上排渣型全断面竖井掘进机凿井工艺及工业试验

为解决传统钻爆法和钻井法在大深度和盲竖井施工中的局限和不足，研究并提出上排渣型全断面竖井掘进机机械化凿井工艺，即采用全断面钻进、机械式上排渣，实现一次性成井。首先，介绍上排渣型全断面竖井掘进机的设计理念，并对整机的开挖系统、出渣系统、支护系统、导向系统以及纠偏系统的工作原理和整机的具体性能参数进行介绍； 然后，针对竖井掘进机施工应用时的始发井修建要求、设备组装顺序、调试步骤、井身段施工的具体工艺流程、拆机顺序等各工序的施工技术要点进行详细说明，并进一步总结上排渣型全断面竖井掘进机的工法优势及应用前景； 最后，基于上排渣型全断面竖井掘进机在宁海抽水蓄能电站竖井施工中的工业试验，分析竖井掘进机的施工进度并阐述竖井掘进机穿越不良地层中的应对措施。     

全断面竖井掘进机上排渣关键技术研究与试验

为解决竖井掘进机施工过程中竖向排干渣的难题，提出全断面竖井掘进机上排渣技术。首先，介绍上排渣系统的技术原理和排渣能力；然后，针对岩渣粒径控制技术、刮板输送机刮渣技术、刮渣盲区清渣技术、斗式提升机转渣技术进行研究；最后，进行不同推力和转速等多种工况下的掘进试验。结果表明： 上排渣技术可行，岩渣粒径可控，排渣系统运转正常。全断面竖井掘进机上排渣技术，为竖井掘进机机械化连续排渣提供了一种可行可靠的方法，有利于促进竖井掘进施工技术的进步。     

全断面竖井掘进机研制及关键系统试验

传统矿山法竖井施工面临着涌水、地热和地应力等危险性问题,钻井法对地层的适应性较差,沉井法受开挖深度的限制。为解决竖井施工效率低、环境恶劣、安全性低和机械化程度低等问题,结合隧道掘进机技术及矿山法竖井施工工艺,研发设计一种集开挖、出渣和支护平行作业的全断面竖井掘进机。根据目前竖井施工的支护方式,取消后配套改用吊盘结构,采用多地层同步清渣的破岩系统、多机构联合排渣技术、环形支撑推进系统、专用导向系统和设备远程控制系统等多项创新性设计。该研制成果已在厂区基坑内完成关键系统的功能试验,可实现掘进、出渣同步作业,试验成井井壁质量较好,为竖井全断面施工提供了一种可靠的工法,有助于竖井施工的机械化发展。     

面向竖井掘进机的超宽带分层平面定位系统设计与应用

为解决竖井掘进机施工过程中面临的各类风险点和复杂的人员管理现状，提升竖井掘进机现代化作业水平，设计一种基于超宽带UWB（Ultra wideband）技术的分层平面定位系统。针对竖井掘进机结构特征和施工环境，采用层加法构建定位空间，首先，根据层判断基站确定定位目标所在层级；然后，结合层定位基站利用迭代法计算目标准确位置，并对定位误差进行分析。该分层平面定位系统应用于宁海排风竖井项目，研究表明层级判断准确率达100%，定位精度误差小于0.2 m，满足竖井掘进机施工作业的定位精度要求，有利于促进施工安全的进步。     

极端复杂地质TBM研制及高效施工关键技术

为解决全断面硬岩掘进机在极端复杂地质掘进效率低下的难题,考虑极端复杂地质环境条件和全断面硬岩掘进机技术特点,首先,制定极端复杂地质全断面硬岩掘进机技术指标,研制极端复杂地质全断面硬岩掘进机,提出变截面收敛地层扩挖技术;然后,基于破碎围岩地质特征,建立关键参数控制、小导管化学灌浆、管棚注浆、小导洞开挖技术协同作业方法,并应用于解决破碎围岩地层;针对岩渣堆积掘进效率低下的问题,建立机械除渣和皮带机出渣联合清渣模式;最后,通过高黎贡山极端复杂地质掘进验证了本文研究成果。结果表明： 1）全断面硬岩掘进机在Ⅱ、Ⅲ级围岩条件具有较高的进尺速度,设备完好率较高; 2）Ⅳ、Ⅴ级围岩为主的破碎地层具有较好的适应性,实现刀具磨损一般的情况下最高月进尺达到了438 m,平均月进尺为412 m,表明具有良好的地质适应性。     

一种沉井潜入式竖井掘进机结构设计与研究

为解决传统竖井施工中机械化程度低、人力消耗大、安全风险高等问题，研发了一种沉井潜入式竖井掘进机。该掘进机可以实现开挖、出渣、支护同步作业，自动、高效施工。针对沉井潜入式竖井掘进机的相关结构进行研究： 1）系统阐述沉井潜入式竖井掘进机的结构组成和工作原理； 2）基于受力特性和运动特性，分别对其工作装置进行力学特性分析和运动学特性分析，构建其运动学分析简易模型； 3）采用有限元法对关键部件进行静强度分析，得到其对应的应力云图和变形量云图，验证关键部件在强度和刚度方面符合设计要求； 4）基于虚拟样机技术对其关键部件以及关键位置处进行运动学研究和动力学研究，得到其位移和受力曲线图。结果表明： 该竖井掘进机结构设计、力学特性分析以及运动学分析合理，有限元法和虚拟样机技术运用可行。     

高黎贡山隧道1号竖井设计及分析

为了满足高黎贡山隧道竖井施工任务要求，综合隧道所处环境及竖井能力需求，按照竖井井口、井筒、井下3方面统筹考虑的总体设计思路，提出高黎贡山隧道1号竖井设计关键问题的解决方案： 1）根据井口地形、地貌条件及提升设备、井口车场布置要求，合理布置井口场坪； 2）根据竖井功能定位，竖井宜采用主副井模式； 3）根据井下施工的出渣量、材料数量、人员进出量等综合考虑竖井断面尺寸； 4）当地质条件、水文地质条件允许时，竖井宜采用短段掘砌混合作业法施工，设置模筑混凝土井壁； 5）竖井提升设备宜按井下施工期间的要求考虑，建井期间各设备之间能力应匹配； 6）竖井施工能力应满足井下施工期间出渣、进料要求，并留有富余； 7）井底车场应结合运输方式及进料、出渣等功能要求确定； 8）竖井安全保障应首要解决地下水问题。目前高黎贡山隧道1号竖井主井已完成建井，结果表明铁路隧道竖井按照以上设计方法及思路是可行的。     

填补空白!《全断面隧道掘进机再制造》国家标准来了

正近日,由盾构及掘进技术国家重点实验室牵头主编的全国首个全断面隧道掘进机再制造领域的国家标准——《全断面隧道掘进机再制造》(GB/T 37432—2019)由国家标准化管理委员会正式批准发布,将于2019年12月1日实施。这是全国首个关于全断面隧道掘进机再制造的国家标准,共有10个章节,明确规定了全断面隧道掘进机再制造的流程、再制造性评估、再制造总体方案制定、再制造设计等一般要求;规定了刀盘、主驱动单元、后配套系统等主要系统及部件的再     

浅谈TB880E隧道掘进机PLC控制系统故障诊断技术

TB880E全断面隧道掘进机具有机、电、液自动控制一体化、自动化控制程度高、设备复杂等特点,因此出现故障的机率比较多。对掘进机这种机械化流水作业,任何一个环节出现故障都将导致整个施工作业的停止。因此如何正确诊断故障并快速处理故障对保障正常掘进具有重要作用。 本文针对掘进机的作业特点对其PLC控制系统的故障自诊断和电气、液压系统的故障在线实时诊断技术进行了研究探讨。     

对全断面隧道掘进装备智能化的一些思考

简要介绍人工智能技术的发展现状、智能工程装备的发展趋势以及全断面隧道掘进装备智能化的国家需求,指出掘进装备智能化将成为隧道工程领域的重大技术挑战和未来行业竞争热点;提出复杂环境下全断面隧道掘进装备智能化面临的科学挑战:1)复杂工况下掘进状态识别与地质环境感知,2)地质环境与装备掘进运行参数映射规律与匹配,3)多子系统掘进作业的智能规划与协同控制;分析掘进装备智能化的现有研究基础,指出环境与状态感知、施工参数自适应动态调控、多系统协调控制与多目标优化等理论与应用存在的不足;提出掘进状态感知、掘进参数工况自适应动态调控、掘进参数数据挖掘计算、掘进参数的智能优化和决策以及多系统协调智能化控制等包含全断面隧道掘进机设计、制造及运行等各个环节的智能化设想。     

双模式全断面掘进机探讨

为适应地质的复杂性以及中国国情,探讨双模式全断面掘进机的未来发展趋势,并举例说明双模式全断面掘进机的设计理念,详述其主要结构及适用范围。与单模式掘进机相比,双模式全断面掘进机地质适应性广、设备利用率高、施工成本低,是隧道掘进设备技术发展的主要方向之一,具有良好的发展前景。     

土压平衡箱涵掘进机的设计研究

为解决管幕箱涵工程中，大断面箱涵推进阶段正面土压力平衡失稳导致的管幕体系失效的问题，依托上海市田林路下穿中环线地道工程，设计1台土压平衡箱涵掘进机用于箱涵推进施工，并介绍箱涵掘进机的设计条件、主要参数选择，壳体结构受力分析和应用情况及效果。研究结果表明： 1）土压平衡箱涵掘进机通过正面土压力的平衡有利于地面沉降控制； 2）通过SolidWorks三维平台对箱涵掘进机的壳体进行建模受力分析，得出结构设计完全能够满足施工荷载条件； 3）箱涵掘进机的姿态控制主要依靠已完成的管幕作为导向，并通过同步推进系统调整箱涵左右行程偏差； 4）刀盘配置存在切削盲区，在加固区施工过程中会造成推力过大。     

全断面隧道掘进机简述

0引言 全断面隧道掘进机（Full—face Tunnel Boring Machine）简称TBM。1851年,美国工程师Charles Wilson设计了世界上第一台可连续掘进的隧道掘进机,但由于设计上存在难以克服的滚刀问题,无法与当时刚诞生的钻爆法相媲美,致使其无用武之地。     

一种适用于机器人换刀的新型滚刀刀座设计与分析

针对传统刀具更换动作复杂、机器人无法快速拆装刀具的问题，分析传统刀具卡块式紧固方式的受力特点，进行联动传动链与结构尺寸综合设计，开发一种连杆闭锁刀具紧固结构，实现机器人一次动作完成刀具快速拆装。利用有限元技术和接触理论，建立刀座紧固力学模型，研究刀座设计参数对刀座结构性能和紧固性能的影响关系；通过ANSYS Workbench平台，分析掘进工作状态下刀座应力分布和变形量，验证新型刀座静强度可靠性。经分析，新型刀座能够实现机器人一次位姿调整下刀具快速拆装，且满足掘进机施工对刀座系统的力学性能要求。     

TBM掘进模态综合实验平台升级改造研究

为建立全断面岩石隧道掘进机刀盘不同位置滚刀载荷分布规律，防止TBM滚刀及刀座频繁过载失效，通过对TBM掘进模态综合实验平台升级改造，研发了单把滚刀载荷测试方法，实现了单刃滚刀、中心双联滚刀以及不同规格滚刀载荷的直接获取； 开发了滚刀载荷和转速监测系统，实现了滚刀载荷和转速数据的实时采集和无线传输； 制造了可安装不同规格滚刀、刀间距和刀高差可调的多功能刀盘，实现了刀盘刀具多种方式布置。TBM掘进模态综合实验平台的升级改造为TBM刀盘不同位置滚刀载荷分布规律、刀盘刀具布置等滚刀破岩理论的研究提供了实验工具，为TBM滚刀载荷实时监测提供了新方法。     

DSU-C多功能全断面岩石掘进机

为解决开敞式掘进机在软弱围岩条件下无法掘进和双护盾式掘进机在遇到收缩性围岩或经过断层破碎带时容易出现卡机无法通过的问题,本文介绍了一种DSU-C多功能全断面岩石掘进机,该掘进机优化了结构设计--盾体呈倒锥形并缩短了主机长度,减小了盾体与隧道壁之间的摩擦力,有效避免了在遇到收缩性围岩或经过断层破碎带时卡机事故的发生;性能方面采用大推力和大扭矩设计,脱困能力强;此外,该掘进机具有多种掘进模式,适用于开敞式掘进机的典型应用领域,具有双护盾掘进机的所有优点,使掘进操作更加容易和简便。最后通过具体工程案例的介绍,验证了该掘进机应对各类复杂的地质条件具有不可比拟的优越性。     

适用于模拟复杂地质条件的微型TBM试验系统研制及应用

为研究TBM掘进隧道复杂地质的演化过程及破坏特征,研制了适用于复杂地质条件的微型TBM模型试验系统,主要由微型掘进装置、多功能岩箱、微型掘进机工位平移装置、四联液压系统以及微型掘进机掘进控制系统组成。该系统可实现推进速度0~50 mm/min可调、刀盘转速0~10 r/min可调、刀盘最大转矩可达1 000 N·m、刀盘最大安全掘进距离可达1 100 mm; 可以进行半断面可视化掘进和全断面高地应力模拟掘进,并提前了解TBM掘进复杂地质时隧道应力的变化规律,为现场高地应力大埋深复杂地质下TBM掘进提供可靠的参考资料。     

岩渣分类边缘终端轻量化算法研究

为达到掘进过程中掘进机可实时预测前方地质状况的目的,以实际工程案例的岩渣图片数据为基础,分析传统神经网络模型的结构特征,自主设计轻量化网络模型,并对岩渣图片进行训练,使用岩渣图像数据调整Mobilenet轻量化网络模型参数。结果表明:1)传统的神经网络算法参数量多,占用内存量大,无法在现场部署算力有限的岩渣识别边缘终端,而自主设计的轻量化网络可以满足现场岩渣图像分类准确性的要求;2)Mobilenet轻量化网络模型比传统网络模型减少了80%～90%的计算量,但岩渣图像分类准确性达到97%。     

管道更新掘进机刀盘切削钢筋混凝土管道转矩试验研究

为研究掘进机直接切削钢筋混凝土管道，实现管道原位破除更新的可行性，对新型刀盘切削过程中的参数进行分析。通过力学与数学方法，从条齿滚刀切削钢筋混凝土管道机制入手，研究切削转矩的计算方法；设计刀盘试验，系统研究切削参数的变化规律与影响因素，并提出管道更新掘进施工控制指导参数。研究表明： 1）刀盘全断面切削钢筋混凝土管道时，刀盘转矩与时间呈Boltzmann函数关系。2）刀盘推进速度提高，刀盘转矩呈线性增加；刀盘转速提高，刀盘转矩呈先减小后增大的规律。3）结合刀盘切削参数与切削比能，确定8~12 mm/r为较优贯入度区间。     

装配式竖井预制混凝土管片结构设计

为提高竖井建设的效率和安全性，采用垂直竖井挖掘机（VSM）进行装配式竖井施工。以南京市建邺区沉井式停车设施建设项目(1期)工程为例，系统介绍竖井工程的预制混凝土管片结构设计理念，包括管片构造、连接方式、受力情况、防水设计等；同时，在国外同类工程的基础上对管片结构进行优化设计，首次提出全通用管片设计理念，极大提高了现场施工效率和质量。经现场应用证明： 圆形管片式竖井整体受力状况良好，防水设计满足要求。