岩质地层盾构掘进施工控制参数分析

盾构机掘进施工参数的影响因素繁多,盾构机各参数之间的相关性研究主要以理论分析为主,盾构掘进施工参数的影响因素与影响机制难以阐明。文章对大连岩质地层中土压平衡盾构掘进施工控制参数进行了收集与分析,结果表明:盾构机的总推力与顶推速度、刀盘转速与刀盘扭矩以及螺旋输送机转速与其扭矩的相关性均不显著;因岩质地层中土拱效应明显,盾壳与围岩之间的摩阻力较小,总推力主要用于提供刀盘与开挖面之间的水平相互作用力;盾构机的螺旋输送机转速与盾构机顶推速度之间的相关性显著;螺旋输送机通过转速来调整土舱饱满度,进而影响开挖面上被切削的土体进入土舱内的难易程度,因此螺旋输送机的渣土输出效率对顶推速度与刀盘扭矩影响明显。     

石家庄砂土地层土压平衡盾构渣土改良试验研究

砂土地层流动性较大,是典型的力学不稳定地层.土压平衡盾构在砂土地层条件下施工时,容易出现刀盘、刀具等异常磨损、刀盘扭矩和推力增大、开挖面失稳崩塌、喷涌等问题.基于此,文章以石家庄地铁1号线2期某区间砂土地层土压平衡盾构施工为例,首先进行室内渣土改良剂试验、坍落度试验和搅拌试验,而后将试验成果应用于施工现场,并对土体改良...     

土压平衡盾构施工中泡沫改良圆砾地层试验研究

随着我国城市地铁的讯速发展,盾构法隧道开挖得到了广泛的应用。土压平衡盾构在圆砾、卵石地层中施工出现了许多问题,如动态土压平衡难以形成、刀盘扭矩过大、刀盘和刀具磨损过快等,最有效的解决方法是土体改良。文章通过研制可以改变泡沫性能参数的新型发泡装置,全面研究泡沫的性能,为科学使用泡沫提供依据。在盾构开挖的圆砾地层中钻井取样,利用泡沫进行改良,通过塌落度试验获得泡沫对圆砾塑流性(塑性流动性)影响的实验规律,得到适合土压平衡盾构施工的最优泡沫注入比。     

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。     

砂土地层中全断面盾构掘进机顶进推力和刀盘切削扭矩的模型试验研究

在盾构的掘削过程中,千斤顶顶进推力和刀盘切削矩是重要的施工参数,它不仅决定着施工速度的快慢,而且还影响着刀盘转动速度、螺旋机出土速度等其它参量。为此,文章通过开展土压平衡盾构的掘削模型试验,研究在不同埋深、不同刀盘开口率以及不同土性时顶进推力和刀盘扭矩的变化规律,并对其相互影响进行了分析。     

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.     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

盾构刀盘系统掘进性能评价方法研究

研究刀盘系统掘进性能评价方法有助于刀盘设计方案的优选,对于提高盾构掘进效率,降低施工成本和提高施工安全性具有重要意义。文章将仿真分析与模糊评价方法相结合,提出一种根据刀盘掘进性能优劣来确定最优刀盘设计方案的模糊综合评价方法。文章首先提出了刀盘的掘进性能指标,建立了刀盘系统掘进的离散元仿真模型和掘进性能指标的获取方法;其次以五个刀盘掘进性能指标为评价因素,根据专家评分法确定因素的重要程度,以仿真和分析数据确定评价因素的等级指标和评价矩阵,并采用广义模糊合成算法对刀盘掘进性能进行模糊综合评价;最后以北京地铁砂卵石地层盾构隧道施工为例,采用模糊综合评价法得出辐条式盾构刀盘掘进性能优于辐板式盾构刀盘的结论。     

复合地层盾构隧道泡沫改良碴土试验研究

盾构长距离穿越复合地层时,会出现喷涌、刀盘结泥饼、刀盘扭矩过大、刀具磨损严重等施工问题。文章通过自制泡沫发生装置,进行了泡沫改良碴土试验,分析了不同泡沫注入率下全风化、复合、强风化地层碴土的各项物理参数变化情况。试验结果表明:注入泡沫可有效降低碴土的渗透性系数、粘聚力和内摩擦角;使用注入率为20%的泡沫处理改良碴土,其渗透性系数可降低至10-6m/s,满足盾构隧道施工的抗渗要求;盾构掘进强风化土、复合土、全风化土时,满足理想状态下土体"塑性流动"要求的最优泡沫注入率分别为30%,10%和10%。     

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...     

超大直径土压平衡盾构施工土体改良试验研究

盾构推进时开挖面的稳定对控制沉降起着决定性作用,因此要求作为开挖面支撑介质的土砂具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小等特点,但是一般土壤不能完全满足这些特性,为此需要对开挖面土体进行改良。目前土体改良技术主要是在土体内加入膨润土、泡沫等添加剂来改善土体的性能,但是该技术对于超大直径、工程环境敏感的上海外滩通道工程是否适应值得探讨。为此,以上海外滩通道工程为背景,通过室内试验、模拟试验和现场试验研究了土体改良技术对超大直径土压平衡盾构隧道的适应性问题;通过室内试验验证了泡沫和膨润土对上海典型土体的改良效果;根据模拟推进试验结果确定了添加剂加量、发泡率等参数;最后通过现场试验探讨了改良效果。通过在超大直径土压平衡盾构施工中对土体进行改良,有效地保持了开挖面的稳定,减少了盾构推力与扭矩,刀盘磨损和机械负荷也都得到了很好的改善,盾构在土体改良后出土流畅、推进匀速,从而验证了土体改良技术对超大直径盾构隧道的适用性。     

复合式土压平衡盾构刀具切削扭矩的研究

为了准确地估算盾构刀盘的切削扭矩,文章通过对刀具切削扭矩影响的研究,提出了对复合式盾构应同时考虑切刀和盘形滚刀对切削扭矩的影响.为此,对滚刀和切刀切削产生的地层抗力扭矩进行了计算公式的推导,并通过实例进行了切削扭矩计算和切削扭矩的影响因素分析.本研究为盾构的选型和设计提供了理论参考.     

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。     

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。     

盾构机刀盘驱动系统动力计算分析

通过对广州地铁西草区间两台盾构机现场实测刀盘转速、刀盘扭矩数据,结合盾构配置的电机、液压泵、马达、减速箱的铭牌标定参数,计算分析得出制造商配置的减速箱并不能满足招投标时的产品承诺和现场实际需要。     

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.