盾构机刀盘驱动研究

刀盘驱动系统是盾构机的主要系统之一,该文分析了盾构机刀盘驱动系统的液压驱动方式和电驱动方式,并对两种驱动方式进行了优缺点比较,结论为液压驱动方式技术成熟,操作性好,比较实用。     

盾构机整体式刀盘驱动设计

0 引言 21世纪将是中国地下空间开发利用高速发展的时期,地铁隧道、铁路隧道、公路隧道、水电隧道、市政管道的工程建设,将越来越多地选择先进的、对环境影响小的盾构掘进进行施工[1].目前,盾构技术已发展到比较高的水平,用盾构施工具有快速、优质、经济、安全等明显优点.     

基于ADAMS的盾构机刀盘驱动系统动力学仿真分析

依托中交天和机械设备制造有限公司某项目用盾构机刀盘驱动系统为设计实例,基于三维造型软件SpaceClaim构建了刀盘驱动系统的三维参数化模型,并将其导入到动力学分析软件ADAMS中,分析了刀盘在高速(4.5r/min)和中低速(2r/min)两种不同转速情况下刀盘系统的动力学特性,为盾构机的刀盘驱动系统设计提供参考。     

海瑞克盾构刀盘驱动液压系统故障分析及处理

深圳某地铁项目使用的海瑞克盾构,主驱动刀盘液压系统出现故障,通过对故障原因的分析,发现油液污染是导致故障的主要原因。对污染的液压系统进行处理后,达到了理想的效果,恢复了使用,同时,也提供了一种处理液压系统污染的方法。     

世界首例特大直径盾构机移位调头工程

上海市中环线上中路穿越黄浦江隧道盾构移位旋转调头工程,为当今世界首例特大型盾构机移位旋转调头工程。该盾构外直径达14．85m,体长12．65m,重1900t,为不均衡分布荷载,重心靠近前端。由于工作井尺寸不能满足盾构机整体旋转要求,此次调头施工不得不将盾构机割分为前段和尾段。     

长沙湘江隧道泥水盾构刀盘及主驱动的改造

由于工程地质条件改变,为了更好地适应湘江隧道的施工,将一台NFM泥水盾构进行改造。本次改造增加了2台主驱动电机,对刀盘刀具的布置进行了优化设计。详细介绍盾构刀盘、主驱动控制系统等的改造。改造后泥水盾构在施工过程中使用效果良好,目前隧道已顺利贯通。通过应用效果,证明本次改造的方案是可行的。     

超大直径盾构机进洞后原位调头及平移方法

该文介绍了超大直径盾构机进洞后,在工作井内原地调头及平移后重新恢复掘进的施工方法。与常规的盾构机进洞后解体、吊装、再拼装的方法不同,该文以实际工程为例,给出了超大直径盾构机在工作井内原位调头的施工步骤及实现的思路。该方法经工程实践,明显缩短了工期,减少了工程费用,对今后越来越多的超大直径盾构机完成一次掘进后转场进行二次推进具有较高的借鉴意义。     

马蹄形隧道掘进机刀盘设计探讨

概括性论述了多圆软土刀盘、矩形刀盘、马蹄形刀盘等异形刀盘的设计特点,重点分析了马蹄形隧道掘进机组合刀盘的关键技术:1)掌子面流场仿真分析;2)刀盘静力学仿真分析;3)盲区处理研究;4)刀具破岩机制分析。通过对以上关键技术的研究,为软土马蹄形掘进机组合刀盘的设计提供了优化方法,并创造性提出刮削破岩和挤压破岩相结合的马蹄形硬岩刀盘设计方法,对马蹄形隧道掘进机刀盘设计有一定的指导意义,也为异形隧道掘进机的刀盘设计提供了设计参考。     

超大直径盾构机的选型问题

在江河湖海等水体下进行水底隧道规划设计时,常常面临地质条件、地层分布与土体性质难以准确把握,水文条件尤其是外海海域海洋水文条件极其复杂多变的情况,由此注定了盾构机选型对于超大直径、超长距离、高水压下水(海)底隧道工程设计施工的极端重要性。因此,盾构机选型很大程度上决定了水(海)底隧道工程的施工难易、风险程度、投资和工期。盾构机选型的关键是如何基于勘察设计阶段所获取的有限信息,实现最终综合成本的最低。盾构机直径大小往往受到所在路段的公路技术标准、隧道的预定交通功能与特殊要求、盾构机类型及目前国内外的施工控制水平、水底隧道施工的风险分析与预测水平、预案措施、辅助工法(气压法、冻结法、注浆法等)、工期与制造成本等多种因素控制。盾构机选型必须在充分认识各种不同类型盾构机的优缺点及其最适用场合的基础上,充分调查拟通过区域的地质地层分布、岩土物理力学性质参数、软土中基岩突露状况、基岩岩性及风化程度、水文条件、锚地、航道航运、水(海)底基础设施、附近场地利用、环保、灾害性天气等相关情况。结合几个国内外已建隧道的具体工程事例,阐述了盾构机选型的一般步骤及其它制约因素。对水底隧道盾构机选型具有较强的指导价值。     

复合式土压平衡盾构机刀盘常见故障（损坏）原因分析及解决措施

以中铁隧道集团引进的先锋一号、先锋二号盾构机为例,阐述了复合式土压平衡盾构机刀盘的工作原理和结构特点,总结了施工过程中刀盘常见的故障与损坏的方式,分析了产生的原因,提出了相应的解决方法,对解决类似问题有一定的指导作用。     

盾构刀盘设计系统开发

为快速准确地完成不同类型和尺寸盾构刀盘的设计,根据刀盘自身机械数据结构和施工过程的数据关系,结合刀具破岩机制实验数据和刀盘三维参数化机械模型和结构分析模型,利用VB完成刀盘参数化建模系统的开发,方便了刀盘设计人员准确且快速地完成各种不同地层、不同规格盾构刀盘的设计及分析。     

土压平衡式盾构机刀盘扭矩的计算及试验研究

综合考虑了土压平衡式盾构机的直径、刀盘开口率、刀盘与土体的摩擦系数、盾构机的埋深、盾构机施工地层的土性、盾构机和地层之间的相互关系、盾构机推进速度以及螺旋输送机转速等参数的影响因素,推导出刀盘扭矩的理论模型。在盾构机模拟试验平台上进行试验,分析了两种典型开口率的刀盘在3种典型土层中扭矩的变化及土仓压力对刀盘扭矩的影响。分析结果表明,刀盘扭矩的理论模型与试验结果相符,并能满足盾构机实际施工的要求。     

潜盾机切刃盘于卵砾石层开挖之特性

潜盾工法于卵砾石层开挖需面对许多问题,诸如切刃盘开口尺寸及开口率之设计;滚轮切刃齿及切刃齿之配置、材质与成本问题等。潜盾机于卵砾石层中掘进时,通常无法期望以单一开口尺寸或开口率去应付长距离的挖掘,需要因应地质变化适时予以改变;滚轮切刃齿及切刃齿的配置与材质应用,则悠关是否能以最小成本产生最大之开挖效率。本文以长距离卵砾石层潜盾洞道开挖为例,依据实际切刃盘改造型式与掘进管理图表,探讨开口尺寸与开口率的适用性,并于现场量测所得滚轮切刃齿及切刃齿之磨耗数据,加以汇整并以图表呈现,可明显得知其间之关键因素,值得提供作为日后设计与施工之参考。     

大型下沉式盾构模拟试验平台液压加载系统的研制

以大型下沉式盾构机综合模拟试验为背景,对其组合式液压加载系统进行设计、计算、研制？采用研制出的组合式液压加载系统,能够以各种不同的加载方式,对不同土体,进行不同埋深下的加载试验,模拟施工中盾构机可能遇到的各种工况,可在盾构研发、功能测试及施工试验中推广应用。     

盾构的机械系统概述

0 引言 盾构是用于软土隧道的暗挖施工的设备.它具有金属外壳,壳内装有整机及辅助设备,用于进行土体开挖、土碴排运、整机推进和管片安装等作业.盾构集机、电、液、光、气、水、信息于一体,具有自动化程度高、对交通和周围地层影响小、有利于环境保护等优点,因此在城市地铁施工中得到了广泛的应用.     

盾构隧道刀具更换技术综述

盾构穿越复杂水文地质地层时,常因刀盘刀具过量磨损而导致盾构被迫停机,这已成为困扰盾构施工的重要难题之一,进行刀具更换是目前解决这一难题,恢复盾构掘进的主要方法。然而,工程界尚未形成系统的盾构换刀技术体系。针对这一问题,在对已有技术研究理解和总结的基础上,阐述了盾构刀具更换技术的内涵和主要分类,并结合典型盾构工程换刀作业实例和笔者所在课题组的研究成果,对加固地层-常压换刀、基于常压可更换刀盘设计的换刀、带压换刀等3种主要换刀技术的原理、技术流程、关键技术、适用范围和优缺点等进行系统的分析和总结。最后介绍了日本最新的刀具更换技术,并对中国盾构隧道刀具更换技术进行了展望。结果表明：地层加固-常压换刀技术和带压换刀技术都是在常规刀盘设计条件下形成的,其关键都是保障开挖面地层的稳定性;差别在于,前者是使加固开挖面地层达到自稳后,在常压条件下实施的,而后者则是通过泥浆渗透成膜等辅助工艺提高开挖面地层的闭气性后,在气压支护条件下实施的;对于基于常压可更换刀盘设计的换刀技术来说,开挖面地层的稳定性不需要重点考虑,盾构机特殊的中空刀盘辐臂和常压可更换刀具设计才是该技术的关键。     

盾构刀盘的有限元参数化建模及其分析

为快速进行盾构刀盘有限元分析,建立典型刀盘有限元模型建模系统,利用该系统实现了盾构刀盘自动建模和有限元分析,并进行了掘进过程的有限元仿真,得到了刀盘与掘进界面耦合作用下的动态强度、刚度,为刀盘的优化设计提供参考依据。     

考虑刀盘摩阻因素的盾构施工引起地层横向位移分析

为了全面和准确地计算盾构施工引起的地层横向总位移值,依据弹性力学Mindlin解,在已有研究的基础上,增加考虑面板式及辐条式刀盘的摩擦力对地层横向位移的影响,给出刀盘的简化计算模型,通过坐标转化和积分的方法分别推导2种结构形式刀盘正面及圆周面摩擦力产生的地层横向位移计算公式,并采用位移叠加的方法,给出盾构施工引起地层横向总位移计算公式,并对已有工程算例计算和分析,将结果与实测值对比。结果表明：计算结果可以反映盾构施工阶段地层横向变形的特点;在盾尾附近的一定范围内,同步注浆压力和盾壳摩擦力对地层横向位移的影响程度较大,为主要影响因素;在刀盘附近的一定范围内,盾壳摩擦力,刀盘圆周面环向摩擦力和刀盘正面摩擦力对地层横向位移的影响程度不可忽略;各因素产生的地层横向位移值随着深度的增加而衰减并向深层土体逐渐扩散;地层横向位移值受刀盘不同结构形式的影响程度较小,分布规律相仿;在刀盘推进面周围的一定范围内,地层横向总位移值正负区域的分布与刀盘的旋转方向有关。     

复合盾构滚刀磨损的无线实时监测系统

为了实时监测复合盾构掘进过程中滚刀的磨损和工作情况,建立了一套滚刀磨损的无线实时监测系统,将滚刀刀圈与传感器之间的距离变化转换为电压信号,经计算处理后得到滚刀刀圈的磨损量。在信号传输中使用无线结合有线的方式,将监测数据从终端节点经中继路由传输到上位机监控系统。分析了滚刀失效的主要类型、监测及判断机制,重点探讨了其安装结构和实现方案。结合某工程现场实验,证明该系统能有效地监测滚刀刀圈的磨损量,从而实现滚刀刀圈磨损的实时监测。