破处理两种不同处理方法时,盾构掘进过程中的掘进参数、刀具磨损情况、成型管片及隧道渗漏水情况进行分析对比,总结了盾构区间全断面硬岩处理方法。为今后类似工程提供了相关技术指导和实践经验,具有重要借鉴意义。     

关于复合地层中盾构机刀具磨损的优化研究

以某地铁区间为工程背景,结合复合地层的地层条件和地层分布情况,确定硬质地层对开挖面物理特性的影响。根据适应不同单一地层的刀盘合理转速,提出适用于复合地层的刀盘设计转速的确定方法。通过监测盾构机掘进过程中的刀盘扭矩变化,实现刀盘转速提前调整。新提出的优化方法有效减小盾构刀具在复合地层的过快磨损,显著延长刀具的使用期限,有效提高盾构机在复合地层中的施工效率。     

江底盾构隧道地层加固及洞室施工技术

采用盾构法在某江底隧道施工过程中,左线盾构机由于受江底上软下硬地层和刀盘严重磨损等影响,掘进速度异常缓慢,要对刀盘进行修复。为达到敞开式开仓修复刀盘条件,决定从右线对左线盾构机前方地层进行提前加固;同时在合理的位置,从右线开挖通道进入左线,提前进行刀盘修复洞室的开挖。从施工平面布置和主要施工工序、施工前的准备工作、盾构机前方地层加固等8个方面介绍了江底地层加固和刀盘修复洞室施工方法以及施工中应注意的问题。     

盾构长距离穿越孤石群掘进技术

盾构掘进过程中遇到强度高、直径较大的孤石时,因其与周围地层地质差异大,造成盾构掘进困难,刀盘刀具磨损大,易引发地面塌陷等安全事故。广州地铁14号线支线知识城线盾构区间施工中,采取多种技术措施直接通过多个孤石群,降低了刀盘、刀具磨损量,区间掘进1 200 m不换刀,安全、顺利、高质量地完成了盾构区间施工,为类似工程施工提供了参考依据。     

卵石层中长距离大直径盾构换刀地面加固研究

研究目的:卵石层中长距离大直径盾构掘进是盾构施工的世界性难题。某工程采用一台12 m的大直径盾构独头掘进5.2 km,卵石地层中盾构掘进,刀具(盘)磨损严重,须有计划地设置盾构停机点和对盾构刀盘进行全面检修并更换刀具,为确保施工安全,需对配套的地面加固措施进行研究。研究结论:无论是带压进仓作业,还是常压进仓作业,为确保施工安全,都需采取辅助的地面加固措施,以提高盾构机周围地层的稳定性和密实性;带压进仓换刀,可采用后退式分段注浆地面加固措施;常压进仓换刀,可采用钻孔桩+桩间注浆地面加固措施。     

地铁盾构刀盘改造及掘进性能对比研究

为更好地适应富水中砂地层的盾构施工,对土压平衡式盾构机原有刀盘结构、刀具布置等进行了改造。刀盘开口率由28%增加到40%;在刀盘中间增加了鱼尾刀;增加了两根长度为50 cm、直径为15 cm的主动搅拌棒;对富水中砂渣土进行了改良。对比改造前后的刀盘掘进性能发现改造后的刀盘掘进性能得到明显提升,具体表现在:盾构机掘进速度提升了4倍,刀盘平均扭矩降低了20%,土压波动范围变小,渣土温度降低了40℃,地面沉降亦得到了明显改善。     

盾构机土中接收后开挖盾构井技术

广州市轨道交通2号线延长线盾构1标盾构吊出井由于征地拆迁原因,工期严重滞后,按照常规的到达吊出方法,盾构机将在吊出井前停置至少半年以上,没法保证盾构按时吊出并转场掘进,这对施工工期和施工安全都极其不利。为了能使右线隧道按计划时间始发,参建各方通过讨论研究决定采取盾构机掘进先到达吊出井后开挖吊出的施工方案。     

砂卵石地层盾构长距离掘进先行刀优化配置研究

针对砂卵石地层盾构长距离掘进工程特点,提出先行刀多维度梯次布置的设计理念,"多维度"保证了长距离掘进中刀盘受力稳定,不同刀高的先行刀梯次布置使其合金块之间搭接形成合金块磨损接力。同时优化先行刀合金块的耐磨及耐撞击性能,避免在长距离掘进中存在的刀具冲击疲劳失效。依托北京新机场线"磁1"区间盾构工程,通过方案比选得到最终刀盘设计方案,并对掘进过程中掘进刀具磨损数据与掘进参数进行深入分析。数据分析结果表明:多层先行刀布置的盾构砂卵石地层长距离掘进可分为高刀犁松和高低刀共同犁松两个阶段,高刀犁松阶段"梯次化"布置的高刀降低了低刀的磨损系数,高低刀共同犁松阶段在一定距离内继续维持掘进效率,有效延长掘进距离。     

广州地铁硬岩段土压平衡盾构掘进施工的对策

广州地铁3号线某盾构区间地质条件复杂,既有极为松软的淤泥质土、砂层,又有坚硬的微风化混合岩、辉绿岩等.分析盾构机在硬岩段掘进中刀具磨损的原因,并主要通过对盾构掘进参数设定、姿态控制、泡沫使用等方面的研究,提出在广州地区硬岩段土压平衡盾构掘进的施工措施.