盾构刀盘系统的设计适应性研究与评价

盾构施工地质条件错综复杂,不同地层中的掘进效果差别巨大。针对某一特定工程定制的盾构及设计方案,不可能完美契合于其它工程,盾构刀盘系统的设计适应性及其评价问题亟待解决。文章分析了刀盘系统设计适应性的影响机理,以现有设计相对于目标设计在适应性上所拥有品质的隶属匹配度作为评价模型的初始数据,提出基于改进TOPSIS的分析模型与评价方法。以现有设计为例,对其应用于某城市的地铁施工进行可适应性分析与评价。结果表明:该盾构刀盘系统17项设计任务的适应性的影响力均为一般,9项指标适应性强弱依次为,工程施工适应性掘进参数适应性技术适应性开挖面稳定适应性环保适应性施工安全适应性经济适应性地质条件适应性耐用适应性。该模型与方法可有效评价盾构刀盘系统的设计适应性,从而为一个项目完成后的盾构设备再利用于其它工程的改造和维修决策提供依据,有效提高刀盘系统设计适应性及市场竞争力。     

盾构机刀盘的地质适应性设计研究

为了提高盾构机的地质适应性,减少盾构施工过程中因地质因素造成的工程问题,盾构机刀盘必须根据地质条件进行地质适应性设计.文章基于多个盾构隧道施工实践,分析了国内外盾构隧道施工中出现的掘进困难、刀盘刀具快速磨损、结泥饼和开挖面失稳等工程问题,发现刀盘对岩土类型、岩土物理力学性质和水文地质条件不适应是产生这些工程问题的根本原因.基于岩土体与刀盘相互作用的机理和盾构施工经验,文章分别总结了刀盘结构、刀具选型布置和刀盘碴土改良装置在地质适应性方面的设计经验.     

盾构隧道施工刀盘状态实时监测系统研制

盾构隧道施工中,由于盾构刀盘后面为有压舱,刀盘工作处于"黑箱"状态。为了实时监测盾构掘进过程中刀盘滚刀及刀盘整体的工作状态,研发了一套盾构隧道施工刀盘状态实时监测系统。该系统由传感器、控制与数据传输及算法与显示三个子系统组成;传感器子系统集成了自制的滚刀磨损量与转速传感器、温度传感器、数据采集模块和电源;集成的传感器安装于刀盘滚刀刀箱内,可实时监测滚刀的磨损量、转速与刀盘的温度。采集的数据通过有线或无线传输到中心端,再通过有线方式传送给上位机。上位机软件集成了盾构设计参数及隧道地层参数、盾构施工参数、传感器监测参数,可实时显示传感器采集的参数,并结合地层条件与盾构施工参数综合判定盾构刀盘工作状态,预测滚刀使用寿命。经过实验室测试、工厂测试,结果表明该系统满足设计要求,可用于盾构刀盘工作状态监测。     

某型复合盾构刀盘的有限元静动态特性分析与优化

盾构刀盘受力情况的研究可以为盾构施工选型、刀盘的优化设计提供依据。文章在对盾构刀盘进行受力分析的基础上,利用ANSYS有限元分析软件对东莞地区某型大直径盾构刀盘进行了静力学分析,得到了在复合地层工况下盾构刀盘的应力与变形情况;对刀盘进行模态分析,得到了刀盘的振动特性;对刀盘结构进行优化改进,改善了刀盘的受力情况。结果表明,该型盾构刀盘在复合地层施工过程中刀盘最大应力为251 MPa,低于屈服极限345MPa;刀盘前6阶固有频率范围为38.803~64.842 Hz,满足强度和刚度要求,有利于在施工过程中控制地面沉降和保证施工的安全,同时也为隧道工程盾构选型提供了依据。     

大直径泥水盾构刀盘刀具应用技术

长大隧道地质情况变化较大,盾构施工中刀盘刀具面临较多问题,尤其刀盘的磨损及刀具损坏是施工中经常遇到的一大难题,加强刀盘刀具技术管理成为大直径复杂地层泥水盾构施工管理的重要环节。文章以广深港客运专线狮子洋隧道盾构施工为例,从影响刀盘磨损及刀具损坏的原因分析至对刀盘的技术管理进行了分析研究,总结出了大直径复杂地层泥水盾构施工刀盘应用技术,对类似项目的盾构施工具有一定的借鉴和参考价值。     

无水大粒径卵砾漂石地层盾构选型研究

文章依托北京地铁9号线工程实例,针对北京典型无水大粒径卵砾漂石地层盾构施工所面临的问题,提出了"以疏为主、以隔为辅"的盾构设备选型理念,开展了盾构机刀盘、刀具、加泥及泡沫系统、螺旋输送系统、同步注浆系统、刀盘驱动系统等关键设备的适应性研究和改造升级。实践证明,改造升级后的盾构设备适用于北京典型无水大粒径漂卵砾石地层,极大地提高了掘进速度,降低了建设成本。     

浅议土压平衡盾构机刀具的配置、维修和管理

盾构机刀具配置、维修和管理是盾构施工设备管理的重要内容。文章着重介绍了盾构机刀盘的特点和刀具布局,以及分类、维修和盾构施工掘进中刀具的管理;针对不同地层情况,提出了刀盘选型和刀具配备方式;结合深圳地铁2号线东延线2222标段盾构施工实例,对刀具的配置情况、维修和失效形式等作了进一步阐述。     

泥水平衡盾构穿越富水砂砾层施工技术研究

文章依托沈阳地铁十号线11标长青桥站—浑南大道工程,该工程区间全长1.6 km,采用?6240 mm泥水平衡盾构施工,穿越段以富水砂砾层为主,最大粒径110 mm,在施工过程中,通过优化调整刀盘的合理选型和泥浆参数,有效地减少了刀盘的磨损,全程未更换刀具。研究表明:通过分析盾构设计阶段刀盘的选型配置和隧道贯通后刀具的磨损情况,提出了一套有针对性的泥水盾构刀盘配置;通过分析施工掘进参数可知,提高泥浆粘度虽然可以增加泥浆支护效果,但易在盾构刀盘的正面形成泥饼,导致正面砾石无法顺利进入土舱内,进而造成扭矩及推力的异常;通过分析不同粘度、比重下盾构机扭矩及推力的变化,总结了富水砂砾层中泥浆参数的合理指标,对今后类似工程的施工具有借鉴意义。     

泡沫剂对土压平衡盾构主要掘进参数的影响研究

为实现土压平衡盾构快速高效掘进,文章依托厦门地铁2号线3标湿地公园站—五缘湾站区间盾构施工,进行盾构主要掘进参数的影响因素研究,分析了泡沫剂参数与盾构掘进参数的内在关系。通过4种泡沫剂的室内配比试验,并结合现场试验,研究泡沫剂浓度、气液比和泡沫注入比对改良土体的内摩擦角和容重的影响。结果表明,泡沫剂浓度增大1%,渣土内摩擦角减小约2.43°;泡沫剂各参数对刀盘扭矩影响程度是泡沫浓度泡沫流量膨胀率,对盾构推力影响程度是泡沫浓度膨胀率泡沫流量,泡沫浓度对两个掘进参数的影响都最大。当采用改变泡沫系统参数来改善掘进状况时,优先选择改变与掘进参数具有显著线性关系的泡沫浓度,来控制盾构推力和刀盘扭矩达到合理的数值范围,保证盾构安全、顺利掘进。在该工程施工中,泡沫浓度每提高1%,盾构推力平均减小约1 710 kN,刀盘扭矩平均减小约316 kN·m。     

复合式土压平衡盾构刀盘虚拟装配系统开发

复合式土压平衡盾构刀盘建模常常需耗费大量时间,这不仅影响刀盘设计效率,而且降低了刀盘装配可靠性。文章针对工程中常用的四辐条四辐板式和六辐条六辐板式刀盘进行系统开发,通过划分系统的功能模块,建立了两种常见刀盘的装配体模型库,设计了刀盘系统的可视化界面,实现了刀盘模型主参数的驱动,阐述了刀盘模型干涉检查的一般方法,运用XML技术实现了对系统数据的管理。     

盾构刀盘洞内维修实例及评议

文章以深圳地铁四号线福民路站-会展中心站区间施工过程中一次刀盘维修为例,简单介绍了盾构刀盘洞内维修的思路和方法,对于解决类似问题有一定的借鉴意义.     

泥质粉砂岩地层泥水盾构防止刀盘结泥饼针对性改进

文章以南昌市轨道交通1号线泥水盾构工程为背景,针对泥质粉砂岩地质条件下盾构施工过程中出现的掘进参数异常(平均掘进速度为6~10 mm/min,刀盘最大扭矩达到3 200 kN·m)、刀盘结泥饼、碴土结泥团等不良现象,从刀盘开口率设计、刀具布置及刀高设置优化等方面进行了刀盘刀具配置针对性设计,以降低出现结泥饼现象的可能性;同时,在分析泥水盾构冲刷系统工作原理的基础上,结合地质特点,对原冲刷系统进行了改造与优化分析。工程应用结果表明,改进后盾构掘进速度能够达到20 mm/min,总扭矩能被控制在2 000 kN·m以内,满足了工程施工需求。     

盾构刀盘开口率对掘进参数影响的模型试验研究

文章通过模型试验,对盾构开挖过程中刀盘开口率对盾构各参数之间的影响进行了研究,试验监测了不同刀盘开口率条件下盾构土舱面板处压力的变化情况以及土压力的传递和分布状态,研究了盾构刀盘开口率引起的土舱内外压力变化规律,同时对开挖面和土舱面板之间的压差进行了讨论,基于试验研究内容,进一步利用粘性流体力学理论建立了相关公式,可以简要分析土舱内外压差的影响因素;讨论了刀盘开口率对刀盘挤土效应和刀盘扭矩的影响关系,提出了两种不同的挤土效应机制,试验结果显示仅靠刀盘推力引发的挤土效应约占全部挤土效应的70%,刀盘转动引发的挤土效应占30%左右,系统分析了刀盘开口率、刀盘扭矩以及挤土效应之间的内在关联。     

人工挖孔盾构检修井的设计及应用

针对盾构刀盘检修,开挖常规的竖井进行常压换刀具有检修工期长、成本高的缺点。基于此,文章结合沈阳市某盾构隧道工程实例,提出了一种针对盾构刀盘检修的人工挖孔小竖井的设计方案,详细阐述了人工挖孔盾构检修井的施工步骤和注意事项。实际应用效果表明,该方法安全、可靠、经济,实现了快捷的盾构检修竖井施工。     

卵石含量高、粒径大的富水砂卵石地层中盾构机选型研究

根据成都地铁一号线盾构机所选机型在施工过程中的经验和教训,通过对盾构机的掘进机理深入分析,提出了在富水砂卵石地层盾构机刀盘的合理结构形式.要求刀盘结构强、材质好、面板少、开口率大、开口尺寸适当,用网格结构控制;中心安装超前撕裂刀;滚刀刃间距根据所配置的螺旋输送机的排除卵石尺寸确定;以及刀盘的正、侧面备有耐磨保护装置措施等.     

盾构泡沫系统优化改造及现场试验研究

在地铁隧道施工中,泡沫系统是影响土压平衡盾构掘进安全、质量和效率的重要因素。文章以杭州地铁一号线盾构隧道工程为依托,针对盾构自带泡沫系统自身不易控制、维修不便、系统复杂且不独立等缺陷,提出了优化改造措施,意在使泡沫系统完全国产化和独立化;通过改造前后泡沫系统操作性、精度控制、系统故障率及经济效益四方面的比较,证明了优化改造后泡沫系统的优异性能;同时,基于优化改造后的泡沫系统,针对杭州粉砂性土的地层条件下进行的盾构推进时泡沫系统施工参数的现场试验,分析了不同泡沫量对刀盘扭矩、推进速度的影响,结果表明泡沫参数适用于粉砂性土层中的盾构掘进。     

隧道掘进机刀盘结构性能评价研究关键问题分析

刀盘是隧道掘进机的关键部件,刀盘的结构性能会影响隧道掘进机的施工效率、施工成本及施工安全,因此对刀盘结构性能进行综合评价对工程实践具有重要指导意义。文章首先从刀具破岩机理、刀盘布局设计及掘进性能评价三方面对国内外研究现状进行了综述,总结了研究成果及存在的局限性;基于研究现状,提出了刀盘结构性能评价研究需要解决的关键问题。研究认为:需全面考虑刀盘结构参数的影响,进一步完善整个刀盘刀群的破岩机理、刀盘及刀具布局设计,以及掘进性能预测模型。     

砂卵石复合地层盾构隧道施工预加固技术

在复合地层中进行盾构隧道掘进时常常会面临掘进参数恶化、掘进速度下降等问题。基于此,文章针对成都地铁1号线三期工程盾构隧道穿越砂卵石复合地层施工实例,采用地面注双液浆及管棚预加固技术对地层进行预加固处理。结果表明:地层经过预加固处理后,盾构掘进过程中刀盘扭矩和推力下降显著,掘进速度明显提高,两种预加固方式都能很好地改善盾构在复合地层中的掘进情况。     

中国中铁盾构在成都地铁砂卵石地层中的施工应用

针对成都地铁富水砂卵石地层施工中存在的盾构扭矩偏小,刀具、刀盘、螺旋机磨耗严重,碴土改良效果不好,以及地表后期沉降明显等问题,文章介绍了中国中铁盾构的设计改进措施,其中盾构主驱动扭矩的合理设计、贯入度的精确选择,可有效防止刀盘卡壳或转速自动降低所造成的施工风险;盾构刀盘的合理设计和刀具布置,可减少碴土堆积和结泥饼现象,同时对碴土起着有效的搅拌作用。有效的碴土改良技术,降低了刀具的磨损,减少了换刀次数,延长了换刀里程。实践和研究结果表明,中国中铁盾构能适应富水砂卵石地层的施工,地表后期沉降满足规范要求。     

深圳地铁11号线大直径盾构适应性设计

由于机车提速的需要,城市地铁隧道采用大直径盾构施工是未来的发展趋势,深圳地铁11号线在国内首次采用φ6.98 m大直径土压平衡盾构施工。文章针对深圳地铁11号线11301标段盾构施工过程中所遇到的球状风化体区间掘进难度大、软弱不均地层盾构掘进姿态难控制及软粘土地层易引起刀盘结泥饼等三大难题,从主驱动配置、刀盘刀具设计、盾体设计、螺旋输送机设计及碴土改良系统设计等方面对盾构进行了针对性的适应设计,并提出了大直径盾构设计优化建议,能够为大直径盾构设计及其应用起到指导作用。