盾构机刀盘变形的修复技术

主要通过介绍三菱1639#盾构机刀盘变形修复实例,探讨在具备修复空间及技术经济比较合理的情况下,进行刀盘修复时的整体变形控制、外圈环板更换、辅筋板更换及矫正、主筋板矫正以及刀箱矫正定位等技术,总结出大面积变形刀盘的修复关键在于控制已变形区域的扩大,为盾构机刀盘修复积累了经验,提供了实例借鉴和解决思路。     

盾构刀盘变形修复技术及理念

珠三角城际隧道施工中盾构刀盘出现了较大变形,为实现仓内维修并恢复掘进,探讨在不具备全面、系统修复的安全空间和作业条件情况下进行刀盘应急修复的特殊技术,总结出仓内变形刀盘的修复要点即控制修复刀箱在刀盘径向和轴向的安装位置,以保证各滚刀间距及破岩轨迹与原设计相符,并使滚刀表面保持弧形过渡。为盾构刀盘仓内特殊条件下维修积累了经验,也是对修复表面要求“从平到不平”的理念做了尝试与探讨。     

不同几何结构的TBM刀盘静力学性能对比分析

刀盘是全断面岩石掘进机（TBM）的核心部件,其变形量是否满足要求、应力分布是否合理决定了掘进机能否安全可靠地工作。为对比分析不同几何结构TBM刀盘的静力学性能,基于应用在秦岭隧道的TB880E型平面刀盘,设计了具有相同开挖直径和滚刀数目的锥面刀盘和球面刀盘;通过建立3种刀盘的有限元计算模型,分析了相同工况下3种刀盘的变形和应力分布。分析结果表明： 相同工况和掘进参数条件下,平面刀盘的应力最小,而锥面和球面刀盘的盘面变形较小。这说明平面刀盘结构平滑,不易产生应力集中,刀盘强度较高;球面和锥面刀盘的刀盘面呈拱形结构外凸,可以有效提高刀盘结构的整体刚度。     

砂性土层施工盾构选型应注意的问题——以西安地铁3号线TJSG-4标为例

以西安地铁3号线TJSG-4标砂性土层条件下所选用的盾构施工案例为依托,通过总结在掘进施工过程中所出现的掘进困难问题和所采取的处理措施,分析指出产生掘进困难的各种原因。当砂性土层的标贯击数大于45击时,这就是影响盾构选型和刀盘刀具设计的主要因素,对刀盘刀具的耐磨性要求比一般砂性土层更高。     

马蹄形隧道掘进机刀盘设计探讨

概括性论述了多圆软土刀盘、矩形刀盘、马蹄形刀盘等异形刀盘的设计特点,重点分析了马蹄形隧道掘进机组合刀盘的关键技术:1)掌子面流场仿真分析;2)刀盘静力学仿真分析;3)盲区处理研究;4)刀具破岩机制分析。通过对以上关键技术的研究,为软土马蹄形掘进机组合刀盘的设计提供了优化方法,并创造性提出刮削破岩和挤压破岩相结合的马蹄形硬岩刀盘设计方法,对马蹄形隧道掘进机刀盘设计有一定的指导意义,也为异形隧道掘进机的刀盘设计提供了设计参考。     

某地铁工程盾构刀盘改造力学分析

为了适应富水中砂地层盾构掘进,需要对原有刀盘结构进行改造,并研究改造前后的刀盘力学特性。采用理论计算土压平衡和土压不平衡2种工况下的刀盘外载,并利用有限元法分析改造前后盾构刀盘的应力及变形情况。研究结果表明:1)土压不平衡工况下的最大等效应力和最大变形高于土压平衡工况。2)对于同一种工况,改造前后刀盘的最大等效应力变化不大,但最大变形量增加了10%左右;最大等效应力位于刀盘背板与牛腿的连接处,最大变形发生在刀盘左下侧及右上侧的边缘位置。改造后刀盘的强度和刚度均满足施工要求,实际掘进效果良好,掘进效率明显提升。     

复合地层条件下盾构机刀盘力学性能分析

在同一区间掘进时需同时满足切削软土地层、土岩复合地层及全断面岩石地层的复合式盾构机越来越被广泛应用,刀盘作为复合式盾构机中直接参与隧道开挖的关键部件,其力学性能关系到整个隧道工程项目的顺利进行。以某地铁隧道工程项目为例,对其穿越的地质剖面做了3种地质条件分类,采用ANSYS有限元分析软件对刀盘进行静力学分析,结果表明:除土岩复合地质条件外,刀盘的最大等效应力均出现在内周连接板与面板连接处,土岩复合地层最大应力在牛腿与法兰连接处;刀盘最大变形均出现在刀盘边缘处,因该位置距离刀盘牛腿较远,因此在刀盘的设计时需考虑这些部位的加强,确保其应力和变形值处于合理的范围内。     

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。     

基于非等间隔缺失数据的插值算法精度分析研究

准确预测变形的前提是已有监测数据须完整,但在实际工程测量作业中,由于受环境条件、数据传输、记录等诸多因素的影响,可能造成数据随机性缺失,导致变形预测结果产生偏倚。为了解决变形监测数据随机性缺失问题,采用线性插值、3次样条插值以及B样条插值3种不同的插值方法进行数据修复,并通过将插值结果与实测数据进行对比分析。结果表明,所选用的3种算法都能满足监测数据修复的精度要求,而B样条插值算法较另外2种算法的数据修复效果更佳。该研究结果对于在非人为因素影响情况下,为变形监测数据随机性、非等间隔缺失所造成的数据完整性问题提供了具备准确性和可靠性的解决方法,对处理分析变形监测数据具有重要意义。     

盾构掘进过程离散元仿真与交互作用分析

针对成都砂卵石地层的特殊性给盾构施工带来的刀盘卡停、中心结泥饼、刀盘过度磨损以及螺旋输送机断轴等问题,采用离散元理论及分析方法,通过模拟砂卵石地层盾构掘进过程,对盾构掘进过程中土体运动规律和受力特征进行研究。得出:1)盾构掘进过程中刀盘掌子面外围土体颗粒运动速度要高于刀盘中心土体颗粒;2)土舱中心和螺旋轴伸入土舱段左右两侧的土体运动速度较慢;3)刀盘掌子面土体及土舱内土体压缩力分布与刀盘旋转方向有关。利用EDEM与ANSYS耦合对刀盘及螺旋输送机进行有限元分析,得出:1)盾构掘进过程中刀盘的最大应力值为123.27MPa,位于云腿与法兰盘连接处,最大变形量为1.69mm,位于刀盘最外围的环形梁;2)螺旋输送机的最大应力值为59.01MPa,位于土舱后隔板和螺旋输送机筒体连接处,最大变形量为0.49mm,位于土舱和螺旋输送机筒体连接处附近的螺旋叶片外圈。     

某跨海大桥钢箱梁临时存放过程中破坏机理分析及加固措施研究

针对薄壁钢箱梁临时存放过程中产生的局部变形破坏,以某跨海大桥钢箱梁临时存放过程中产生的局部变形为背景,采用现场检测、有限元法与理论分析相结合的方式研究破坏产生的原因,并提出可靠的局部变形修复方案。结果表明:钢箱梁发生局部变形破坏的主要原因为支座位置设置不当,其引起的变形主要集中在支座范围内;提出采用梁端多点支撑、局部增强横隔板支撑,局部割除、更换变形部件的修复措施,实现了钢箱梁临时存放引起的局部变形破坏修复,修复效果较好。     

汽车碰撞中车身变形分析与修复

碰撞事故造成的车身损伤是车身变形的主要原因,车身修复在汽车检修中的地位越来越重要.文中通过数据分析,论述了汽车碰撞事故中车身变形的原因及汽车碰撞所造成的车身变形形式与规律,提出了快速修复和电子测量矫正2种车身变形修复方法.     

?12 m级泥水盾构刀盘的载荷转矩计算及力学性能分析

为研究某盾构隧道?12 m级大直径泥水盾构刀盘设计的合理性以及对高水压密实砂层施工的适应性,结合大直径泥水盾构的特点以及以密实砂层为主的地层条件,提出考虑土压力与刀具贯入阻力、忽略砂土间的黏聚力的刀具载荷计算修正模型,综合考虑刀盘结构及其背部泥水压力对刀盘载荷及转矩的影响,获得刀盘的输入载荷和转矩。利用ANSYS软件,建立大直径泥水盾构掘进的仿真分析模型,对泥水盾构正常掘进、偏载以及脱困3种工况进行有限元分析。结果表明:偏载工况下,刀盘的应力和变形最大,最大应力出现在刀盘下半部的主臂支撑筋板与法兰连接处,达到128.46 MPa;最大变形出现在刀盘边缘处,达到2.85 mm,刀盘性能满足设计要求。     

某型土压平衡式盾构刀盘的力学分析与结构优化

为给兰州地铁掘进所用某型土压平衡式盾构刀盘的优化设计提供参考依据,应用ANSYS Workbench软件对其刀盘结构在正常工况下的力学性能进行分析。根据所得出的等效应力、总变形量与疲劳寿命云图,判定该型盾构刀盘上静强度和疲劳强度最弱的部位位于牛腿靠近面板背面的外角点位置,而其刚度相对较弱的部位则位于2块未开出渣口的面板外边缘。通过对刀盘结构尺寸进行改进优化,使该刀盘强度最弱部位在正常工况下的静强度与名义疲劳寿命分别提升71%和265%,同时刀盘开口率由35%优化为37%后,刀盘面板外边缘处的变形量减小约25%。     

海底复杂地层超大直径盾构刀盘设计与优化

为解决海底复杂地层超大直径盾构刀盘设计中面临的刀间距布置、刀盘结构分析、刀盘功能优化等难题,基于某海湾隧道工程地质、水文特点,对盾构穿越海域段全断面软土层、孤石侵入的软土地层、基岩突起地层等工况开展分析。首先,开展室内不同刀间距破岩实验确定中心区域间距并提出刀盘刀具的总体布置方案;其次,采用数值计算对刀盘结构进行静力学和模态分析,结构的最大应力为190 MPa,最大变形为6.2 mm,前6阶频率为26.6~42.9 Hz,固有频率避开了工作频率;最后,考虑工程特点进行集中控制分布式冲刷系统、刀具运行状态监测及耐磨保护措施的刀盘功能优化。工程应用表明,刀盘结构强度、刚度满足要求,刀间距设计合理,刀盘优化措施提升了盾构在淤泥及海底软硬不均地层的适应性,可为类似海底复杂地层盾构选型及设计提供一定的参考。     

RFK数控曲轴内铣机床铣刀座的修复

公司从德国HELLER公司引进的RFK400数控曲轴内铣机床。是铣削三个系列发动机曲轴主轴颈开档及R面和连杆颈开档及R面的重要设备。该设备内安装的内铣刀盘属于贵重刀具，一是该刀盘价格昂贵，二是该刀盘的结构复杂、制造精度高。本文介绍了数控曲轴内铣机床的加工性能特点：分析了铣刀座损坏的原因，以及修复铣刀座所采取的方法和措施。     

国内盾构开舱技术现状与风险管控

盾构在长距离掘进后,由于隧道地质的复杂性和工程的特殊性,不可避免地发生刀具磨损和刀盘损坏等现象,此时必须停机进行开舱检修,因此对盾构开舱技术以及刀盘、刀具的修复技术进行研究和总结至关重要。针对盾构开舱以及刀盘、刀具修复难题,通过实践经验对国内盾构开舱技术现状、开舱的目的和风险进行总结; 并以南京扬子江隧道饱和带压换刀作业和地铁盾构开舱为例,分别从两大盾构类型（泥水盾构和土压盾构）对常压开舱和带压开舱技术以及盾构开舱的辅助措施进行分析,详细介绍常压开舱和带压开舱的适用范围、开舱条件、工作原理、作业流程以及开舱的关键技术等。最后,分别以某地铁盾构隧道和南京扬子江隧道的动火修复作业为例,对常压和高压状态下的刀盘动火修复技术进行详细介绍。经过实践总结与分析可知： 1）目前国内关于盾构开舱高压下作业的培训及认证体系还不完善,专业队伍比较缺乏,安全生产许可证和业绩评定体系尚不够健全,带压换刀作业手册和管理尚不规范成熟,盾构动火作业的安全形势依然很严峻; 2）盾构开舱风险较大,因此应严格加强盾构开舱的风险防范,并应根据具体施工情况尽量做到主动开舱,避免被动开舱; 3）目前虽然已成功地在某些工程完成了盾构开舱及刀盘、刀具修复作业,但盾构开舱技术的相关管理体系亟需构建,新技术的开发异常紧迫,因此加强技术交流、加快新技术的研发是一项长期的工作。     

TBM滚刀布置方案对比分析与评价

刀盘是全断面岩石掘进机（TBM）的核心部件,滚刀布置设计是刀盘结构设计的关键,直接决定着刀盘的综合掘进性能。基于硬岩TBM 的 2种滚刀设计方案,对比分析不同滚刀布置方式对TBM刀盘力学性能的影响。从刀盘整体受力平衡的角度,对比计算2种方案的滚刀群径向不平衡力和倾覆力矩;从刀盘局部变形和应力分布的角度,提出滚刀分布密度的评价指标,并与刀盘面变形有限元计算结果进行关联分析。研究结果表明： 1）滚刀分布密度可作为滚刀布置的设计评价指标; 2）溜渣板对刀盘的力学性能影响较大; 3）随机式滚刀布置方案优于米字型滚刀布置方案。     

白沙洲大桥钢桥面铺装层修复方案受力分析与材料设计

针对武汉白沙洲大桥钢箱梁桥面铺装的破坏情况,分析了铺装层病害的原因,采用新型防水粘结材料和界面粗糙化处理技术对铺装层破坏部位进行实施了抗滑移修复方案,应用有限元法分析了车轮荷载作用下的正交异性钢桥面铺装层剪应力的变化规律,同时对防水粘结层材料的粘结强度、抗剪强度和弯曲变形性能进行室内试验,并且成功实施了白沙洲大桥钢桥面修复工程试验段。研究结果可以为白沙洲大桥的全面改造提供参考。     

TBM主轴承密封系统洞内修复

TB880E型隧道掘进机(TBM)主轴承耐磨钢带被唇形密封磨穿,断裂后刺穿密封,造成密封系统失效,导致大量粉尘等颗粒杂质进入主轴承,需对主轴承密封系统进行修复,在洞内脱离刀盘、解体主轴承密封、更换主轴承唇形密封和耐磨钢带以及修复迷宫密封。实践证明,即使在空间有限的情况下,通过优化传统修复工艺,针对具体问题提出创新修复工艺是能够高效、快速地完成修复工作,可为类似故障提供参考。