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。     

双线盾构扭矩分析及邻近管线变形影响研究

研究目的:为研究双线盾构隧道施工引起的管线横向及纵向变形规律,本文依托杭州地铁2号线某盾构区间段工程,采用适合杭州软土地区的土压平衡盾构刀盘扭矩计算方法,计算本工程对应的各种刀盘扭矩因子并得出最大理论扭矩值,将计算得到的刀盘扭矩因子与其他学者的研究成果进行对比分析,并研究盾构掘进时管线变形与刀盘扭矩的相关性。研究结论:(1)软土区双线盾构引起的管线横向变形在研究断面上呈现"W双峰"形状,且后行线施工引起的变形量大于先行线;(2)对于双线盾构施工引起的管线纵向变形,测得盾构接近时与刚通过时对管线变形影响较大,盾尾通过研究断面4 d左右纵向变形趋于稳定;(3)通过对比不同案例下刀盘扭矩计算因子得出影响盾构施工刀盘扭矩的主要因子是T_4与T_5;(4)分析得出管线变形与刀盘扭矩和单环排土量的比值呈现正相关的趋势;(5)本研究成果对控制杭州软土区双线盾构施工引起的管线变形具有参考价值。     

复合地层大直径盾构刀盘及扭矩计算

刀盘作为盾构机的关键执行部件,设计、制作得好坏直接关系到盾构机的工作效率及成败。通过分析狮子洋隧道工程的地质特点,给出刀盘结构设计、开口率和刀具配置方案,并给出刀盘扭矩计算公式,使盾构在开挖过程中避免因刀盘强度不足而引起的施工问题。     

基于性能退化的刀盘耐磨结构可靠性评估

在刀盘表面堆焊耐磨材料是保护刀盘母体结构、解决刀盘磨损的关键措施之一,由于盾构施工过程中表面磨损程度无法测量,因此需要对刀盘耐磨结构进行磨损程度预测和可靠性评估,预测刀盘能够达到的最大掘进里程。通过分析耐磨堆焊层的性能退化数据,并引入堆焊层的性能退化分布规律假设,建立可靠度模型;对退化量分布参数进行拟合,得到耐磨结构的可靠度与掘进里程关系的近似表达式,结果表明可通过刀盘可靠性评估预测刀盘耐磨结构的剩余掘进里程,实例中某型盾构刀盘的最大掘进里程在3.947 5~4.313 km之间。该研究也可用于盾构其他关键部件的可靠性评估。     

中粗砂地层中降低盾构机刀盘扭矩的措施研究

盾构法施二已成为开挖城市地铁隧道的主要工法。但盾构施工中,刀盘驱动扭矩过大,始终是制约施工进度的主要因素。从盾构机刀盘驱动系统、土仓内切削土体、泡沫系统、刀盘开口率、刀具选型等5个方面对盾构机刀盘驱动扭矩过大的原因进行了分析,提出了切实可行的解决办法,并在沈阳地铁一号线云沈区间盾构施工中得到了成功的应用。     

泥水盾构刀盘开裂和解体事故原因分析

广州2台泥水盾构刀盘在穿越512 m宽的珠江时分别发生刀盘严重开裂和解体事故.这类事故极其罕见.从刀盘的结构设计和制造质量、地质情况和施工控制等角度对事故原因进行了分析,总结了刀盘设计制造和使用中应注意的问题,以期引起业内同行的重视.     

北京地铁砂卵石地层土压平衡盾构施工刀盘扭矩研究

根据砂卵石地层力学特性,结合北京地铁4个标段工程,分析土压平衡盾构刀盘扭矩各组成部分所占的比例,提出简化的刀盘扭矩计算公式.分析计算结果表明:刀盘开口率与刀盘扭矩成反比,开口率每增加10％,刀盘扭矩降低8％～10％;土体的流塑性对刀盘扭矩影响较大;土体的摩擦系数每降低0.1,刀盘扭矩相应降低约35％～40％.在北京地铁10号线二期工程现场进行盾构掘进试验,分别通过刀盘改造(开口率增大至40％)及土体改良,使刀盘扭矩保持在2 500～3 500 kN·m,盾构推进速度明显得到改善.试验结果进一步验证了增大开口率及土体改良是在砂卵石地层降低刀盘扭矩的2项非常有效的措施;也验证了刀盘扭矩计算公式是合理的、可靠的,满足工程实际需求.     

土压平衡盾构复合式刀盘设计与结构有限元分析

简要介绍了土压平衡盾构复合式刀盘适应的地层;重点论述了刀盘的结构设计、刀具配置与布局特点,建立了刀盘主体结构的有限元分析模型;对盾构刀盘在模拟载荷作用下的结构响应进行了数值分析,分析结果符合设计预期。     

盾构在施工过程中遇到锚索的处理方案比选

以石家庄地铁某盾构区间在施工过程中遇到锚索,导致盾构机刀盘卡住无法脱困的工程实例,介绍了盾构穿越地下锚索地段处理方案的比选研究,通过技术、经济及工期等全方位比选,确定采用明挖竖井清除缠绕刀盘的锚索;后续施工中暗挖隧道为锚索拔除提供作业面,并采用全回转套管跟进法拔除锚索的方案,成功地解决了锚索阻碍盾构施工的问题,取得了较好的效果,对类似工程设计和施工具有一定的借鉴意义。     

矩形盾构刀盘系统结构设计

在地下管廊建设中,矩形盾构空间利用率高、覆土浅和施工成本低等优点逐渐被人们重视。在对比常见矩形盾构刀盘形式的基础上,提出矩形刀盘设计方案、偏心距计算方法和矩形刀盘阻力矩计算方法,应用此计算参数完成矩形盾构刀盘及主驱动设计。分析刀具寿命,采用有限元法,进行刀盘的流固耦合分析,并对主轴的强度进行校核,验证了设计方案的可行性,以期为矩形盾构刀盘研制工作提供参考。     

土压平衡盾构机多级环形刀盘设计

针对盾构机施工过程中容易出现卡盘与结泥现象,设计了具有双刀盘的多级环形刀盘结构,改变了一般盾构机刀盘一体化结构,其中外环刀盘为平顶形,内环刀盘为外锥形。通过对比在锥形刀盘上安装的盘形滚刀和在平顶形刀盘上安装的盘形滚刀与岩石相互作用的力学模型,计算内环刀盘合适的外径范围和锥角区间,为今后多级环形刀盘盾构机的研发设计提供理论依据。     

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。     

大直径地铁盾构隧道下穿高铁明挖隧道方案研究

天津某地铁盾构区间超深埋隧道下穿京津城际线解放路明挖隧道,工程处于软土地层,地质条件差,工程风险大.为探究盾构下穿对高铁明挖隧道的影响,首先对高铁明挖隧道现状进行调查,对外径6.6 m双线盾构依次下穿高铁明挖隧道4种方案的优缺点进行比选分析,并运用有限元数值模拟手段对优选方案进行分析计算.结果表明:(1)高铁明挖隧道现...     

庆春路过江隧道黏土地层盾构掘进方案及存在问题探讨

主要介绍了杭州庆春路过江隧道泥水平衡盾构施工过程中黏土地层的掘进方案,对存在的问题进行了分析,并提出了相应的解决方案。实践证明,通过采取相应的措施可提高施工效率,降低施工风险。     

NFM盾构机开挖系统在广州地铁中的应用

广州地铁3号线[汉-市]区间的地质条件复杂,盾构不仅要在硬塑残积土中长距离掘进,又要穿过坚硬的微风化混合岩、辉绿岩等混合地层,因此盾构机的开挖系统(尤其是刀盘)的设计非常关键.设计结合工程实际,分析盾构开挖系统的一些设计特点,使施工当中对全断面硬岩的开挖能力和在强风化硬塑残积土混合地层中的长距离掘进能力充分体现对工程的适应性.     

强刚度低配筋预应力盾构隧道 管片衬砌技术研究

传统盾构隧道管片是由环向和纵向螺栓连接而成的非连续性结构,存在整体性差、抗变形能力弱等缺陷, 造成盾构隧道在施工和运营过程中常出现管片变形过大、接头开裂、螺栓锈蚀、漏水等问题,严重威胁盾构隧道 安全。为解决上述问题,将预应力系统引入盾构管片结构,提出强刚度低配筋预应力盾构隧道技术。通过对盾构 管片施加环向和纵向预应力,可将盾构管片连接为整体,提高盾构隧道的整体性、抗变形能力等性能。通过数 值模拟对比分析预应力管片和传统管片的性能差异,研究表明：采用该技术可提高管片轴力,降低管片弯矩和变 形,同时用钢量较传统管片可降低至少 45%。本技术可有效解决传统盾构隧道存在的问题,并且降低钢筋用量, 可为轨道交通、市政、铁路、公路等行业的绿色低碳新技术研究提供借鉴。     

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站的结构方案及其关键节点受力和变形

针对北京地铁14号线将台车站结构方案存在的不足,提出1种基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站的塔柱式结构方案,并建立三维非连续接触模型,研究塔柱式结构关键节点的受力和变形.结果 表明:盾构隧道和车站2边主体结构的施工,对管片纵缝的张开和错台影响显著,但对管片环间错台影响不明显;横通道施工对管片纵缝的张开和错台影响较小,开口环...     

土压平衡盾构下穿小跨径钢筋混凝土连续梁桥综合施工技术

结合沈阳地铁工程,介绍了盾构隧道下穿正在使用的小跨径钢筋混凝土连续梁桥的具体施工方法。重点阐述了地面防护与地下控制的施工理念,采取"盾构未动,防护先行"的施工策略。通过采取地面桥梁加固、变形隔离桩施工、盾构刀盘改造等前期措施,以及在地下施工中严格控制掘进参数,并在遇到突发事件时,启动了科学合理、及时有效的应急方案,化解了风险,最终确保了盾构安全平稳穿越桥区,未对在用桥梁产生开裂损坏及过量下沉等不良现象。     

盾构区间隧道水平近距离施工方案研究

研究目的：盾构区间隧道水平近距离施工在国内尚无成熟的技术方案,对其进行研究,为同类工程的设计与施工提供借鉴和参考。研究方法：结合天津地铁2号线工程,采用结构平面有限元数值模拟计算与数据分析,并同国内相似工程的经验进行类比。研究结果：分析了盾构区间隧道水平近距离施工存在的风险,研究得到了相邻隧道开挖前后的结构内力、变形及其分布特征,以及沉降曲线,并提出安全施工方案。研究结论：盾构水平近距离施工时需加长对盾构周边土体的加固范围,在相邻两隧道之间设置隔离桩,同时在施工过程中需严格控制施工参数并加强监测。     

软土地层地铁盾构下穿车站咽喉区施工技术

上海地铁15号线盾构隧道下穿上海南站咽喉区。通过方案比选、下穿工程影响数值模拟,形成了综合考虑施工条件和对车站咽喉区影响的线路方案。根据咽喉区列车通过能力,制定了列车限速和运营调整方案。制定地层斜向注浆加固方案,采用高性能全新土压平衡盾构机和新型相对质量密度大的单液浆减少车站咽喉区地表变形,并采用自动化连续监测和实时反馈的信息化施工方法。该技术措施将下穿咽喉区盾构施工中地表沉降控制在4.5 mm以下,可供类似工程参考。