无水砂卵石地层盾构机的选型

无水砂卵石是一种典型的力学不稳定地层,对盾构存在较大的不良影响。根据无水砂卵石地层的特点及盾构机的适应性,确定选用加泥式土压平衡盾构,在此基础上,对盾构的刀盘形式、支撑方式、扭矩、千斤顶的推力及配制、螺旋输送机及加泥加泡沫系统等进行分析和比较,保证盾构的准确选型,对类似地层条件下的盾构参数计算和选型具有一定的参考意义。     

盾构刀盘形式对砂卵石地层扰动状态的影响

盾构刀盘形式的选择是砂卵石地层盾构掘进面临的关键问题。为解决这一问题,以兰州地铁1号线一期工程为背景,综合运用现场调查、实验室试验、三维离散元数值模拟、现场原位监测等方法,对砂卵石地层土压平衡盾构施工颗粒流动和地表沉降的机制进行了研究。1)通过室内大直径(300 mm)试样三轴压缩试验获得了砂卵石地层的应力-应变曲线,基于试验结果和EDEM离散元三轴数值试验,标定了离散元数值模拟需要的参数。2)基于Solidworks软件建立了面板式刀盘盾构和辐条式刀盘盾构三维机械模型。3)将盾构三维机械模型导入离散元软件EDEM中,建立了砂卵石地层盾构掘进过程的三维离散元模型;将模拟结果与现场监测数据对比,揭示了面板式刀盘和辐条式刀盘土压平衡盾构掘进对砂卵石地层扰动状态和地表沉降的影响机制。面板式刀盘土压平衡盾构掘进,刀盘前方、上方的"强烈扰动区"范围为(0.3~0.5)D(D为刀盘直径);辐条式刀盘土压平衡盾构掘进的"强烈扰动区"范围不足面板式刀盘的1/3,且扰动程度轻。     

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.     

突变载荷下盾构刀盘设计验证分析

在复杂地层条件下,由于掘进载荷不稳定,盾构刀盘受力不均、震动变形及刀具非正常损坏等是盾构施工中较为突出的问题。以工程现场刀盘与地层相关参数为基础,采用有限元方法,在不稳定载荷条件下对盾构刀盘受力特性进行分析,得出盾构在该地层不稳定载荷条件下掘进过程中刀盘应力、应变状态,可确保刀盘设计的可靠性。     

土压平衡盾构刀盘掘削动态数值模拟

在盾构掘进过程中,刀盘与土体之间的相互作用非常复杂。应用大型通用有限元分析软件ABAQUS建立了在砂土和黏土地层条件下土压平衡盾构刀盘掘进的非线性动力学模型,依据德鲁克-普拉格塑性屈服准则,采用包含单元删除功能的损伤失效准则模拟土体的屈服和破坏。模拟结果反映了土体在受到切削时累积塑性应变直至破坏的变化规律;刀盘在掘进过程中所受载荷呈一定周期性变化;在其他掘进参数不变的情况下,刀盘在砂土中掘进时所受轴向力和扭矩大于黏土;刀盘在砂土中的切削效率低于黏土。研究结果能够为土压平衡盾构刀盘的设计研究提供一定的理论指导。     

成都地铁7号线火神区间盾构选型与关键参数计算分析

盾构选型的合理性和关键参数的准确确定是盾构法工程施工成败的关键。针对成都地铁7号线火车南站至神仙树区间地质和水文特征,结合盾构对不同地层的适应性比较,论证采用土压平衡盾构施工的可行性和必要性。同时就盾构施工可能出现的问题,对盾构各个系统进行选型分析。在盾构推进阻力和刀盘回转阻力计算方法基础上,结合实际的地质参数,计算出该区间内最大的推进阻力为10 659 k N,最大刀盘回转阻力矩为4 072 k N·m;选取合适的储备系数,确定盾构最大推力和刀盘装备扭矩的建议值分别为26 648 k N和6 108 k N·m。最后通过与实际值进行对比,验证了盾构推力和刀盘驱动扭矩理论选型值的准确性。     

砂卵石地层盾构刀盘有限元分析

参照北京地铁某地段砂卵石地层盾构施工中使用的盾构机刀盘刀具结构,重建了刀盘刀具的三维实体模型;根据地层特性参数计算出了切刀、先行刀和周边刀的切削力以及地层对刀盘的压力和摩擦力,建立了盾构机刀盘的有限元计算模型;针对刀盘初始切削、掘进砂卵石地层和遇到大粒径卵石三种工况,分别分析刀盘刀具的受力特性,得出了应力应变分布规律,并结合工程实例提出刀盘结构的改进措施.     

盾构被困实例分析及脱困措施

在隧道盾构施工过程中,盾构被困的现象时有发生,对工程施工进度、安全和周围环境等造成不利影响。通过工程实例分析刀盘、盾体和盾尾被困的常见原因,总结相应的脱困措施,得出盾构被困的分类判断依据:1)刀盘开口处被地层中异常渣土填充束缚的判断依据;2)边刀(边滚刀或边刮刀)磨损造成掌子面开挖轮廓不足的判断依据;3)刀盘前方存在硬质障碍物的判断依据。     

基于ABAQUS的盾构切刀群模拟切削研究

为了解决复合式土压平衡盾构(earth pressure balance)在实际施工时常出现刀盘结饼、刀箱堵塞等工程问题,从刀群切削效果角度研究刀盘刀具布置的合理性,采用切刀群和滚刀群的动态切削模拟方法,提出土体质量变化和刀盘受载的评价指标,得到以下结论:软土地质下切刀群存在内偏角时的切削效果明显好于无内偏角的情况;掘进地层地质较软时宜采用小切刀切削重叠量,地质较硬时宜采用大切刀切削重叠量。刀群布置的研究过程为实际工程问题的解决提供了方法,数值仿真结果为复合式土压平衡盾构刀盘刀群的组合设计提供了参考。