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。     

急曲线隧道盾构超挖量及铰接角的理论算法

为提高盾构机开挖急曲线隧道的能力,应准确预估超挖刀的伸出长度与范围、铰接角等几何作业参数。目前上述参数仅基于盾构与隧道设计轴线的平面几何关系确定,无法适应三维复合曲线隧道的施工要求。基于空间向量分析理论,提出三维复合曲线隧道超挖刀长度与范围、铰接角的理论算法,并基于Fortran语言实现算法的求解。对实际隧道工程盾构的几何作业参数进行了模拟,通过模拟值与实测数据的对比,验证了理论算法的有效性。结果表明:铰接角的实测值与模拟值整体拟合较好,当盾构机在曲线段掘进时,铰接角的实测值略大于模拟值,是由于实际施工中以刀盘的中心点拟合隧道设计轴线为纠偏目标,与理论算法中以管片拼装中心点拟合隧道轴线的理想掘进状态存在差异;模拟的超挖刀范围窄于实测范围,而超挖刀伸出长度的模拟值比实测值略大,存在的微小差异来自于理论算法假定盾构机不挤压地层且周围地层不变形,而实际施工中地层存在一定的变形量。     

穿越起伏基岩地层的盾构机掘进姿态控制方法研究

为了研究盾构机掘进姿态的控制方法,以长沙地铁2号线望梅区间隧道为工程依托,通过对现场盾构机穿越起伏基岩地层时软硬岩高度比和围岩强度比与油缸推力比的统计分析,得出了盾构区间直线段和曲线段地层由软到硬和由硬到软的合理的油缸推力比。将盾构油缸推力比应用到工程实际中,得出相应的直线段和曲线段的水平、竖向偏差,且均满足轴线偏差不得超过50 mm的标准要求,从而得出盾构机穿越起伏基岩地层合理掘进姿态的控制方法。     

地铁盾构机掘进实时姿态定向测量的研究

简明介绍了地铁建设中盾构机姿态定位测量方法,并结合南京地铁一号线某盾构区间隧道工程实际,着重分析了在对盾构推进过程中如何用棱镜法精确地确定盾构机的掘进方向和盾构机姿态问题,得出一些有益的结论,可供地铁隧道工程施工参考。     

中国隧道盾构掘进机的发展和应用

介绍了盾构掘进机在中国广州公路隧道、上海轨道交通线隧道和南京长江盾构隧道等3大工程中的应用情况,总结了国内几十年来盾构机研究取得的技术进步.揭示了盾构机的绿色化、微型、超大型化和多样化的发展趋势.     

水底隧道上软下硬地层超大直径盾构掘进技术难点与对策探讨

为了解决水底软硬不均地层超大直径盾构施工技术问题,以某水底盾构隧道工程为依托,对超大直径盾构在水底上软下硬地层掘进中面临的技术难点、盾构机选型、施工方案选择、试验段掘进效果、方案可行性以及掘进管理控制等进行了分析和探讨。结果表明,采用有针对性设计功能的盾构机,在低刀盘转速、低掘进速度下,超大直径盾构直接掘进通过水底上软下硬地层的施工方案具有很高的可行性,并得到了成功实施。     

南水北调中线工程潮河段隧洞盾构选型设计研究

针对南水北调中线总干渠潮河段隧洞工程的水文地质和工程地质条件,结合隧道结构、管片形式和施工特点,从土压平衡盾构和泥水平衡盾构的掘进机理及对不同地层的适应性进行分析。根据2种盾构的工作状况、出渣设备、施工场地、经济性、环境影响等多方面特点,对土压平衡盾构和泥水平衡盾构进行综合比较,提出适用于潮河段隧洞工程施工用的盾构机型。     

土压平衡盾构穿越河道地下障碍物施工技术研究

南昌地铁1号线5标段盾构隧道穿越抚河,抚河下有破除桥梁残留的临时钢筋混凝土桩等障碍物。采用地质雷达确定了抚河段内未知地下障碍物的位置,同时对盾构机刀盘配制、螺旋输送机和掘进参数进行了分析。研究表明：为了保证盾构机安全穿越地下障碍物区,刀盘刀具需具备一定的破岩能力,同时需对刀盘转速和掘进速度进行控制;最后分析了穿越地下障碍物对盾构机的影响。这对今后地铁盾构隧道工程有一定的指导意义。     

浅埋复合地层小净距大盾构隧道始发掘进技术研究

盾构机始发是盾构掘进的初始步骤,其成功与否直接制约着之后整个工程的安全与效率,介绍浅埋复合地层小净距大盾构隧道始发掘进易于出现的工程事故及相应的原因,并结合广州轨道交通18号线陇枕出入场线盾构隧道的施工,总结分析盾构隧道主要施工工艺和关键技术,得到相应的浅埋复合地层小净距大盾构隧道始发掘进控制技术,为今后同类工程施工提...     

单线双洞盾构隧道掘进三维有限元分析

针对单线盾构隧道掘进的特点,考虑了材料和几何非线性的影响,基于大型有限元分析软件,建立了结构与围岩连成的三维弹塑性大变形计算分析模型,模拟了盾构机掘进的过程,得出盾构隧道掘进过程中周围土体的变形规律,地表沉降规律及既有右洞对左洞施工产生的影响。因此,本文的研究结果对单线盾构隧道的施工提供了科学依据和重要参考。     

盾构过上浮基岩、孤石预处理对策

以深圳地铁5号线宝翻盾构区间为例,介绍盾构机顺利通过孤石和基岩区的预处理对策。根据设计地质资料,从盾构施工前加密地质补勘入手,摸清对盾构机掘进存在风险的孤石、上浮基岩等详细参数,然后根据盾构的性能及以往类似地质的经验教训,在本区间依次采取调线调坡绕过、加固处理后通过、控制盾构机参数直接通过等方法,盾构掘进过程中没有发生一起非计划停机,有效保证了工期,在5号线全线施工中起到了示范作用。     

盾构法施工大漂石处理技术

为解决特殊地质条件下大漂石造成盾构掘进受阻或偏离设计路线的问题,对盾构法施工中大漂石破碎原理进行阐述,提出土压平衡盾构和泥水平衡盾构在大漂石处理上的针对性设计,结合富水砂卵石地层中盾构法隧道施工实践,总结出行之有效的大漂石处理措施和“破大放小”的成功处理经验,可为类似工程提供借鉴。     

隧道掘进机技术的发展和研究现状

通过对隧道掘进机的分类、隧道掘进机技术的研究现状以及隧道掘进机技术研究和发展趋势的调研和探讨,提出： 1）根据掘进岩土体强度的不同,隧道掘进机大致可以分为岩石隧道掘进机和盾构; 2）目前岩石隧道掘进机的研究热点问题主要包括滚刀破岩机制和施工预测模型的建立2个方面,而盾构主要研究内容集中在掌子面稳定、施工过程控制和地表沉降研究3个方面,虽然这些研究都取得了较大进展,并且部分已经有效地应用到实际工程建设中,但解决得不够透彻,还有待于进一步研究; 3）隧道掘进机技术的研究发展趋势将集中在掘进力学机制的完善、复杂地质条件下掘进机制与施工过程控制研究和复合掘进机技术的发展等方面,这些会给隧道掘进机技术的研究和发展带来挑战和契机。     

盾构推进液压系统控制模式的分析比较

盾构为隧道施工的重大技术装备,推进系统性能的好坏直接影响盾构姿态、施工开挖隧道线路的精准度以及掘进速度。盾构在软弱地层的施工过程中,某些盾构容易出现姿态控制困难及"栽头"现象,文章通过对不同厂家推进系统控制模式进行研究及原因分析,从理论上与实际监测进行比较得出结论。就目前国内外盾构产品而言,推进液压系统控制模式主要有2种,比例压力流量复合控制方案和比例减压阀控制方案,通过AMESim仿真、理论分析,并结合现场的实际监测数据比较了2种控制模式下执行机构动态响应特性,从而对盾构的可操作性及姿态控制特性进行分析比较,以期对推进液压系统的设计及盾构的选型、使用有一定的参考价值。     

新街台格庙矿区斜井隧道双模式盾构关键掘进参数配置研究

为了解决盾构关键掘进参数的合理配置问题,实现盾构在不同地层条件下安全、快速、高效掘进,以新街矿区斜井隧道工程为依托,在研究斜井隧道工程地质条件的基础上,提出了双模盾构掘进参数配置的原则;分析计算双模式盾构在2种掘进模式下的最大切深、土舱压力以及盾构推力、刀盘扭矩等关键掘进参数,确定了在EPB模式和单护盾TBM模式下的最大切深分别为28r/min和19 r/min,并提出了在6个地质区间下双模盾构关键掘进参数的配置建议。     

地铁盾构区间过硬岩段造价分析

盾构穿越普通软土地层的工程费用计算方法已趋成熟,但对于穿越硬岩段时却无统一明确的计价依据。通过对盾构过硬岩段采用盾构直接掘进,对岩层进行爆破+盾构掘进,矿山法开挖初期支护+盾构空推拼装管片,矿山法开挖初期支护并二次衬砌+盾构空推的4种施工方案分别进行技术探讨,并从工程造价角度对比分析,得出在几种可能的工程环境及条件下可采取的最优可行方案,以供参考。     

③1粉砂地层盾构施工技术

为了解决盾构在③1粉砂层掘进后地表沉降难以控制的难题,以宁波地铁1号线西门口站-鼓楼站区间盾构施工为背景,分别从地层力学性质和盾构施工情况进行分析,总结出地表沉降变化规律,得出盾构在③1地层掘进后的突变机制,制定了应对措施,有效地控制了地表沉降,并减小盾构施工风险,归纳了盾构在本地区粉砂层中的施工措施。     

盾构下坡掘进对推进阻力的影响研究

以神华新街6°煤矿斜井盾构工程为背景,针对盾构下坡掘进工况,通过建立盾构上作用的水土压力载荷与坡度的数学关系模型,推导出推进阻力与坡度的数学公式。结合工程实例,计算水平掘进与6°下坡掘进各推进阻力值,并利用MATLAB软件绘制下坡掘进时推进阻力随坡度变化的曲线。结果表明:1)6°下坡掘进的总推进阻力相对于水平掘进仅减小了约8%,坡度小于13°时,可通过水平掘进时的推进阻力减去重力沿掘进轴线上的分量来近似求得,且偏差小于10%;2)总推进阻力会随坡角的不断增大而减小;3)当坡度大于50.4°后,盾构有自动向下滑移的趋势,刀盘将自动压紧开挖面,导致刀具自动嵌入开挖面,增加了启动扭矩与换刀的难度。     

复合地层盾构施工中泡沫对刀盘扭矩的影响分析及参数优化

在盾构施工过程中通常添加泡沫进行土体改良,土体的改良效果会直接影响盾构的掘进性能,而且对维持开挖面的稳定、提高掘进效率、减小刀具磨损具有至关重要的作用。依托穗莞深城际轨道交通虎门商贸城站到长安厦边站盾构区间工程,利用正交试验的方法对复合地层盾构掘进过程中土体改良效果进行研究,建立复合地层盾构施工中刀盘扭矩与其他掘进参数的数学模型,并对泡沫对刀盘扭矩的影响进行分析与参数优化。结果表明： 当添加泡沫溶液量为0.01 m3、泡沫体积分数为7%时,刀盘扭矩达到最优值2 033.1 kN·m。     

扬州瘦西湖盾构隧道工程施工关键技术

扬州下穿瘦西湖盾构段采用直径为14.93 m的泥水盾构施工,成功穿越1 275 m硬塑膨胀性黏土地层,有效解决盾构刀盘结泥饼、泥水舱及管道易堆积堵塞、刀盘扭矩大、盾构推进速度慢、泥水分离困难等一系列施工难题,是我国迄今为止在膨胀土地区进行的最大直径的泥水盾构施工工程。从扬州瘦西湖隧道的工程重难点出发,结合现场具体情况,系统总结隧道盾构施工中的全断面黏土地层高效环流及出渣技术、膨胀土地层盾构适应性改造技术、硬塑黏性土地层的盾构施工技术与开挖面稳定性控制技术,0.42 MPa高压气环境下动火焊接技术、小半径曲线精准接收技术和双层大直径隧道内部结构快速施工技术等,对我国膨胀性黏土地区大直径泥水盾构技术的发展具有重要的参考意义。