矩形顶管机刀盘转动方向引起土舱压力变化规律的实测分析

土压平衡矩形顶管施工时,有效控制土舱中土压力的分布与变化十分重要。本文结合一大断面多刀盘矩形顶管工程,对各刀盘转动方向不同时的土舱压力分布进行分析,并对顶管机前方工作面理论土压力进行计算。发现刀盘旋转方向对土舱压力分布影响明显,顶进排土状态与顶进不排土状态时相同的刀盘转向对土舱压力分布影响规律基本一致,并通过比较得出合适的刀盘旋转方向。研究成果对矩形顶管施工控制土舱压力时选择刀盘转动方向具有指导作用。

矩形顶管机下穿郑州市中州大道工程简介

介绍国内最大断面矩形顶管机首次应用于城市车行地道工程,大型顶管机将长距离穿越运营的郑州中州大道和地下构筑物。下穿隧道的建成,将改善郑州城区的交通,为郑州市近年来一直在推行的"北移东扩"的发展起到积极作用。

矩形顶管机及矩形隧道的研究与应用

本文结合实际工程介绍了矩形顶管机的选型、研制、矩形隧道的设计及施工中应注意的问题。

富水砂卵石地层矩形顶管机的研究及应用——结合成都川大下穿人民南路人行通道工程

以成都川大下穿人民南路人行通道矩形顶管项目为依托,对富水砂卵石地层矩形顶管机关键技术进行研究。1)为探索同平面多刀盘联合开挖矩形断面技术,采用ANSYS Workbench有限元仿真分析方法对刀盘结构进行优化,得出:刀盘采用箱体式4辐条结构外加大圆环支撑形式,可满足强度需求的同时有效提高刀盘开口率。2)研究针对大粒径卵石的双螺旋输送机排渣技术,利用ANSYS仿真分析对螺旋叶片厚度进行优化,通过工业性试验表明:大直径、大节距螺旋叶片设计可有效提高卵石地层的排渣效果,实现450 mm粒径卵石的顺利排出。3)采用正交试验对掘进过程中渣土改良工艺进行研究,获得适应该地层的渣土改良方案。

矩形顶管机施工中遇到的障碍及清障技术

矩形顶管主要用于城市繁华街区施工地下通道,覆土深度一般为4～6m。描述了矩形顶管机在某市施工地下通道中遭遇大直径、高强度石块以及中间井设计、基坑围护、开挖、清障、修复顶管机机头等情况。总结的一些施工经验可供同行借鉴。

分体组合式矩形顶管机关键技术探究——结合中铁装备地下停车场项目

为解决分体组合式矩形顶管机高精高效掘进难题,以中铁装备厂区地下停车场项目为依托,对矩形顶管机分体组合式结构适应性、位姿(位置与姿态)控制、组合式小刀盘开挖系统设计等关键技术展开研究:1)提出新型组合连接形式,解决因设备组合带来的密封、管线联通等结构适应性问题; 2)创新盾体铰接结构,提出分体组合式顶管机复合位姿控制方法,即以纠偏油缸为主,双螺旋输送机互馈出渣为辅的协同纠偏策略,多刀盘转向转速控制与主机周向多点加压控制相结合的纠滚策略,实现浅覆土、零间距隧洞的高精度施工; 3)基于回归分析方法,探讨小刀盘扭矩系数随刀盘直径、刀盘布置位置的变化规律,建立直径3 m以下小刀盘扭矩系数的计算模型,为多刀盘系统驱动配置提供理论依据。

敞口式矩形顶管机设计与研究

为解决稳定地层中联络通道的机械化施工问题,研发敞口式矩形顶管机,并分别对敞口式顶管机在土体中的载荷分布特性、盾体静强度和挖掘臂的工作空间进行研究。1)基于普罗托基亚卡诺夫理论,研究敞口式矩形顶管机在土体中的载荷分布特性,构建盾体的受力模型。2)采用有限元法对盾体进行静强度分析,得到盾体的应力云图和变形量云图,验证盾体在强度和刚度方面符合设计要求。3)利用D-H方法对挖掘臂系统进行运动学建模,得到挖掘臂末端在基坐标系中的位置矢量;应用蒙特卡洛法对挖掘臂的工作空间进行分析,得到机械臂末端的工作空间点云图。研究结果可为敞口式顶管机的结构设计和设备控制系统的搭建提供依据。

复合地层矩形顶管机关键技术及应用——结合重庆天宫殿下穿快速路项目

为解决复合地层矩形顶管机施工难题,探讨矩形顶管机在不同复合地层中的技术方案,以重庆天宫殿下穿快速路隧道项目为依托,对用于软土与岩层复合地层的矩形顶管机开挖、出渣等关键系统设计及应用进行研究。首次提出复合地层分层开挖方式,开发出盲区开挖装置(破岩滚筒),并基于有限元及工业试验分析,验证复合多刀盘+滚筒分层开挖方式的可行性,实现盲区位置30 MPa岩层的高效切削,解决了矩形断面软土与岩层复合地层全断面开挖难题;同时,针对复合地层土舱下部搅拌与出渣难题,采用了复合地层滚筒与螺旋输送机联合出渣技术,并基于计算流体力学(CFD)对滚筒进行排渣特性分析,结果表明当采用双螺旋排渣结构,且螺距在900 mm左右时,排渣效率最高,能够实现复合地层矩形断面土舱高效排渣;最后,通过工业性试验,验证复合地层分层开挖及联合出渣技术的可行性,为复合地层矩形顶管机应用提出了新的解决方案。

可变径矩形顶管机模块化刀盘及主驱动的设计与研究

为实现矩形顶管机的快速变径,扩大设备适用范围,基于偏心多轴驱动形式,设计了一种可变径矩形顶管机的模块化刀盘及主驱动。一组刀盘配备两组驱动,构成一套便于拆卸、更换的模块。须多个模块组合使用,确保至少4根曲轴支撑一组大刀盘,通过模块的组合或调节模块间距实现顶管机快速变径。在对模块进行受力分析的基础上,采用Ansys有限元分析软件对刀盘、曲轴进行了静力学分析及模态分析,得到二者在最大载荷条件下的应力值、变形量及固有频率;通过刚柔耦合动力学仿真,得到曲轴载荷谱,并基于nCode Design Life对曲轴进行了疲劳分析,得出曲轴的损伤、寿命结果。结果表明:在软土地层施工中,刀盘最大应力为229.7 MPa,低于材料屈服强度,安全系数1.55,前6阶固有频率范围为179.3 Hz~196.5 Hz;曲轴最大应力为491.4 MPa,位于前端主轴颈圆角处,安全系数1.89,前6阶固有频率范围为333.4 Hz~1304.5 Hz。曲轴主要疲劳损伤点集中于前端主轴颈的圆角处,最小循环次数为3.37×10^(7),理论寿命为165928 h,可满足顶管机掘进需求。

砂卵石层矩形顶管机切削技术及排渣系统研究与应用

为探索矩形顶管机在砂卵石层中的适应性,以成都市下穿人民南路人行通道矩形顶管项目为依托,对矩形顶管机在砂卵石地层中的组合式刀盘布置、下部刀盘减阻技术、螺旋机叶片安装位置和闸门结构形式等切削及排渣关键技术进行研究。结果表明:1)采用同平面刀盘开挖形式,可减少前后刀盘布置带来的卡卵石现象,避免卵石对刀盘的的冲击,更能适应砂卵石地层的施工;2)全部或部分切除下部刀盘加强大圆环,进行结构优化,在满足砂卵石地层开挖需求的同时,降低切削转矩20%左右;3)带式双螺旋输送机螺旋叶片伸入土舱设计使螺旋输送机携渣能力提高3倍,且弧形闸门装置能够对渣土实现有效封堵。

矩形顶管机供配电系统故障诊断技术探讨

针对城市地下综合管廊施工影响地面交通和地下管线的特点,临庐产业园地下综合管廊工程采用大截面矩形顶管施工,矩形顶管机是顶管工程施工过程中最重要的设备,其正常运行对顶管工程施工有非常重大的现实意义。但是,顶管机在实际施工中经常会出现供配电系统故障的现象,导致顶管机不能正常运行。为提高大截面矩形顶管工程施工技术发展,满足重难点工程施工方案各项要求,保障大截面矩形顶管工程的顺利施工,重点通过对临庐产业园地下综合管廊工程施工中矩形顶管机供配电系统故障诊断技术方面做着重论述探讨,为顶管机供配电系统的故障诊断提供建设性意见。

矩形顶管机在长距离及弯曲顶管施工中的应用

矩形断面管道具有空间利用率高的特点。在本工程中，采用泥水平衡顶管技术施工，证实了矩形顶管机在长距离及弯曲顶管施工中的各方面适用性，相信今后矩形顶管机会有广阔的发展前景。

矩形顶管机出始发井帘布橡胶板设计

根据国内外盾构、顶管机止水帘布橡胶板设计的详细参数资料,提出了矩形盾构帘布橡胶板的设计思路,并以此为依据进行了"箱涵顶进双重置换工法"矩形顶管机出洞帘布橡胶板的设计。参照试验工程中实际止水效果,对矩形顶管机的帘布橡胶板的设计提出了一些建议。

浅谈矩形顶管机纠偏技术

顶管机作为一种隧道掘进设备,在修建过街通道、地铁间连廊等施工中应用较多,其中,顶管机顶进方向控制是工程质量控制的一个难点问题。以矩形顶管机为例,通过对顶管机顶进原理介绍,提出了顶管机顶进过程可能发生偏离轴线的问题;针对这一问题,提出了轴线偏离检测方法,分析了纠正偏离的几种方式,如铰接油缸纠偏、改变刀盘旋转方向纠偏以及注浆纠偏等,并研究了每种纠偏方式的工作原理,为相关施工提供参考依据。

矩形顶管机刀盘的扭矩计算及受力分析

目前,国内制造的矩形顶管机适用的地层相对单一,使用寿命短,且关键部件仍依赖进口。本文通过对刀盘进行扭矩计算和受力分析,为制造适用于复合地层、通用性强和稳定可靠的矩形顶管机提供理论依据。刀盘扭矩的计算结合刀盘外径、开口率和搅拌棒数量等因素主要考虑土的切削阻力扭矩、刀盘面板摩擦阻力扭矩、搅拌阻力扭矩和机械损失阻力扭矩。刀盘的受力分析主要根据三维模型对刀具、辐条和联接套进行ANSYS仿真分析,得出相应的应力与形变,对结构进行加强。

浅谈矩形顶管机推进系统及其推力的计算

目前,常见的隧道外形多为圆形管道;但矩形管道在空间利用率上有明显优势,现多见于共同沟、电力隧道、水利隧道、地下通道、地铁车站出入口以及地铁车站。基于此,介绍了4900mm×6900mm矩形顶管机推进系统主要结构和推进油缸排布选型,并结合实例,对矩形顶管机推力进行了简要分析,为不同顶管施工所需推力参数提供理论支撑。

土压平衡式矩形顶管机焊接工艺研究与应用

土压平衡式矩形顶管机作为工作环境恶劣下的隧道开挖设备,生产过程中焊接工艺对整机质量有者较大的影响尤。基于矩形顶管机主体材质Q345B,对焊接方式、焊接材料、焊接工艺参数及工艺过程等方面进行分析,并提出保证焊接质量的要求和措施,为后续焊接工作积累经验。

超大断面组合式矩形顶管机在深圳始发

2023年4月18日,大断面组合式矩形顶管机“大禹掘进号”在深圳地铁12号线二期工程沙三站顺利始发,标志着超大断面矩形顶管暗挖车站正式进入施工阶段。沙三站为地下2层岛式车站,车站总长208.4 m,标准段宽22.7 m,有效站台宽13 m。该站地处城市繁华区,周边建筑物多,地下水充沛,且有1处埋深为4.2 m的新建暗涵。施工面临超大断面组合顶管暗挖车站管片井下拼装、始发接收、左右线紧邻顶进、近距离下穿箱涵变形控制、结构体系转换等技术难题。

仅用2个月 国产首台永磁驱动矩形顶管机施工区间顺利贯通

2020年3月25日,国产首台永磁驱动矩形顶管机施工区间顺利贯通。国产永磁驱动矩形顶管机取得成功应用,打开了城市地下通道顶管施工的新局面。该设备宽10. 2 m、高6. 6 m、主机长10 m,应用于深圳华为坂雪岗地下通道。该工程的单次顶进距离为144 m,是目前国内10 m级以上大断面矩形顶管机单次顶进的最长距离。设备在整个施工过程未采用中继间辅助顶进,仅凭顶管机的顶推装置顶进,每天顶进3~6 m,仅用2个月完成隧道贯通。

中铁十六局轨道公司南宁地铁矩形顶管机顺利始发

2015年8月17日，南宁市首次采用顶管施工的矩形顶管机，在南宁地铁一号线南湖站顺利始发。这也是卜六局集团轨道公到首次采用大截面矩形顶管机进行城市地铁施工。