复合地层不同岩石强度下滚刀贯入试验研究

复合地层对滚刀的破岩效率及掘进参数有较大影响。文章针对济南市轨道交通R1线一标段复合地层盾构区间,开展了不同强度试件滚刀贯入力学试验,研究了不同贯入速率对滚刀破岩的影响。结果表明:岩石强度越大,抗侵入系数越大,脆性破坏越明显,滚刀受到的冲击荷载就越大;贯入速率对滚刀破岩的影响与岩石强度的类似,但跃进点贯入荷载、荷载跌落值和临界贯入度都与贯入速率呈对数函数关系;滚刀破岩过程可以划分为压密阶段、密实核形成和发展阶段、裂纹贯通失稳阶段和残余强度阶段。     

不同围压下节理岩体中TBM滚刀破岩效率研究

为提高TBM掘进效率,降低TBM施工成本,有必要研究节理岩体中的滚刀破岩效率。为此,文章采用二维离散元软件UDEC研究在不同围压下,节理间距、节理倾角、滚刀间距及贯入度对破岩效率的影响规律。研究表明:(1)节理倾角以30°附近为界向上增加或向下减小,比能耗随围压增加而减小的趋势变缓,并且在接近90°和0°时,围压的增加对滚刀破岩呈现不利影响;(2)节理岩体节理间距越小,比能耗受围压影响越明显。随着节理间距的增加,围压对比能耗的影响逐渐弱化,直至消失;(3)节理倾角0°附近,在满足安装要求的情况下滚刀间距宜取小值;节理倾角30°附近,刀间距100 mm左右时比能耗最小;节理倾角60°时,刀间距120 mm左右比能耗最小;(4)在滚刀之间裂隙贯通的前提下,节理岩体取较小贯入度时破岩效率较高。     

盾构隧道盘形滚刀损坏的原因分析与对策

通过对盾构及TBM盘形滚刀的损坏情况的调查分析,研究了盘形滚刀损坏的主要形式,分析了滚刀损坏的主要原因,提出了减少滚刀损坏的主要措施.研究结果表明:刀圈偏磨、轴承损坏是硬岩中滚刀最常见的损坏形式,滚刀过载是滚刀损坏的主要原因.导致滚刀损坏的主要环节有三个:设计制造、维修装配、现场使用等.减少滚刀损坏的主要措施有:控制刀具装配质量,根据地层情况合理选用刀具,合理确定掘进参数,及时识别判断滚刀损坏状况以及勤检查、勤更换、勤维护等.     

全断面隧道掘进机锥面刀盘滚刀破岩机制研究

为揭示全断面隧道掘进机（TBM）锥面刀盘的滚刀破岩机制，明确滚刀安装排布对岩石破碎效果的影响规律，在对锥面刀盘多台阶悬切破岩模式分析的基础上，基于颗粒离散元方法构建锥面刀盘滚刀破岩数值模型并进行试验验证，开展锥面刀盘“平-锥”过渡区域滚刀破岩过程的数值模拟研究。研究结果表明：锥面刀盘锥区滚刀的破岩本质为临空面辅助破岩，破岩效果受到盘面锥角、滚刀间距、滚刀安装倾角的共同影响；为提高锥面刀盘破岩效率，可适当增大盘面锥角、减小锥区滚刀间距、增大滚刀安装倾角使锥区“斜刀正装”；对于抗压强度为180 MPa的极硬花岗岩，为确保高效破岩，建议盘面锥角为25°，锥区滚刀间距不大于70 mm，滚刀安装倾角与盘面锥角接近。     

TBM滚刀刀圈磨损机理研究

滚刀刀圈的磨损影响施工成本、设备利用率和掘进效率,刀圈的快速磨损与工程地质条件密切相关,是一项重要的工程地质问题.基于摩擦磨损学的原理,结合滚刀破岩机理,分析了在滚刀破岩过程中刀圈的磨损机理.应用滚刀的磨损机理,解释了滚刀刀圈的三种磨损形式,分析得出影响刀圈磨损的两大因素,即机械因素和地质因素,并提出建立刀圈消耗量预测模型应该考虑这两方面的因素.     

TBM边缘滚刀关键参数对破岩效率影响规律研究

破岩效率是衡量滚刀破岩性能的关键指标。文章基于离散单元法建立边缘滚刀破岩仿真模型,采用多因素正交设计法进行了边缘滚刀破岩过程试验,以破岩效率为边缘滚刀破岩性能的评价指标,研究了刀刃角、刀刃宽、安装倾角与刀盘过渡圆弧半径对滚刀破岩效率的影响规律,并针对大理岩和混凝土两种不同切削对象分析了各因素单独作用对边缘滚刀破岩效率的影响规律。试验结果表明:倾角对边缘滚刀破岩效率的影响十分显著,圆弧半径和刀刃角的影响次之,刀刃宽的影响最小;各因素对不同岩石的破岩效率影响规律不同,安装倾角和刀盘过渡圆弧半径对大理岩和混凝土的破岩效率影响相同,而刀刃角和刀刃宽对两者的影响则相反。最后,通过实验发现安装倾角为4°时的破岩效率约为8°时的1.8倍,验证了安装倾角对边缘滚刀破岩效率影响很大的规律。     

自由面预割缝下底切滚刀铣削破岩机理研究

为提高底切滚刀铣削破碎硬岩性能、降低其破岩载荷，建立预割缝下底切滚刀铣削破碎硬岩数值模型，研究不同铣削厚度和割缝参数（割缝间距、割缝深度）组合对底切滚刀破岩性能的影响规律，揭示预割缝对底切滚刀破岩的影响机制。结果表明，割缝间距和滚刀直径相同时滚刀铣削预割缝条件下的岩石可以等效为滚刀铣削无侧限压力岩石，与无割缝岩石相比截割力减小率降低超30%；底切滚刀铣削厚度和割缝间距的匹配关系对破岩比能的影响显著，在最佳破岩比能时其组合关系为截深20 mm、割缝间距100 mm；分析岩屑分形维数和破岩比能之间的关系，比能耗随着分形维数的增加呈线性增大。     

全断面岩石掘进机平面刀盘上盘形滚刀磨损研究

我国秦岭隧道出口TBM施工工程实践表明,TBM刀具的检查、更换和刀盘维修时间约占施工时间的三分之一,其刀具费用约占工程建设费用的三分之一,其中刀刃磨损数量约占刀具消耗量的80%,因此,进行全断面岩石掘进机平面刀盘上刀具磨损研究具有非常重要的意义。文章在分析TBM刀具位移的基础上,提出了刀具的侧滑磨损系数、侵深磨损系数和滚动磨损系数及其计算方法,探讨了三方向位移对刀具磨损的影响,建立了TBM刀盘上正刀和过渡滚刀破岩刃上破岩点弧长的计算公式,并将破岩刃破岩点弧长与刀具磨损量进行了对比分析。     

TBM盘形滚刀受力分析

研究盘形滚刀的受力状况可以改善滚刀的设计,提高其使用寿命。文章通过ABAQUS分析软件建立了盘形滚刀切割岩石的有限元模型,并进行了动态模拟和动力学分析;模拟结果很好地解释了TBM掘进过程中,液压千斤顶需要不断地增加压力才能保持掘进速度的现象,并且验证了盘形滚刀最大瞬时接触力值为接触力平均值的2~3倍,同时发现ABAQUS可以很好地模拟出岩石被切割时出现岩碴飞溅的现象;研究结果为盾构机盘形滚刀刀具的设计及研究其寿命提供了一些理论依据。     

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。     

护拱回填暗挖法隧道支护结构安全性评价

文章依托九景衢铁路荆生坞隧道工程,介绍了护拱回填暗挖法的施工步序,利用弹性理论推导了护拱与初期支护拱部的围岩荷载分担比例计算公式,采用极限平衡理论建立了边墙处围岩受力模型,推导了初期支护边墙附加围岩压力计算公式,最后通过建立荷载-结构模型,计算了护拱和初期支护的内力、安全系数,评价了护拱和初期支护安全性。结果表明:初期支护围岩荷载分担比例与护拱和初期支护的弹性模量、厚度有关,荆生坞隧道初期支护围岩荷载分担系数约为30%;护拱拱脚竖向压力导致边墙上部围岩沿破裂面滑动,对初期支护边墙上部产生一个水平向的附加围岩压力;九景衢铁路荆生坞隧道护拱回填暗挖段护拱和初期支护均处于安全状态,初期支护安全性随围岩荷载分担系数的增大而略有降低。     

TBM盘形滚刀的质量控制及其检测维修技术

文章在消化引进技术的基础上,对盘形滚刀的损坏规律进行了深入的分析,对如何提高盘形滚刀的寿命、降低刀具消耗进行了深入的研究,实践中取得了很好的成果,提高了掘进速度,降低了掘进成本,形成了技术经济性能优良的盘形滚刀检测维修技术。其研究成果可供TBM施工单位参考。     

变截面空心薄壁高墩稳定临界力计算

桥梁高墩的稳定性是设计和施工中主要的控制因素,文章介绍根据能量原理的Ritz法,在对截面抗弯惯性矩作线形假定后,推导出一端固支一端自由和一端固支一端水平铰支的变截面空心薄壁高墩失稳临界荷载计算公式,可用于设计施工中对高墩失稳临界荷载的近似计算。     

复合地层中盾构滚刀磨损原因分析及对策

通过系统地总结和分析约40台次混合式盾构机在复合地层中掘进近100 km的滚刀磨损情况,对滚刀磨损做了定性分类,并根据滚刀磨损的影响因素,提出滚刀磨损的对策,以期指导今后复合地层施工中盾构机刀盘刀具选择、配置及盾构掘进。     

硬岩隧洞掘进机(TBM)刀具的管理

文章对硬岩隧洞掘进机(TBM)刀具的管理内容进行了分析,使施工技术人员和生产管理人员能够清楚地认识到只有对刀具进行管理,那么在TBM施工中才能够降低生产成本,节约检修时间,提高掘进效率,从而为企业带来巨大的经济效益。     

贵阳岩溶地层地铁盾构隧道工程中新型球状碳化钨刀具的研究与应用北大核心CSCD

在贵阳轨道交通3号线盾构隧道施工中,采用普通刀具易出现滚刀多边形磨损、偏磨、刀刃崩裂等异常磨损和刀圈脱落现象。为改进滚刀刀圈的耐磨、耐冲击性能,提高刀具的综合寿命,提出采用球状碳化钨刀具替换普通刀具,并介绍了激光熔覆焊工艺以及宏观磨损检测工艺。经过施工现场的实际应用,发现球状碳化钨刀具具有更好的耐磨性,新型球状碳化钨刀具平均磨损量为0.00255 mm/延米,相邻普通刀具平均磨损量为0.01655 mm/延米。在第338~736环掘进中,新型球状碳化钨刀具最大磨损量为0.015 mm/延米,刀具无崩刃现象,滚刀轴承、密封等均无异常,有效解决了普通刀具易磨损、磨损不均的问题,为喀斯特地质条件下盾构刀具的选型提供参考。     

旧水泥混凝土路面板块碎石化技术探讨

水泥混凝土路面碎石化技术是利用多锤头破碎设备将水泥混凝土路面破碎成一定尺寸且分布均匀的一种路面改造技术,可以解决路面反射裂缝问题,具有经济、实用和高效的特点。文章介绍了碎石化技术的基本原理、适用范围和施工工艺,并对其施工质量控制的一般过程及具体措施进行了阐述。