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。     

运用盾构掘进参数跟踪判断滚刀损坏的研究

目前盾构滚刀磨损的判断通常是经验性的。文章在文献[6]运用盾构掘进参数判断刀具损坏的分析计算方法基础上,进一步考虑了土舱压力的影响,对掘进速度和刀盘扭矩计算模型进行了修正;依托具体工程实例,运用修正计算模型分别对土压平衡盾构、泥水平衡盾构以及TBM等在硬岩中的掘进数据与滚刀情况进行了跟踪判别研究。结果表明,计算结果与滚刀磨损情况比较吻合,该方法对判断滚刀损坏具有可行性、参考性。     

硬岩掘进机高压水砂前混破岩影响因素试验研究

将前混合磨料水射流破岩技术应用于硬岩掘进机（TBM）上，有望解决隧道施工过程中遇到高强度岩石时，传统滚刀破岩效率低、成本高的难题，但前混合磨料水射流破岩受多种因素影响，系统复杂，在TBM破岩掘进领域的应用还不够成熟。基于此，利用高压水、砂破岩试验装置，开展了固定状态下喷头定时、移动状态下喷头定速的对比试验，研究不同静水压、射距、喷嘴的运动状态对磨料平均消耗量以及破岩坑槽深度和宽度的影响，针对破岩宽度效果，各因素影响大小依次为移动状态、射距、静水压；针对破岩深度，各因素影响大小依次为移动状态、静水压、射距。通过探究前混合磨料水射流技术的破岩最佳参数，为TBM的新型破岩技术研究提供依据。     

轨道交通硬岩掘进技术（TBM）的应用研究

为提高轨道交通硬岩掘进效率、质量与安全性,对TBM在城市地下工程中的应用进行研究。首先,对TBM工作原理及关键技术进行分析;其次,结合实际案例,分析TBM在硬岩掘进中的应用效果;最后,通过案例工程施工效率和成本数据的对比,进一步验证TBM在城市地下交通工程中的显著优势。认为TBM在轨道交通硬岩掘进中有较高的可行性、经济性和安全性优势,可为城市交通基础设施建设提供可靠的技术支持。     

应用HSP法的TBM隧道施工地质预报技术研究

为了减少地质预报工作对施工工序的影响和实现TBM隧道的快捷地质预报,文章结合TBM的施工环境,分析了TBM施工隧道地质预报的重难点,介绍了适用于TBM施工的HSP法原理和探测方案。该HSP法以刀盘滚刀破岩产生的震动信号为震源信号,采取多通道、长时间序列接收,通过相关干涉、聚焦成像等处理技术,获取前方地层特征参数,实现对TBM施工隧道掌子面前方不良地质的探测。通过在某双护盾TBM施工隧道中运用HSP法进行地质预报,预报结论与揭露情况一致性较好。应用结果表明,HSP法是适用于TBM隧道施工地质预报的高效方法之一。     

极端复杂地质条件下TBM隧道施工关键技术研究及应用北大核心CSCD

大瑞铁路高黎贡山隧道、引汉济渭秦岭隧洞、滇中引水香炉山隧洞等工程的相继开工建设,使富水破碎极软地层带来的TBM卡机、高地应力极硬岩地层带来的岩爆等TBM施工问题日益凸显。文章首先对比阐述了国内TBM隧道工程建设过程中常遇到的软弱破碎、极硬花岗岩等典型不良地质及其对TBM掘进所带来的影响,在总结分析辽西北供水、引松供水、引洮供水等工程建设过程中出现的隧道局部塌方、TBM卡机等案例及其影响因素的基础上,以极端复杂地质条件TBM掘进关键技术为对象进行了系统研究论述,结果表明:(1)超前地质预报技术是TBM施工应对极端复杂地质的重要手段,但目前尚无法对前方中远距离地质状况进行准确量化预测;基于微震监测分析结果,根据可能发生的轻微、中等、强烈等不同等级的岩爆,制定对应处置措施;节理发育、炭质板岩、断层破碎带等不同软弱破碎地层,应采取针对性的防卡机措施,同时可根据不良地质段的长度来选择合适的脱困方案;(2)TBM推力、推进速度、刀盘转速及扭矩等掘进参数的异常波动,是表征掌子面前方地质条件状态的重要指标,TBM掘进前,根据前期预判的全断面硬岩、软弱破碎等围岩条件,分别选择合适的掘进参数;TBM掘进过程中,应基于掘进参数异常变化,纠正地质条件预判并采取对应的调控措施,进而确保TBM处于最佳掘进状态;(3)针对既有TBM难以适应现有地质条件的情况,以引洮供水隧洞、引红济石隧洞、引汉济渭隧洞等工程为例,对TBM改造技术进行了分析论述。最后,针对极端复杂地质条件下的TBM隧道工程建设新问题及其应对措施进行了展望与探讨。     

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。     

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。     

TBM掘进煤矿运输巷道的施工技术

塔山煤矿在矿井开拓时期采用TBM掘进主要运输大巷道,并在施工过程中采用预制钢筋混凝土轨枕代替管片、部分喷混凝土加锚杆支护、将TBM掘进的圆形运输巷道扩挖成城门拱形的主平峒以及在遇到硬岩地段通过更换TBM的刀具,来减少硬岩对刀具的磨损等新的施工技术措施,从而保证了塔山矿井主运输巷道在掘进过程中能快速、高效、优质、安全施工,取得了良好的施工效果,为类似矿井的开拓建设提供了重要参考.