亭子口灌区一期工程第Ⅳ标段BIM正向设计优化与应用

灌区工程线路长、范围广、渠系建筑物众多,随着BIM技术在工程建设领域应用越来越广,在灌区设计中利用BIM进行三维正向设计与优化,有助于提高灌区设计质量,提升灌区整体管理水平。结合亭子口灌区一期工程第Ⅳ标段,介绍了利用水工建筑物三维参数化正向设计、BIM技术进行隧洞进出口三维开挖正向设计、深挖方暗渠优化设计、主支洞交叉段三维正向设计、BIM模型在运维阶段的应用等应用点,为类似工程设计提供了经验。

亭子口灌区一期工程隧洞悬臂掘进机选型与应用

目前,随着国内引调水工程发展,水利工程隧洞下穿越城镇、公路、铁路等越来越多,传统的钻爆法对地面建筑物震动影响较大,已不能满足上述情况下施工需要,随着各行业施工技术发展,已在市政、交通、采矿等行业广泛应用的悬臂掘进机也逐渐在水利水电工程中使用,以亭子口灌区工程为例,简要介绍悬臂掘进机在本工程隧洞工程施工中的选型及应用。

基于非连续介质力学的多刀盘矩形顶管掘进性能分析

为探明多刀盘矩形顶管的掘进性能,基于非连续介质力学,运用离散元数值建模的手段,建立全尺寸的多刀盘矩形顶管掘进三维离散元模型。模型中考虑刀盘群切削、螺旋输送机排土等多种动态过程,分析刀盘组转动速度对顶管机掘进性能的影响。通过对比分析现场实测与数值计算的刀盘扭矩值,验证了数值模型的有效性与可靠性。研究结果表明,在刀盘群的旋转切削作用下,刀盘附近渣土颗粒的流动性优于土仓内渣土颗粒的流动性,除了靠近刀盘中心区域的渣土颗粒外,其他位置渣土颗粒流动性较好。后置刀盘组的切削作用有利于渣土从土仓向螺旋输送机流动,因此后置刀盘应尽可能靠近螺旋机入口位置布置。刀盘组中两侧刀盘承受的土压力略高于中心的刀盘,且作用在中心鱼尾刀具和辐条周围区域上的压力相对较高。在砂质粉土地层中,考虑到经济与环保效益,刀盘组转速建议控制在2 rpm左右。研究成果可为类似矩形顶管掘进工程的刀盘布置与掘进参数设置提供合理的参考与借鉴。

近海复杂地层下城市轨道交通TBM选型优化与掘进参数控制

[目的]为提高TBM(隧道掘进机)的地层适应性,解决青岛地铁2号线(以下简称“2号线”)西延段近海复杂地层下TBM选型的难题,需对TBM选型进行优化,并对其掘进参数进行控制。[方法]通过地质条件适应性、施工灵活度及掘进效率等方面,对适宜硬岩掘进的TBM类型进行了综合比选。针对2号线TBM掘进区间存在的穿越断裂破碎带、始发空间不足、小曲率半径施工及不具备吊出条件等工程难点,对TBM进行了优化设计。确定了不同等级围岩下双护盾TBM的推力、扭矩、刀盘转速及净掘进速率等参数的取值范围。[结果及结论]经综合比选,2号线西延段近海复杂地层选用DSUC型双护盾TBM施工。该型TBM具有良好的地层适应性,支护方式灵活多样,通过优化刀盘、盾体及后配套台车设计,改进始发、拆解、小曲率半径施工方案,完善超前加固及导向系统,使TBM应用更加经济合理。双护盾TBM在中硬岩层中掘进时,可适当增加推力和扭矩,以提高净掘进速率;而通过断层破碎带时应严格控制掘进参数,以减少对掌子面的扰动。

盾构掘进对浅基础建筑物的扰动及影响分区研究

软土地层中地铁隧道盾构掘进对上方建筑物的扰动效应明显。本文以典型软土地层为背景,模拟不同空间位置盾构下穿浅基础建筑物的扰动效应,分析地表沉降变化规律,探究盾构下穿独立基础、筏板基础、箱型基础建筑物的内力及变形特征,并基于复合准则和强度折减法研究了软土地层盾构下穿建筑物的影响分区。研究结果表明:建筑物沉降随隧道埋深的增加先增加再减小,在隧道埋深(H)=12 m时达到最大值;隧道埋深增加会导致建筑物的水平倾斜变小,最大倾斜值出现在H=6 m处;可将隧道衬砌及围岩的安全系数比值曲线突变点作为强、弱影响分区的界限。研究结果可为软土区盾构掘进对浅基础建筑物的扰动分析及影响区的划分提供参考。

完整极硬岩条件下TBM连续高效破岩技术

以某项目螺旋斜坡道工程为背景,分析了影响TBM在完整极硬岩条件下连续高效掘进的因素,提出设计高效耐磨的刀盘系统,具体包括将刀间距优化至60 mm、刀具额定荷载提升至375 kN、提高刀座强度和耐疲劳性、设置两路冷却系统以控制刀盘刀具温度,并重点强化了刀盘的耐磨性;减小刃宽保证贯入度,将边刀刀圈允许磨损部分外侧加厚2.5 mm。在辅助破岩措施上,控制爆破实现人造裂隙;在连续转弯破岩技术环节上,提高TBM主轴承强度,并不断优化掘进参数进一步提高掘进效率。实践应用效果良好。

悬臂式隧道掘进机在机场隧道的应用实践

为探讨悬臂式隧道掘进机在隧道施工中的应用,依托长水机场隧道工程实际,由方案比选入手,结合工程的重难点,分析了悬臂式隧道掘进机在机场隧道施工中的应用及关键工序的控制要点。实践得出,机场隧道工程水文地质条件比较复杂,开挖施工难度大,而且施工现场周围有很多既有建筑物,常规钻爆施工技术产生的振动和破坏力比较大,对周围土体和既有建筑物造成的扰动和影响比较大,难以满足机场隧道施工的要求。鉴于此,在长水机场隧道施工中,采用了更加先进的悬臂式隧道掘进机进行施工,相比于钻爆技术,此种隧道施工技术具有一次性定位截割宽度及高度大,减少移机时间,破岩能力强等特点,非常契合机场隧道施工的要求,既能加快施工速度,而且在保证施工质量和安全性方面也有独特的优势,值得在类似工程中大力推广。

机械法联络通道管片切削下主隧道力学行为研究

为了解机械法联络通道破洞过程中主隧道管片结构响应变化,依托宁波市轨道交通5号线海晏北路站—民安东路站区间工程,采用动力显式有限元法,建立全刀盘三维精细化模型并引入材料累进破坏失效准则,对不同施工阶段下主隧道管片力学行为进行研究,得到了施工初始阶段、预撑阶段及刀盘切削阶段下全切削环和半切削环管片衬砌变形图、弯矩图和轴力图,绘制了主隧道管片在3种切削阶段下应力云图,并与原型管片加载试验结果对比验证了模拟结果的准确性。主要研究结论如下:内支撑体系可为主隧道分担水土压力,有效减小管片整体内力与竖向变形;联络通道破洞后,切削区管片洞口表现出悬臂效应,最大位移位于全切削环洞口下侧,在破洞后应尽快施作强支护加固,限制管片开口处变形进一步发展;刀盘磨削管片过程中,半切削环弯矩变化相对于全切削环具有滞后性,两者均在靠背侧拱腰部位产生弯矩最大值,轴力总体上则从拱腰至拱顶底较为平滑地减小;在切削阶段,管片洞口外壁与靠背侧中部存在应力集中,半切削环与标准环的交界处发生了应力突变,应适当加大钢隔舱管片与普通混凝土管片之间的连接螺栓强度,避免螺栓破坏引起主隧道管片错台。

综合地质预报技术在TBM隧道动态设计中的应用

为解决施工中隧道地质条件变化而导致隧道支护参数不匹配问题,保证TBM施工期各设计参数更为合理,以综合地质预报成果与揭露围岩情况为基础,实现TBM施工期的隧道动态设计,确保隧道施工及运营期结构安全、可靠。依托高黎贡山隧道TBM施工的某不良地质段,基于传统的地质分析信息、TSP法预报信息外,还引入了TBM搭载的地震波法和激发极化法等专用预报技术,配合地质编录和超前地质钻探,各方法相互补充、印证,使得隧道掌子面前方的地质情况判析更准确。该综合分析技术与设计的动态响应在隧道TBM施工段的实施,有效地指导了隧道TBM施工方案及隧道支护设计参数的制定,取得了良好的应用效果,为隧道施工动态设计提供了有力的保障。

盾构机换刀机器人抓取机构夹持力建模分析

针对锁钩-销轴式的滚刀抓取机构,基于目前一种适用度较广的间隙接触力模型,考虑接触面摩擦力,建立由滚刀及拆装机构的重力传递至油缸夹持力的数学模型。分析水平工况和竖直工况这2种特殊工况的夹持力模型,进而推导其他工况的抓取机构夹持力模型,并采用ADAMS进行仿真验证。基于换刀机器人试验台开展不同工况下的滚刀夹持状态分析,最后进行对比分析。研究结果表明:夹持力模型计算结果与仿真以及试验结果基本吻合,验证了夹持力模型的正确性,为盾构换刀抓取机构的夹持力输出提供了理论支撑。

敞开式TBM穿越长大断裂带施工技术研究

天山胜利隧道穿越博-阿区域长大断裂,敞开式岩石掘进机(TBM)施工面临着长距离穿越破碎围岩、突涌水、软岩挤压大变形等工程地质问题。为保障TBM安全、高效掘进,TBM始发掘进前,通过超长距离水平定向钻探测断裂带位置及地质特征。针对隧道施工重难点,对设备进行专项配置和改造,并结合工程实践,提出刀盘扩挖、应急喷射混凝土、钢筋排-钢拱架联合支护、TBM超前地质预报、掘进参数控制、塌腔回填、钻孔排水、注浆加固等一系列针对性技术措施,成功应用于博-阿断裂带的掘进过程,较好地保证了TBM在破碎围岩、富水、高地应力软岩等不良地质段落中的安全、高效掘进,节约工期57 d,达到了预期效果。研究成果可为类似的敞开式TBM穿越长大断裂带施工提供一定技术参考。

软硬交变地层城际铁路隧道双模盾构设备配置技术研究

为了解决软硬交变地层城际铁路隧道单一模式盾构装备适应性差的问题,针对深大城际工程土压敞开双模盾构,通过盾构设备优化设计与现场试验,提出了重载耐磨式刀盘刀具系统、双减速大扭矩式主驱动系统、多通道可感知式盾体系统、可伸缩可移位式出渣系统、超前加固与管片拼装组合式围岩支护系统等五项双模盾构配置关键技术,大幅度提升了盾构装备地质适应性。上述技术已应用于深大城际试验段,并取得了较好的应用效果,可推广应用至深大城际后续盾构区间及其他软硬交变地层的盾构隧道工程。

机械式盾尾间隙实时测量装置研制及应用

针对非接触式盾尾间隙测量装置环境适应性差、精度低、造价高等不足,进行了接触式盾尾间隙测量装置的研制与开发。采用磁敏角度传感器进行角度测量,再经数学计算将角度值转换成距离值,得到对应的盾尾间隙值,实现盾尾间隙实时测量。该装置在工程现场进行了试验与应用,达到了较好的应用效果:测量装置可实现对盾尾间隙的连续实时测量,测量数据可以本地存储和远程读取,测量效率高;机械式测量不需要经过复杂的数据处理,测量误差相对较小,可以控制在1 mm以内;机械式盾尾间隙测量装置成本较低,达到非接触式测量装置造价的1/5,可有效降低工程成本。

超长隧洞TBM施工关键技术研究

“引黄入晋”隧洞工程作为大规模集中采用TBM施工的大型引水工程,创造了TBM累计掘进124km的新纪录,开创了TBM施工技术在我国广泛应用的先河。文章以此工程为范例,介绍了TBM用于超长深埋岩石隧洞施工的若干关键技术,并就TBM适用条件、隧洞衬砌理论、掘进参数确定等进行了分析和研究,可为其它类似工程提供借鉴与参考。

机械破岩试验平台研制

随着经济发展及科技水平的提高,硬岩掘进机、盾构机、反井钻机、巷道掘进机等机械在地下工程施工中得到了空前发展,机械破岩试验成为地下工程施工机械不可或缺的一个试验手段,以指导地下工程施工机械设计和施工。文章介绍了北京工业大学自主研制的机械破岩试验平台,该试验平台的设计制造综合考虑了高地应力、刀盘旋转和多个刀具同时破岩等工况,也考虑到不同破岩机械不同类型刀具破岩试验,还能在岩样箱中考虑到不同的岩体结构,可以真实模拟不同机械刀具的现场施工工况。试验平台由机械系统、液压系统、自动控制系统和数据采集系统组成。试验平台制作完成后,进行了多个不同工况的验证试验,达到了原定的设计要求。

TBM盘形滚刀受力分析

研究盘形滚刀的受力状况可以改善滚刀的设计，提高其使用寿命。文章通过ABAQUS分析软件建立了盘形滚刀切割岩石的有限元模型，并进行了动态模拟和动力学分析；模拟结果很好地解释了TBM掘进过程中，液压千斤顶需要不断地增加压力才能保持掘进速度的现象，并且验证了盘形滚刀最大瞬时接触力值为接触力平均值的2～3倍，同时发现ABAQUS可以很好地模拟出岩石被切割时出现岩碴飞溅的现象；研究结果为盾构机盘形滚刀刀具的设计及研究其寿命提供了一些理论依据。

预测TBM掘进速率的难点及对策研究

结合TBM施工方法的特点,分析研究了制约准确预测掘进速率的三个因素:岩体条件的不确定性、机-岩相互作用的复杂性和施工过程的多变性。以Maen隧道为例研究发现,TBM的净掘进速率PR分布具有随机性。根据这一特点,提出了基于风险评估方法的TBM施工决策方法,即应用定量的风险评估方法(DAT模型)来预测采用TBM施工的工期和成本的概率分布情况。业主和施工方可以据此来决策是否选择用TBM法,从而实现是否选用TBM法施工的科学决策。

TBM深埋破碎带卡机换拱施工关键技术

以引汉济渭工程秦岭隧洞岭北施工段TBM(Tunnel Boring Machine)卡机脱困为工程背景,结合现场工况条件,为了确保施工人员和TBM设备安全,采取先封闭再加固最后分类实施的方法换拱。卡机处理采用注浆加固、导洞开挖支护、大管棚施工等施工工艺,换拱施工采取先立后拆、整环推进和加固回填等技术措施,使得围岩下沉变形得到了有效控制,保证了隧道施工安全。

超前支护技术在敞开式全断面掘进机施工中的应用

文章对TB880E型敞开式全断面掘进机 (简称TBM)在新建铁路西安至南京线磨沟岭隧道施工中的超前导管注浆和管棚支护技术进行了研究并提出了相应的施工方案和技术措施 。

SBM竖井硬岩掘进机出渣优化

SBM竖井硬岩掘进机是中铁工程装备集团研发的一种竖井开挖的新型设备,但在现场应用中存在不足。例如该设备的出渣系统经常性出现问题,严重减低设备的利用率并提高了设备故障率,因此可通过对出渣系统的优化来提高设备利用率并减低设备故障率,创造更多的价值。