富水卵漂石地层盾构滚刀磨损规律及寿命预测分析

为探究成都富水卵漂石地层盾构滚刀磨损规律及寿命特性,以成都地铁17号线凤温区间和明一区间第1次查换刀情况为研究对象,首先对两区间不同开口率刀盘的滚刀磨损形式和磨耗系数进行对比,之后采用基于现场实测数据的滚刀寿命预测模型对查换刀距离进行预测,最后通过第2次换刀对预测效果进行验证。研究结果表明： 1)富水卵漂石地层滚刀磨损形式主要表现为尖状磨损和偏磨磨损,偏磨滚刀主要分布于刀盘边缘及中心区域; 2)滚刀磨耗系数与安装位置半径关系曲线大致呈U形分布,中心滚刀和边缘滚刀的磨耗系数较大,正面滚刀的磨耗系数较小; 3)刀盘开口率是影响滚刀磨耗系数和偏磨概率的重要因素。     

海底复杂地层超大直径盾构刀盘设计与优化

为解决海底复杂地层超大直径盾构刀盘设计中面临的刀间距布置、刀盘结构分析、刀盘功能优化等难题,基于某海湾隧道工程地质、水文特点,对盾构穿越海域段全断面软土层、孤石侵入的软土地层、基岩突起地层等工况开展分析。首先,开展室内不同刀间距破岩实验确定中心区域间距并提出刀盘刀具的总体布置方案;其次,采用数值计算对刀盘结构进行静力学和模态分析,结构的最大应力为190 MPa,最大变形为6.2 mm,前6阶频率为26.6~42.9 Hz,固有频率避开了工作频率;最后,考虑工程特点进行集中控制分布式冲刷系统、刀具运行状态监测及耐磨保护措施的刀盘功能优化。工程应用表明,刀盘结构强度、刚度满足要求,刀间距设计合理,刀盘优化措施提升了盾构在淤泥及海底软硬不均地层的适应性,可为类似海底复杂地层盾构选型及设计提供一定的参考。     

典型上软下硬地层盾构施工技术

围绕典型上软下硬地层的施工,分析了该地层中盾构法施工存在的问题和风险;为了提高上软下硬地层盾构施工掘进的效率,给出了施工的有效方法和措施;针对这种不良地层盾构施工发生的问题,研究了相应的应对措施,提高典型上软下硬地层的施工质量。     

北京地铁9号线3标盾构机刀具的破坏形式及刀具的改造

依据北京地铁9号线3标段大漂石地层中的盾构施工,分析了土压平衡盾构辐条式刀盘在大漂石层中的一些破坏形式及磨损规律,并有针对性的对刀具的排布和刀具的保护做了一些改造措施,使得改造后的刀盘主体刀具破损较小,大大提高了刀具的使用寿命,顺利完成盾构掘进施工。     

中铁隧道集团二处TBM掘进破万米

日前,由中铁隧道集团二处掘进机一公司负责施工的兰渝铁路西秦岭隧道出口TBM刀盘运转4 258.1 h、完成掘进10 003.9m,创造了刀盘直径10 m以上TBM掘进破万米、平均2.35 m/h 2项国内新纪录。这是继该TBM掘进机创造2项世界纪录、5项国内纪录后取得的又一重大突破。自2010年1月TBM掘进机起运以来,掘进机一公司以TBM掘进为主线,紧盯TBM维修保养、机车整合编组、长距离有轨运输、皮带七次转载等关键环节,先后克服了TBM超宽超高超重、运输线路长等诸多难题,实现了日掘进42.69 m、周掘进235 m、月掘进841.8 m、掘进破万米、平均2.35 m/h、连续皮带出砟及同步衬砌等多项国内纪录及世界纪录。     

盾构机压缩空气条件下切割焊接技术通过鉴定

2013年1月,由3名工程院院士和4名教授组成的盾构机压缩空气条件下切割焊接技术研究项目专家组,对中国中铁隧道集团北京铁路地下直径线项目部在北京铁路地下直径线盾构机刀盘第3次改造中,对刀盘舱内成功进行的压缩空气条件下切割焊接技术进行了鉴定。鉴定会上院士和专家教授一致认为在≤0.3 MPa(表压)压缩空气条件下切割焊接技术达到了国内领先水平,填补了国内空白。     

预热温度对盾构刀盘堆焊组织和性能的影响

为解决大直径刀盘拼装焊接后残余应力大、产生延迟裂纹的问题，提出通过控制预热温度提高堆焊质量的方案。试验采用自保护药芯焊丝对盾构刀盘使用的Q345R材料进行堆焊，分别研究预热温度为50、100、150、200 ℃时堆焊组织和性能的变化。结果表明： 经过100 ℃预热后，残余应力最小，冲击韧性最好，显微硬度梯度变化幅度最小，综合力学性能最佳。将试验得出的结论用于指导刀盘堆焊时预热温度的选取，证明通过选取合适的预热温度，刀盘焊接后UT探伤结果一次合格率达到100%，在实际应用中取得了良好的效果。     

盾构在富水粉细砂层中长距离平行下穿有压敏感管线施工控制技术

郑州地铁2号线国基路站-北环路站区间隧道在富水粉细砂地层中长距离下穿3条有压给水管线,给水管为混凝土管材,稳定性较差。为满足设计单位和产权单位对施工沉降的要求,分析盾构隧道下穿施工过程中,不均匀沉降导致地层土体变形的施工风险,地层沉降主要受刀盘结构形式、刀盘支撑形式（影响渣土改良效果）、渣土改良剂在刀盘上的注入位置3方面影响。从设备选择及改造、施工工艺措施方面予以优化： 1）盾构刀盘结构形式及相应配置要适应富水粉细砂层掘进和保压; 2）合理的施工参数及工艺措施对地表沉降控制的必要性。监测结果表明,管线最大沉降满足风险源控制目标。     

盾构刀盘变形修复技术及理念

珠三角城际隧道施工中盾构刀盘出现了较大变形,为实现仓内维修并恢复掘进,探讨在不具备全面、系统修复的安全空间和作业条件情况下进行刀盘应急修复的特殊技术,总结出仓内变形刀盘的修复要点即控制修复刀箱在刀盘径向和轴向的安装位置,以保证各滚刀间距及破岩轨迹与原设计相符,并使滚刀表面保持弧形过渡。为盾构刀盘仓内特殊条件下维修积累了经验,也是对修复表面要求“从平到不平”的理念做了尝试与探讨。     

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。