硬岩掘进机刀座损坏分析及对策

隧道掘进机(TBM)施工过程中,刀盘处于最恶劣的环境中,刀座损伤将导致刀具的异常损坏且消耗急剧上升,严重影响掘进施工。为解决因TBM刀座损伤所带来的施工效率降低和成本增加问题,结合吉林省中部城市引松供水工程二标段TBM施工中刀座损伤的实例,研究了刀座损伤形式、主要原因与影响,制定并实施了硬岩掘进机刀座洞内快速修复技术。实践证明,洞内修复后的刀座性能稳定,可有效降低TBM刀具异常消耗和施工成本,可供类似工程参考。     

硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律与预测模型

针对盾构机在全断面硬岩地层中掘进遇到的刀具磨损严重的难题,结合青岛地铁6号线朝阳路站—峨眉山路站盾构隧道工程实例,采用多元回归分析的方法分析滚刀安装半径、地层参数、掘进距离与正面滚刀磨损量之间的关系。考虑盾构总推力、刀盘转速、刀盘扭矩、掘进速度、安装半径、岩石单轴抗压强度和磨蚀性指数等多重变量,构建正面滚刀磨损预测模型,分析不同轨迹正面滚刀的磨损特征,得出以下结论：(1)在800 m的掘进距离内,平均每个刀位换刀3.18次,随着滚刀安装半径增加,单把滚刀的累计换刀次数逐渐增加、平均掘进长度逐渐降低,其累计磨损量呈幂指数增加;(2)正面滚刀平均每延米磨损量随岩石强度增加呈幂指数增长、随磨蚀性指数增加呈指数增长,且拟合相关系数较高,表明以上参数对滚刀磨损有着关键作用;(3)构建的滚刀磨损量计算模型考虑了掘进参数、刀具安装半径、岩石强度和磨蚀性指数等因素,可对硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律进行预测,此外,验证了滚刀磨损预测模型的准确性,预测值与实测值误差不超过13%。     

青岛地铁1号线双护盾隧道掘进机应用中的新问题及对策

以青岛地铁1号线工程为背景,针对双护盾隧道掘进机(TBM)应用过程中出现的复杂条件下TBM快速出渣、TBM连续掘进与车站相互干扰、特殊线路条件下TBM掘进、复杂条件下TBM始发等新问题进行了系统的分析和研究。提出了具有创新性的洞内翻渣方案、极限小净距掘进处理措施、平移始发技术等对策,取得了良好的应用效果。研究成果进一步拓展了TBM在城市轨道交通特殊线路条件下技术的应用。     

大直径双护盾TBM隧道管片厚度设计研究

以我国一高原地区大直径公路隧道为依托,运用ANSYS有限元软件计算分析合理的衬砌管片厚度。结果表明:弯曲刚度有效率、弯矩提高率的不同组合对管片结构轴力、剪力影响不大,弯矩随弯曲刚度有效率的降低而增加;不同计算模型对管片结构轴力的影响较小,修正惯用法计算模型所得的弯矩、剪力最大,实体单元-弹簧模型所得的弯矩、剪力最小;管片厚度的改变对于管片结构轴力影响较小,随着管片厚度的增加管片结构所受弯矩增大。综合有限元分析结果、类似工程经验以及本工程所处的特殊地质条件,确定管片结构厚度为0.35 m。     

大直径双护盾TBM公路隧道管片分块设计探讨

双护盾TBM预制管片分块方案设计是管片设计中的重要环节,直接关系到隧道结构的安全性和施工速度。采用数值模拟的研究手段,以青藏高原地区某条大直径公路隧道为背景,对管片分块设计方案进行研究。研究结果表明:在分块总数相同情况下,采用X+1分块模式的管片结构受力性能优于等分分块模式的管片结构;不同管片分块模式所引起的管片结构变形位移量值差异为2.724 mm。管片总数目的改变对管片结构的受力和变形特性影响很小,差值占总量的6%。本工程最终采用分块总数为7块,分块模式为6+1的分块形式,单环拼装时间为40 min,工程单月最大进尺为500 m。     

极硬岩地层小直径盾构破岩形式设计与应用

盾构机的破岩性能将直接影响其施工效率与经济性,而合理的破岩形式是提升盾构破岩性能的关键。依托韩国Gwangyang-Yeosu海底电缆隧道穿越的地层条件、盾构隧道规格等情况,在结合对泥水平衡盾构机两种主流破碎形式特性类比的基础上,选定了小直径泥水平衡盾构机的破岩形式。随后基于现有的破岩理论研究成果,分别对选定的盾构机刀盘及锥式破碎机结构进行针对性设计和破岩性能研究分析,并将分析结果应用于工程实际;实践表明,设计选定的破岩形式满足目标工程施工需求,能为今后类似工程的盾构破岩形式设计选型提供一定的借鉴和参考。     

基于时间序列双护盾?TBM?隧道管片结构内力监测分析

以深圳地铁8号线梧沙区间双护盾TBM施工隧道为研究对象,结合现场工程特性,开展管片结构内力现场跟踪监测,实现钢筋应力和混凝土应力施工全阶段监测;根据实测数据时间特性,对监测结果进行时间序列ARIMA建模,分析隧道管片结构受力状态,验证分析模型的可靠性,并对监测内容进行预测。     

锚喷支护大跨硬岩隧道预应力锚杆的设计与有限元模拟计算

本文通过有限元模拟计算分析,以跨度20.9 m的于山地下溜冻场为工程实例,探讨大跨度锚喷支护隧道预应力锚杆的作用机理、设计和施工方法,为类似工程提供设计、施工经验.     

硬岩地层中扁平大跨隧道拱盖法施工优化分析

以青岛地铁1号线人民广场站—衡山路站区间站前折返线为例,采用三维数值模拟方法分析了初期支护拱盖法分步开挖过程中地面沉降、拱顶沉降、初期支护受力和围岩应变的变化规律,进一步分析硬岩地层中扁平大跨隧道施工二次衬砌拱盖法优化为初期支护拱盖法的可行性,并通过现场监测结果加以验证。研究结果表明:硬岩地层中扁平大跨隧道采用初期支护拱盖法施工地面沉降、拱顶沉降、初期支护和围岩的应变满足规范要求,二次初砌拱盖法优化为初期支护拱盖法切实可行;拆撑是初期支护拱盖法开挖工序中的重要阶段,确定合理的拆撑长度是该工法成功应用的关键。     

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。     

全断面硬岩及地层转换时地铁盾构隧道掘进参数分析与优化控制

针对某地铁区间地层为全断面硬岩、软硬混合地层及残积土层复合地层条件下盾构施工遇到的技术难题,通过盾构掘进参数分析,得到了硬岩段及地层转换时施工参数的变化规律。通过采取刀具优化配置、合理安排刀具更换时机、掘进模式选择、掘进参数合理匹配、同步注入泡沫及跟踪二次注浆等措施,实现了在硬岩段间杂软弱岩的地层中及软硬岩地质界面处盾构快速、安全掘进施工,拓宽了盾构的应用领域。     

隐式中墙连拱隧道平行中隔壁工法设计与分析

分析连拱隧道工法研究现状和趋势,结合隐式中墙复合式连拱隧道[1-2]结构形式,提出一种新的连拱隧道施工方法—平行中隔壁法,其无需中墙临时支护,预留岩体保护中墙,减小对环境的影响,大幅提高连拱隧道的施工效率,实现连拱隧道的快捷施工。对平行中隔壁法进行详细设计与分析,并对其进行数值模拟。结果表明:平行中隔壁法可保证隐式中墙复合式连拱隧道施工安全,各上台阶步序开挖和拆撑为控制竖向变形的关键工序,左洞拱腰与中墙连接处和左洞仰拱与中墙连接处是初期支护的安全控制点。     

隧道抗震设计中反应位移法与时程分析法的对比分析

针对目前我国实行的《城市轨道交通结构抗震设计规范》,以西安地铁某号线为背景,基于盾构地铁区间隧道抗震设计方法—反应位移法与时程分析法的基本原理,对盾构地铁区间隧道进行了抗震分析。通过分析比较两种方法所得出的内力与关键节点水平位移,说明反应位移法和时程分析法在抗震设计中均具有适用性,两种分析方法可互相参考验证。     

隧道抗震设计中反应位移法与时程分析法的对比分析北大核心

针对目前我国实行的《城市轨道交通结构抗震设计规范》,以西安地铁某号线为背景,基于盾构地铁区间隧道抗震设计方法—反应位移法与时程分析法的基本原理,对盾构地铁区间隧道进行了抗震分析。通过分析比较两种方法所得出的内力与关键节点水平位移,说明反应位移法和时程分析法在抗震设计中均具有适用性,两种分析方法可互相参考验证。