双模式TBM刀具破岩试验台设计

盾构施工受岩层条件和刀盘设计的影响很大,可利用试验装置对刀具与岩石的相互作用关系进行研究。结合现有的单一回转或直线切割破岩试验装置,提出了双模式TBM刀具试验台设计方案,可在同一台装置上实现2种模式,具有成本低、功能多的优势。根据已有的单一模式试验台的研究成果及设计经验,设定双模式试验台的工作参数。通过设计试验台的机械结构及液压系统,实现了刀具下压、直线切割和回转切割破岩等试验动作,以及刀具贯入度、破岩力、破岩速度等参数变化;并利用ANSYS软件对机架结构进行静力学分析,验证方案设计的强度和刚度的可靠性;同时设计控制系统对试验数据进行采集,满足研究刀具破岩试验的要求。     

基于刀盘摩擦扭矩参数的刀具磨损状态识别

盾构在砂卵石地层掘进时,刀具磨损量大一直是困扰施工的难题。从土压平衡盾构的工作原理及砂卵石地层特性2方面分析刀盘扭矩的构成,并通过数学和力学分析建立了摩擦扭矩计算模型。以成都地铁3号线红牌楼南站-红牌楼站区间为研究背景,依托盾构施工安全风险监控系统,对计算模型进行验证;分析刀具磨损时,根据地质条件将摩擦扭矩进行分段计算,同时将摩擦扭矩除以总扭矩得到摩擦比例系数,运用比例系数跟踪判断刀具磨损程度。研究结果表明,砂卵石地层中构成刀盘扭矩的主要组分是刀盘正面、背面和侧面上的摩擦扭矩;摩擦扭矩计算模型符合工程实际;得到的摩擦比例系数与换刀形态具有较好的对应性,可定性判断刀具磨损程度,指导工程实践。     

大断面黄土隧道不同试验工法下的力学特性及变形特征研究

针对大断面黄土隧道的工法适用性问题,依托郑西客运专线陕西境内秦东、潼洛川和高桥等隧道,开展大断面黄土隧道中的CRD、双侧壁导坑、CD、留核心土台阶法及双层支护台阶法5种试验工法的试验,通过现场试验测试及数据分析,研究不同试验工法下的力学特性和变形特征。总结其变形特征为垂直位移显著,变形受封闭距离与支护刚度影响明显;分析对地表沉降的控制效果,受力特征分析显示型钢受压明显而锚杆受力较小;得到不同埋深下的围岩压力特征曲线;接触压力测试显示刚度大的双层支护较单层支护小。最后对不同试验工法的适用性进行综合评价。     

拱北隧道管幕工程顶管间距计算分析

为使管幕相邻顶管之间能够形成稳定土拱,防止管幕周围土体发生局部坍塌,需要合理控制管幕顶管间距。针对全断面支护管幕工程,结合管幕支护机制,运用土拱效应理论,对管幕顶部、中部、底部3个特殊位置形成的管间土拱进行分析,建立相应的管间土拱模型,分析土拱的受力情况; 运用土体的极限平衡条件对拱顶和拱脚进行稳定性验算,得出顶管间距的控制式。针对港珠澳大桥拱北隧道管幕工程,结合管幕所在地层的土体参数,对隧道顶管间距进行计算分析,得出拱北隧道顶管间距为0.47 m。与工程顶管间距实际取值（0.35 m）相比,计算值略微偏大,符合工程实际情况,说明建立的管间土拱模型是合理的。     

临江破碎地层基坑涌水综合分析方法研究

岩溶破碎地层是地铁基坑水害的常见地质条件,复杂的水文地质条件是灾害频发的主要原因。以南京上元门车站为例,运用水文地质资料、地球物理探测及连通试验手段对南京上元门车站基坑岩性、岩溶裂隙发育特征及相对富水性进行深入研究。根据薄弱地层围岩及裂隙类型,可将基坑划分为4个区域,并提出针对性的治理措施,形成临江破碎地层基坑涌水综合分析方法。最后通过选择适当的注浆材料和配套工艺对临江破碎带进行综合治理,取得较好的治理效果,验证了此方法的可行性,同时实现了临江破碎地层治理的信息化施工。实践表明,该方法能有效减少注浆治理的盲目性,大大降低治理成本,保证注浆治理的效果。     

成都地铁4号线二期盾构隧道漂卵石专项勘察分析

为探索漂卵石地层地质勘察方法,查明成都地铁4号线二期工程西延段漂石分布、含量、粒径、强度等工程特性,通过现场井群降水、人工大口径探井开挖、钢筋混凝土护壁、井下地质编录和漂石的量测、现场K30试验、密度试验、取样和水文地质试验等综合方法,查明了漂石的空间分布、含量、粒径大小、形状、强度等特征以及漂卵石土的机床系数、天然密度、水文地质特性。从地质条件、周边环境、工程经验等综合考虑,分析了地铁隧道工法的选择、隧道埋深、盾构选型,预测施工中可能出现的岩土工程问题,并提出针对性的工程措施建议以及漂卵石地层勘察方法的选用建议。     

水文监测技术在岩溶隧道施工中的应用

为探析岩溶隧道开挖过程中隧址区水文地球化学特征、岩溶水补径排条件以及隧道涌水与地表水文环境的相关关系,以华蓥山隧道工程施工为依托,开展动态水文监测和分析。利用水文动态监测体系反馈的水质和水量信息研究隧址区地下水水文地球化学特征、判定隧道开挖后地下水影响范围。结果表明:1)常规水质分析和同位素分析显示隧址区地下水径流条件较好,径流途径较短,并且受大气降水影响密切;2)隧址区地表布设的4个水文监测点均呈现流量、水位减少趋势,证明隧道建设对本区地下水系统造成一定影响,其影响程度不一;3)相关分析表明隧道涌水与龙古井、龙神洞2个地表水点呈强相关性,具有显著性。     

超大断面马蹄形盾构盾体系统研究设计及应用

为探索超大断面马蹄形盾构盾体载荷分布特性,解决超大马蹄形盾体设计关键技术问题,针对适用于单洞双线铁路隧道的超大马蹄形盾构护盾薄壳体轴向、周向载荷分布特性和传递规律展开研究,构建了盾体受载数学模型。基于上述载荷分析与功能需求详细探究了超大断面马蹄形盾构盾体的结构设计,明确了马蹄形盾体受力的薄弱环节,通过三维建模和有限元分析优化了盾体结构:壳体结构采用多半分体组合式结构,并通过法兰连接,满足了吊装和运输要求;壳体箱型环梁结构设计,在保证结构强度要求的同时节省了材料、减轻了质量;此外,进行了盾体的梭式结构、帽檐设计和超前注浆通道设计等针对性设计,有效提高了马蹄形盾构的适应能力。该马蹄形盾构的应用和盾体变形工业性监测试验表明,马蹄形盾构盾体结构满足整机平稳掘进、盾体微变形的要求,也印证了该数值模拟分析方法的正确性。     

基于线性切割试验碴片分析的滚刀破岩效率研究

为了研究碴片形状与TBM破岩效率之间的关系,应用机械破岩试验平台对北山花岗岩进行线性切割试验。通过对试验所形成的碴片进行粗糙度指数、扁平度以及长轴分析,发现不同滚刀间距及贯入度下所形成的碴片有很好的规律。TBM破岩效率越高,所形成的碴片大岩块的长轴更长,粗糙度指数更大,同时碴片也更加扁平。将粗糙度指数与比能进行回归分析,二者具有很好的线性关系。对于北山花岗岩,当刀间距与贯入度的比值为40左右时,TBM破岩效率最高。因此,碴片分析对评价TBM的破岩效率和优化施工具有重要意义。     

黄土高原地区隧道开挖对邻近既有隧道稳定性影响研究

为研究新建隧道开挖对邻近既有隧道稳定性的影响,依托山西太原黄土高原地区邻近既有隧道施工的新建铁路隧道工程,采用经验评估法和三维数值模拟分析方法分析新建隧道开挖对临近既有隧道稳定性的影响。结果表明:当新建隧道位于既有隧道限制范围内时,新建隧道与既有隧道的距离越小,对既有隧道的变形影响越大;当新建隧道位于既有隧道需要注意范围内时,新建隧道开挖对既有隧道轴线中间位置的扰动最大。