盾尾钢丝刷受力性能模拟试验研究

为探讨某隧道工程盾尾渗漏事故原因,设计一套可模拟不同盾尾间隙工况条件下的盾尾刷加载模拟试验装置,并对该工程盾尾钢丝刷在不同的盾尾间隙下的工作状态(加载变形和破坏模式)进行试验研究。试验结果表明:1)在相同作用压力下,随着盾尾间隙的增大,盾尾钢丝刷抗变形能力逐步降低。2)在盾尾间隙较小时,盾尾刷前后钢板的协调变形能力较强,盾尾钢丝刷能承受较大荷载;当盾构间隙增大到一定程度时,仅较小的荷载即可造成盾尾钢丝刷钢板产生较大的变形,导致盾尾刷保护钢板产生塑性变形,甚至根部断裂,破坏后的盾尾刷钢丝外翻,从而导致盾尾密封失效。     

单向出渣单护盾TBM防滚转技术研究及探讨

为提高单护盾TBM在长距离硬岩地层中的适应性,针对单向出渣单护盾TBM在掘进过程中的盾体滚转问题,设计2种可防止和纠正盾体滚转的系统。通过分析单护盾TBM盾体滚转产生的原因和影响因素,提出2种单向出渣单护盾TBM纠滚技术——不依赖管片的盾体主动纠滚技术和推进油缸偏转纠滚技术,说明2种盾体纠滚技术间的联系,建立盾体姿态控制数学模型,阐述盾体滚转发生的临界条件和控制盾体姿态需满足的要求,并结合工程实例说明推进油缸偏转控制盾体姿态的可行性和有效性。     

盾尾密封全过程管理要点与实践

为解决盾尾密封损坏导致的工程安全和进度问题，通过跟踪、统计多项盾构隧道工程盾尾密封使用和更换情况，总结盾尾密封的失效形式，并分析盾尾密封失效的原因，主要表现在盾尾密封设计缺陷、盾尾刷制造与安装质量差、油脂填充质量不高、施工过程控制不严以及应急预案准备不充分等方面。提出基于全过程管理理念的盾尾密封管理方法，从盾尾密封设计、盾尾刷制造和安装、初装油脂、施工管理、应急管理5个阶段，对盾尾密封的全过程管理要点和对策进行系统研究。该方法在中俄东线天然气管道长江盾构穿越工程得到成功应用，保障了盾构施工中盾尾密封安全，为盾尾密封的科学管理提供了新的思路和举措。     

富水砂层盾尾密封修复技术

南昌轨道交通1号线秋水广场站-中山西路站区间隧道为首条穿越赣江的隧道,其始发与接收段均处于富水砂质地层中。在盾构始发过程中,出现盾尾漏浆。为解决盾构推出洞门端头加固体后盾尾漏浆问题,采取泥水舱及盾壳上注入优质膨润土泥浆封闭、盾尾注入水泥砂浆封堵周边水系等措施,根据管片长度与盾尾密封的位置,选择合理的推进长度进行管片拆除,用塞焊的方法对3道盾尾刷处的注浆管、注脂管与盾尾之间的间隙进行焊接封堵,顺利解决了盾尾漏浆问题,完成了盾尾密封的修复工作,可为类似工程的盾尾密封修复提供借鉴与参考。     

超大断面马蹄形盾构盾体系统研究设计及应用

为探索超大断面马蹄形盾构盾体载荷分布特性,解决超大马蹄形盾体设计关键技术问题,针对适用于单洞双线铁路隧道的超大马蹄形盾构护盾薄壳体轴向、周向载荷分布特性和传递规律展开研究,构建了盾体受载数学模型。基于上述载荷分析与功能需求详细探究了超大断面马蹄形盾构盾体的结构设计,明确了马蹄形盾体受力的薄弱环节,通过三维建模和有限元分析优化了盾体结构:壳体结构采用多半分体组合式结构,并通过法兰连接,满足了吊装和运输要求;壳体箱型环梁结构设计,在保证结构强度要求的同时节省了材料、减轻了质量;此外,进行了盾体的梭式结构、帽檐设计和超前注浆通道设计等针对性设计,有效提高了马蹄形盾构的适应能力。该马蹄形盾构的应用和盾体变形工业性监测试验表明,马蹄形盾构盾体结构满足整机平稳掘进、盾体微变形的要求,也印证了该数值模拟分析方法的正确性。     

盾尾密封油脂泵送性测试仪器、测试方法与评价标准研究

针对目前国内盾尾密封油脂的泵送性无精确定量测试设备、测试方法和评价标准的问题,对国内外盾尾密封油脂泵送性的测试仪器、测试方法和评价标准进行了梳理和对比。根据课题组对盾尾密封油脂的配方和性能的研究成果,结合我国盾构隧道施工中盾尾密封油脂的具体使用情况,参考ASTM D1092,研制了盾尾密封油脂泵送性的定量测试设备、给出了测试方法,并推荐了其评价标准。为我国制定盾尾密封油脂泵送性指标的行业标准提供了借鉴。     

软土地层盾尾注浆压力引起的地面隆起分析

目前已有盾尾注浆压力引起地面隆起的研究均假定盾尾注浆压力均匀分布,这与实际工程中盾尾注浆压力上小下大的形式不符。为更准确预测盾尾注浆压力引起的地面变形,在现有均匀注浆压力引起地面隆起分析的基础上,考虑软土地层盾构隧道施工中盾尾注浆压力上小下大的分布形式,将盾尾注浆对地层的压力效应视为半无限土体中柱形孔的扩张过程,利用镜像法和Mindlin解,推导出软土地层盾尾注浆压力引起的地面隆起计算公式,并通过工程实例,将本文解答、叶飞解答、林存刚经验公式解答、Vesic解答与数值解进行对比分析。结果表明:盾尾注浆压力引起的地面隆起横向曲线总体上呈高斯分布。在预测软土地层地面沉降时,忽视盾尾注浆压力引起的地面隆起是不合理的;用推导出的公式计算上小下大分布形式下盾尾注浆压力引起的地面沉降是可行的,Vesic公式和林存刚经验公式在应用时需要根据具体工程进行相应修正。     

富水粉砂地层盾构机尾刷更换技术

盾构在长距离隧道掘进过程中,盾尾刷因过度磨损会逐渐失去密封作用,导致盾尾位置漏浆漏水,而在不良地质地层更换盾尾刷存在着很大的风险。为了解决在不良地质条件下,尤其是在富水粉砂地层中更换盾尾刷的难题,采用注聚氨酯对盾壳周边止水、注聚氨酯、水泥-水玻璃双液浆对盾尾后方止水,并检查止水效果后逐块拆除管片后,再进行第1道尾刷更换施工的方法取得了在富水粉砂地层中更换盾尾刷时,充分利用盾构自身结构来确定管片位置情况等对盾壳、盾尾部位进行止水,就可保障管片拆除后盾尾安全的工程实践措施,解决了不需要在挖检修竖井的前提下,在富水粉砂地层中更换尾刷难以确保盾尾安全的问题,获得了在富水粉砂地层中安全快速更换盾尾刷的良好效果,供类似工程参考。     

软土地层土压平衡式盾构盾尾有限元分析及优化对策

盾构在施工时,盾尾往往要承受大量的水土压力和自重载荷,这些载荷作用在盾尾产生一定的形变量。当形变量超过设计要求时,会造成一定的工程事故。针对软土地层中盾构的工况进行分析,确定盾构掘进过程中盾尾所受载荷。建立三维有限元模型,然后进行计算分析。根据分析结果对盾尾结构进行改进:盾尾采用6点注浆法代替传统的4点注浆法,并对有限元软件进行分析计算,对比6点注浆法和4点注浆法盾尾的分析结果。结果表明,6点注浆法能很好地减少盾尾的形变量,提高了盾构施工质量。     

盾尾密封刷实验平台的设计与研究

为判断盾尾刷的质量,从盾尾刷的耐磨性和弹性2个关键性能参数入手,运用液压原理、PLC及运算放大控制原理,通过对动力参数和控制系统的详细研究,设计出一台套用于检测盾尾刷耐磨性和弹性的实验平台,用于优选盾尾刷,提高施工安全性。     

盾尾密封在防止漏浆中的作用

介绍了漏浆的危害与漏浆的原因以及盾尾密封形式、浆液配比、油脂性能对盾尾密封性的影响,提出了保证盾尾密封完好的各项措施.     

关于盾尾密封油脂抗水压密封性和泵送性测试的探讨

对国内外盾尾密封油脂的抗水压密封性和泵送性的测试设备、测试方法和评价标准进行梳理和对比。根据中铁五院对盾尾密封油脂的配方与性能的研究成果,结合我国盾构隧道施工中盾尾密封油脂的具体使用情况,推荐抗水压密封性和泵送性的测试设备、测试方法和评价标准,这对制定盾尾密封油脂性能指标的国家标准具有借鉴意义。     

小松盾构机ROBOTEC导向系统初始化技术研究

盾构施工导向系统使用时,初始化精度对于盾构顺利掘进和精确贯通至关重要。目前ROBOTEC导向系统初始化精度相对较低,尤其是盾构多次使用后,盾尾会发生较大变形,将大大降低初始化精度,有时甚至会得出错误的初始化数据。通过对盾壳的测量及在盾尾内部增加参考点的三维旋转法,有效地提高了导向系统初始化精度,并可在掘进中利用盾尾增设参考点随时方便地检查导向系统的正确性。     

类矩形盾尾受力性能数值模拟研究

类矩形隧道具有空间利用率高、双线一次成型等优点,但其受力性能不同于传统圆形隧道。盾尾是盾构壳体最薄弱的部分,有必要对类矩形盾尾的受力性能进行研究。本文以宁波轨道交通4号线工程为背景,建立类矩形盾尾的数值模型,分析、研究理想结构模型与考虑几何初始缺陷模型在多种工况下的受力性能,最后使用参数化方法,研究壳体厚度和覆土厚度对应力和变形分布的影响。结果表明： 盾尾设计具有足够的强度和刚度储备; 几何初始缺陷对盾尾变形的影响较大; 推进工况的摩擦力对应力和变形的影响很小,变向荷载主要增大了向外变形。     

盾构施工盾尾孔隙对地表沉降的影响分析

以杭州地铁1号线工程为背景,在对Loganathan公式中的间隙参数修正的基础上,采用解析法研究了盾构施工中盾尾孔隙大小不同引起的地表沉降规律;并采用有限差分数值分析软件FLAC2D模拟了盾尾孔隙位置不同而引起的地表沉降规律。结果表明,地表沉降的槽形特征明显,分布在隧道洞顶的盾尾孔隙对地表沉降的影响最大,控制隧道洞项的盾尾孔隙对有效地控制地面沉降十分重要。     

基于3D摄影测量盾尾质量检测技术

为保证盾构施工安全,防止盾尾在施工过程中漏浆,施工前须对盾尾圆度进行检测。通过对3D摄影测量检测系统测量设备、测量原理及方法进行阐述,并通过实例对盾尾各部分相对于标准设计图形的具体偏差进行分析。主要结论如下:1)采用3D摄影测量新技术,能快速、准确地检测出盾尾圆度;2)3D摄影测量技术方法在盾尾质量检测上的成功应用,为盾构等重大装备构件尺寸误差质量比对提供了一种新方法。     

中铁隧道集团自主创新形成完整的盾构产业链

<正>近日,中铁隧道集团公司自主研发的国内首台盾尾密封刷耐磨性测试平台投入使用,自此我国盾构盾尾密封刷有了国产专业性检测设备。实验检测和现场实际使用情况表明,国产盾尾密封刷性能达到国内领先水平,而造价只有国外同类产品的1/3。中铁隧道集团专用设备中心于2012年成功研制出国产盾尾密封刷,采用全自动钢丝压花机、钢丝切断机、液压剪板机、钻铣床、开式可倾压力机等专业化成套设备,实现标准化流水线作业,年产盾尾密封刷1万个以上,设计合理,造价低廉,性能优异,类型     

基于三维精细模拟的盾构施工引起地层位移动态变化规律研究

基于ANSYS通用有限元软件,利用应力释放理论对盾构法施工的全过程进行了动态的三维数值模拟,数值模型中构筑了盾构机壳体单元、管片结构单元、盾尾注浆单元等,考虑了盾构到达前的扰动、盾壳对地层的临时支护效应、盾尾注浆的固结效应等施工过程中的因素,探明了地层位移在盾构施工中的动态变化规律。     

耐高水压盾构用盾尾密封油脂及其性能表征

针对国内跨江越河等高水压(0.4~0.8 MPa)盾构施工所需盾尾密封油脂被进口产品垄断的难题，通过正交试验研究盾尾密封油脂各个配方组分之间的相互作用。结果表明: 1)增稠流变剂的引入，提供了层间距为5~10 nm的片层结构，为基础油和聚异丁烯提供了进入空间，实现了增稠分散，提高了耐高水压盾尾密封油脂的剪切流变性，保证了稠度与泵送性的平衡； 2) 不同尺度的天然可降解纤维与配方中其他组分形成复合纤维增强阻水结构，使得耐高水压盾尾密封油脂的水击穿压力达7 MPa，是进口产品的1.75倍。在实现盾尾密封油脂稠度和泵送性适中的同时，大大提高了盾尾密封油脂的抗水压密封性，为我国跨江越河等高水压复杂地层盾构用高端盾尾密封油脂的进一步研发与转化打下坚实的基础。     

高黎贡山平导隧道TBM护盾延伸技术

大瑞铁路高黎贡山平导隧道TBM在掘进过程中遭遇断层破碎带地层,发生3次较严重的卡机事故。为降低施工风险,加快施工进度,节约施工成本,采用调研、工程对比与专家论证的方法,分析刀盘被卡的原因,研究护盾延伸的必要性与可行性,制定护盾延伸方案,即将护盾与刀盘的间距由原来的360 mm缩减为50 mm。实践表明： 护盾延伸改造效果明显,在Ⅳ、Ⅴ级围岩实际占比达到67%的情况下,继续掘进近1 500 m,未再发生卡机事故,大大提高了TBM的掘进效率。