考虑隧道掘进过程的新建隧道下穿既有隧道力学响应研究

为有效评估新建隧道下穿施工对既有隧道的影响,确保既有隧道运营安全,将既有隧道简化为放置在Pasternak地基模型上的Euler-Bernoulli梁,基于两阶段分析法提出新建隧道下穿施工引起既有隧道力学响应的计算方法。通过与现场监测和既有方法的结果进行对比,验证了本文方法的准确性。研究结果表明:当新建隧道开挖面位于既有隧道中点时,既有隧道差异沉降达到最大值,转角曲线关于既有隧道中心线对称;在新建隧道掘进过程中,既有隧道的最大正弯矩和最大负弯矩分别出现在既有隧道长度的2/5和3/5位置附近,最大负剪力出现在既有隧道中点处;当新建隧道开挖面到达既有隧道长度的1/4和3/4位置时既有隧道产生最大正剪力;随着隧道轴线夹角和相对弯曲刚度增大,既有隧道的内力显著增大;增大隧道竖向净距有利于控制既有隧道的力学响应。本文方法考虑了新建隧道掘进过程和新建隧道与既有隧道的不同相对位置,可为类似穿越工程风险防控提供理论依据。

临近既有河道的隧道掘进引起的地表沉降

传统的隧道施工诱发地面沉降问题的研究通常假定地面为水平,目前针对大直径盾构或顶管隧道工程在既有河道附近的复杂边界条件下掘进所引起的地面沉降的研究不足.以杭州某泥水平衡掘进顶管法隧道工程实例为背景,基于影像源法,考虑土体非均匀收敛,采用叠加原理给出临近既有河道条件下隧道施工引起地表沉降的解析解,并与工程实测数据进行对比.参数分析表明,隧道与河道间的水平距离越小,地表沉降槽的非对称性越显著,由隧道掘进引起的地表沉降越大;与无河道情况相比,沉降槽峰值的增幅最大可超过30%,从环境保护和施工安全的角度出发,在实际工程中隧道施工时应尽量远离河道;随着隧道埋深的增大,由隧道掘进引起的地表沉降越小,而当隧道拱腰深度大于邻近既有河道深度时,靠近河道附近的地表沉降明显大于无河道情况下的,此时更应重视既有河道的影响.

岩石隧道掘进机不良地质施工处置技术

岩石隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)凭借其高效优质、作业安全等特点在铁路、公路、地铁、水利水电等领域广泛应用,在普通地质环境下推广顺利。复杂地质环境下致灾源多,如硬岩岩爆、软岩大变形、断层破碎带、涌水突泥等不良地质使TBM施工频繁出现围岩坍塌、支护失效、卡机淹井、设备损伤等问题。本文结合工程案例,从超前主动加固、注浆及锚固、管片支护、撑靴加固4个方面总结现有施工技术,以应对TBM穿越不良地质导致的刀盘卡机、护盾抱死、初期支护变形过大、撑靴打滑等问题,提升TBM在不良地质环境下的适应能力,为类似工程提供参考。

复式楔形掏槽在大断面隧道掘进中的应用研究

掏槽孔爆破效果对整个断面的爆破质量有着重要影响,为解决大断面隧道掘进困难,炮孔利用率低的问题,采用基于ANSYS/LS-DYNA的流固耦合算法对比研究单楔形掏槽与复式楔形掏槽的内部有效应力与损伤破坏范围,与现场实际爆破效果印证解释了复式楔形掏槽爆破效果优于单楔形掏槽的原因。研究结果表明:单楔形掏槽应力峰值出现在孔底处,随孔底至堵塞段应力峰值缓慢降低,堵塞段到掌子面应力峰值骤降。复式楔形掏槽应力峰值则出现在一级掏槽孔底位置,且其数值大小高于单楔形掏槽应力峰值。选取两种掏槽模型的损伤区域截面发现,两者的破碎面积接近,但单楔形掏槽模型的堵塞段至掌子面区域的岩石未能破碎贯通,复式楔形掏槽模型整个槽腔完全贯通。根据数值模拟结果改进了某公路隧道爆破方案并进行了现场试验,复式楔形掏槽能更好地解决大断面隧道爆破炮孔利用率低以及爆后大块多的问题。研究结果可为相关隧道掏槽孔布设方案提供选择和参考。

隧道掘进机快速拆装举撑液压系统仿真

针对隧道掘进机(TBM)在施工现场因空间限制无法满足调试所需较大空地的问题,设计一种用于TBM洞内快速拆装变位的举撑液压系统。该液压系统由4组顶升单元构成,通过4组顶升单元同步运动实现TBM的起吊和举撑;液压顶升单元由4根四级液压缸、液压控制系统、激光位移传感器和机架构成。基于AMESim建立四级液压缸、变量泵和比例节流阀以及整个顶升单元的液压仿真模型,通过仿真分析负载下液压缸运动的速度、位移和压力曲线。结果表明:改变比例节流阀的输入信号可以实现四级液压缸速度的变化;泵出口压力可由比例溢流阀调整;在2.5×105 N的额定负载下,四级缸的换级工作腔压力逐级上升;随着换级,活塞杆伸出速度逐渐上升。与理论计算对比显示,建立的TBM洞内快速拆装液压系统顶升单元的AMESim仿真结果和理论值基本吻合。

水压爆破施工技术在隧道掘进阶段的应用

结合某隧道工程爆破施工实践,针对隧道开挖施工中水压爆破技术应用进行研究,阐述了水压爆破技术优势,总结了施工技术要点,主要内容包括:施工准备、爆破设计、钻孔、水袋及炮泥制作、炸药安放、起爆及通风出渣等。通过具体试验检测,充分验证水压爆破施工技术能有效降低炸药用量,节省材料成本,提高爆破施工安全性、高效性,具有显著的经济、环保效益。

全断面隧道掘进机主轴承受力分析及不拆解状况下的检测方法

文章主要分析了全断面隧道掘进机主轴承三列滚子的结构形式及不同工况下受力状况。并通过计算分析,阐明了全断面TBM主轴承三列滚子的磨损情况与主轴承寿命的相互关系。为隧道工程项目提出了一套具有参考价值的主轴承定期磨损检测方案。

隧道掘进机泡沫添加剂发泡效果的试验研究

泡沫添加剂作为隧道掘进机施工中重要的土体改良剂,其系统组成、发泡效果在很大程度上影响着实际施工,尤其是在较为复杂的地层中。针对隧道掘进机泡沫添加剂系统中出现的发泡效果不佳等问题,研制并搭建试验平台,通过模拟设置掘进机实际施工参数,探索对比测试影响泡沫发泡喷射效果的诸如不同发泡倍率等6种因素,为泡沫系统的设计开发提供试验数据。

隧道掘进聚能水压光面爆破新技术与应用

本文首先分析了聚能水压光面爆破技术的提出和发展背景,之后以具体隧道工程为例,探究了聚能水压光面爆破新技术的原理和要点,包括炮泥和水袋的制作、聚能管的制作、聚能管装置的组装等,最后提出了聚能水压光面爆破技术的应用效益。研究表明,隧道掘进聚能水压光面爆破新技术的应用在提高爆破效率、增强工程安全性和实现成本效益方面取得了显著成功,为隧道工程领域的技术创新和可持续发展提供了有力支持。

隧道掘进技术在复杂地质条件下的应用研究

随着基建设施不断完善并持续发展,道路及交通体系建设在交通、能源、水利等多个领域地位逐渐显现,在地质环境复杂性的作用下,隧道挖掘遭遇诸多考验,比如,地质结构的错综复杂,岩石层的断裂带和充沛的地下水储量等诸多考验,本研究研究了多变地质环境中隧道开挖技术在复杂地质条件下的应用,对传统的爆破施工法和机械开挖手段的利弊进行了深入分析,进而制定了提升技术策略,旨在提高开挖作业的效率和施工的安全性。

全断面隧道掘进机在城轨项目中适用性及施工进度影响因素探讨

为了研究全断面隧道掘进机在城轨项目的适用性,通过查阅相关资料、调研相关案例,分析了全断面隧道掘进机应用于城市轨道交通中的优势和劣势,并分析始发、掘进、过站3方面因素对施工进度的影响。

岩石隧道掘进机刀盘驱动制动器的创新设计与应用

在岩石隧道掘进机施工过程中,维保人员需要经常进仓检查或更换滚刀。为了防止作业时刀盘转动,保证工作人员的安全,需要对刀盘制动驻车。现有的制动方式主要为湿式多摩擦片液压制动器,在实际使用过程中存在维修不便、使用寿命较短、价格昂贵等缺点。为解决上述问题,文章发明了1种结构简单、制动可靠、维护方便和使用寿命长的新型结构,在实际应用中取得了良好的效果。

隧道掘进机在抽水蓄能电站的应用分析

隧道掘进机(TBM)在我国铁路、水利等项目中被广泛应用,在抽水蓄能电站建设中也逐渐开展。目前,小断面TBM在排水廊道等施工中得到成功应用,大断面平洞TBM施工在河北抚宁项目中得到初步验证,大断面斜井TBM应用仍处于示范初期。影响TBM施工经济性的因素包括工程量、施工综合成本和TBM设备价格等。本文分析了TBM在抽水蓄能电站中的应用现状、经济性以及未来发展建议,为抽水蓄能电站建设提供参考。

隧道掘进机刀具配套轴承材料及性能研究

鉴于隧道掘进机在复杂地下环境中的关键作用,刀具配套轴承的材料选择至关重要。研究不同材料轴承的特点,并对轴承材料性能进行全面对比,旨在为隧道掘进机刀具配套轴承的材料选择提供科学、准确的参考依据。

隧道掘进机滚刀对岩石破碎的影响研究

随着隧道掘进技术的逐步发展,盾构法已经逐步取代爆破法成为隧道掘进作业的主流技术。首先分析了岩石表面破碎的4个过程。然后,通过多功能振动接触试验机建立滚刀破岩石的试验环境,研究了滚刀刃角、刃宽和刃形的变化对破岩效果方面的影响。综合不同滚刀在粗糙度指数和比能耗方面的试验结果认为:在刃角方面,0°刃角的滚刀更适合于硬岩掘进;在刃宽方面,刃宽越大,破岩效果相对越好;在刃形方面,平头刀有着较好的破岩效果,但弧形刀的能耗更低。

超微型隧道掘进机在C40混凝土中的掘进试验

TBM在硬岩掘进中尺寸越小,功能越受限,由于刀具尺寸,材料,驱动动力等多方面因素制约。本文将国内首次尝试直径283mmTBM在C40混凝土工况下的掘进试验过程做介绍,并通过该项目总结经验,解决长距离微小尺寸掘进的工程难题,起到一定的借鉴意义。

基于UDEC的隧道掘进机滚刀破岩数值模拟研究

现今全断面隧道掘进机(TBM)施工方法在长大深埋隧道工程中已被广泛采用,对滚刀破岩关键技术的进一步认识具有重要的工程价值。为了研究滚刀破岩机制,分析刀圈断面形态、岩石强度和节理角度对其的影响,运用UDEC方法建立了滚刀贯切岩石的二维数值系列模型,对TBM滚刀破岩过程进行了仿真。分析表明:滚刀破岩是滚刀下岩石拉破坏和剪破坏的综合反映,拉破坏是裂纹萌生与扩展的主要驱动机制;刃宽较大的平刀与刃角较大的楔刀破岩效果较好;平刀与楔刀在软岩中破岩效果相近,平刀在硬岩施工中比楔刀的破岩效果好;滚刀对节理角度为30°～60°的岩石破坏效果较好,由于楔刀的"劈裂"作用,楔刀比平刀更适合用于贯切含有节理的岩石。

岩石节理倾角和间距对隧道掘进机破岩特性影响的试验研究

为了研究岩体节理参数(节理间距和节理倾角)对全断面岩石掘进机(TBM)盘形滚刀破岩效果的影响,对实际条件进行简化,在改进的试验装置上进行压头作用下相似材料的变形、破坏试验。采集整个加载过程中压头的侵入深度和荷载数据,并采用相机实时拍摄,获得试件表面破坏的发展过程以及最终破坏形态。试验结果表明,当节理倾角一定时,随着节理间距增大,达到跃进点的贯入荷载值增加,侵入功以及主裂纹扩展能量也都呈增大趋势,当α=0°、90°时,抗侵入系数基本一致,当α=30°、60°时,抗侵入系数逐渐增大。当节理间距一定时,随着角度的增加,跃进点荷载、抗侵入系数、侵入功以及主裂纹扩展能量都呈现先减小后增大趋势,在α=30°时,各值都为最小值。根据试件破坏后形态分析发现,节理的空间特征对裂纹扩展模式有明显的控制作用,对破坏区域的形成也有明显的限制。

深埋隧洞极强岩爆段隧道掘进机半导洞掘进岩爆风险研究

深埋隧洞TBM(隧道掘进机)全断面掘进时,在局部超高应力集中的完整硬脆性岩体洞段将直面极强岩爆的风险,设备和人员的安全将遭受极大的威胁。在锦屏II水电站3#引水隧洞极强岩爆段实施了"先半导洞+TBM联合掘进"实验,结合微震实时监测信息对TBM半导洞掘进的岩爆风险开展了研究。监测结果表明,(1)TBM半导洞掘进期间,日平均微震事件数、日平均辐射微震能、微震大事件数及实际岩爆发生次数和强度均远远低于TBM全断面掘进;(2)能量指数对数值和累积视体积的时域演化表明,TBM半导洞掘进强烈岩爆发生的风险远低于TBM全断面掘进,现场实际开挖也证明了这一点;(3)半导洞洞段微震事件的空间集结程度、总数、震级大小与能量辐射均远小于全断面洞段。因此,TBM半导洞掘进的岩爆风险远远低于TBM全断面掘进,在具有施工条件的情况下采用先半导洞预处理,然后TBM半断面掘进极强岩爆段,以期控制岩爆风险的方案是可行的。

NSVR硬岩隧道掘进机刀盘扭矩预测分析

为了避免硬岩隧道掘进机(TBM)刀盘受困,提出TBM刀盘扭矩的非线性支持向量回归(NSVR)预测模型来指导TBM掘进施工.结合吉林引松供水工程现场掘进大量数据,研究TBM刀盘扭矩与掘进参数间的相关关系,得到刀盘扭矩与围岩类别、刀盘转速和推进速度具有明显相关关系:随着围岩强度由强到弱,推进速度对刀盘扭矩的影响逐渐变弱,刀盘转速对刀盘扭矩的影响逐渐变强.基于这种相关关系,建立刀盘扭矩NSVR预测模型,并将该模型应用于吉林引松隧道工程,对按1∶1划分的19 854个训练样本和19 854个测试样本的刀盘扭矩进行预测.预测结果表明:训练样本集和测试样本集的平均相对预测误差分别为11.3%和12.9%,测试样本集中相对预测误差高于60%的有516个测试样本,占测试样本集总数的2.6%.各项数据表明,在给定刀盘转速、推进速度和围岩类别条件下,建立的刀盘扭矩NSVR预测模型具有较高的预测精度.