盾构及掘进技术国家重点实验室的发展及作用

盾构及掘进技术国家重点实验室是国家科技部批准建设的第二批企业国家重点实验室,本文对企业国家重点实验室的定位、特点进行分析,并对实验室在盾构及掘进技术领域的发展及对企业的作用进行了探讨。

计算机技术在企业国家重点实验室中的应用分析

基于企业国家重点实验室的特点,结合实际案例,从理论分析体系、实验技术体系及工程现场结合等方面,对计算机技术在企业国家重点实验室科研创新活动中的应用现状、存在问题及发展前景进行了全面分析,有利于促进计算机技术的推广应用。

白云机场超浅埋隧道盾构始发掘进技术探讨

盾构始发是盾构隧道工程施工的第一阶段,直接影响着整个隧道工程的施工进度。为提高盾构始发的安全与效率,文章依托广州白云机场T3交通枢纽轨道预留工程,提取盾构始发施工制约因素,阐述了超浅埋条件下盾构始发所面临的地表沉降冒浆、盾构机组装移动、负环拼接和洞门密封等施工重难点问题,并结合工程实践提出了以调整泥水压力、铺设导轨、焊接防扭装置和预埋洞门钢环等为主的难点解决措施,为后续同类型工程面临的施工问题提供了解决思路和技术支持。

盾构掘进数字化实验平台研究与应用

针对数字化实验技术在我国盾构装备设计与施工管理过程中应用不足的现状,文章以开发盾构掘进数字化实验平台为出发点,在论述盾构掘进数字化实验技术重难点及其研究现状的基础上,对其所涉及的参数化地质力学建模、参数化刀盘刀具建模与分析、盾构掘进总载荷分析、界面支护力与岩土变形分析、刀盘系统掘进过程全物理数字化仿真等五大关键技术进行了系统分析。最后,结合工程实例对比分析数字化实验结果与工程实测数据,验证了模型的科学性与合理性,能够为盾构设计、制造及施工提供参考。

超大直径泥水盾构水中接收关键技术研究——以汕头海湾隧道为例

为解决超大直径泥水盾构在临海富水淤泥、砂层接收洞门的涌水、涌砂、涌泥地层存在的技术难题,以汕头海湾隧道工程超大直径泥水盾构在富水地层采用的接收关键技术为例,分析超大直径与小直径盾构水中接收的区别。基于超大直径盾构接收流程,阐述了超大直径泥水盾构在接收工作中端头加固、接收井封堵墙施工、接收基座施工、单层玻璃纤维筋洞门破除、贯通测量、接收掘进与注浆、洞门封堵等方面的解决方法,从盾构姿态控制、掘进参数控制、注浆控制、管片复紧、洞门临时封堵几个方面对超大直径盾构接收关键技术进行分析;通过采用设置砂浆接收基座为盾构接收提供足够的反力,保证盾构机出洞安全;借助同步注浆和二次注浆封闭补强质量,加强管片复紧,确保盾构隧道结构强度稳定;在最后5环使用多孔特殊环管片,提高注浆效果。然后,通过排水清砂并从上及下逐次施作钢筋骨架加喷射混凝土封堵洞门、降低无封堵洞门暴露时间、确保洞门施工安全等措施,保障水中接收的安全性。

我国大直径盾构关键技术及智能建造发展趋势

为阐明大直径盾构智能化建造方向,解决建造过程中出现的技术难题,以大直径盾构关键技术特点及智能建造发展为出发点,结合我国近年来大直径盾构智能化建造的发展历程及现状,立足大直径盾构存在的典型关键技术问题,从主驱动轴承损坏因素、刀具磨损状况、刀盘结泥饼原因、管片上浮问题等方面,探析大直径盾构建造过程的关键技术难点。基于智能建造技术的发展特征,从隧道装备机器人研发、感知系统研制、智能化掘进系统开发、智能化运维技术开发等多个角度,分析大直径盾构智能化建造的发展方向与趋势,阐述隧道智能建造关键技术的建设方案,为智能建造技术在大直径盾构隧道工程中的深度应用,推动隧道建设“智能化、精细化、协同化、高效化”发展提供参考。

基于模糊PID方法的盾构掘进姿态控制研究

针对盾构掘进过程中姿态主要依赖操作人员施工经验手工调整、掘进轨迹精度主要依赖人员熟练性的情况,提出基于双闭环反馈自动控制盾构掘进轨迹的方法,通过主反馈实现掘进斜度的实时更新,局部反馈实现液压缸的速度控制。分析表明,局部反馈精度决定了预调偏差大小,在掘进轨迹控制中至为关键,因此以球铰支撑推进系统为例分析单环掘进前后液压缸的几何关系,推导左右推进液压缸速度关于掘进斜度、掘进速度的数学解析式,采用AMESim和MATLAB联合仿真工具搭建了推进速度控制的模糊PID模型,仿真分析非均载荷下推进液压缸的速度控制,并以盾构模拟推进试验台为例进行推进速度控制试验。结果表明:基于模糊PID控制策略的推进液压缸速度控制可实现较准确的盾构掘进轨迹,为盾构失准问题的进一步解决提供了理论基础和现实依据。

大连富水复合地层盾构施工关键技术探讨

富水复合地层已成为盾构施工过程中经常遇到的复杂地层条件之一,研究该地层条件下的盾构施工技术具有较大的应用价值。文章以大连市地铁2号线为工程背景,论述了盾构选型和盾构始发等施工技术;并针对盾构施工过程中出现的复合地层长距离小半径掘进、富水碎裂带掘进、硬岩掘进刀具控制等工程难点,分别从隧道轴线控制、掘进速度控制、刀具管理制度等方面提出了相应的应对措施。工程实践证明,经过严格选型的盾构适合大连的地质条件,而且对于富水复合地层具有较好的适应性,满足了本标段区间盾构施工要求。

隧道掘进机滚刀岩机作用实验台的研制

为了观测滚刀破岩的全过程和监测岩石的微破裂,研制隧道掘进机滚刀岩机作用实验台,对立式和卧式2种实验台研制方案进行总结并作出对比选择,对实验台组成、主要构造及安装调试过程进行详细阐述。归纳出实验台可开展的实验项目如下:1)盘形滚刀受力预测公式的研究;2)探寻滚刀作用在不同岩石类型的最优破岩刀间距;3)研究滚刀压力、贯入度及刀间距等关系曲线。结合国家973课题开展相关实验研究,实验结果表明该实验台的应用性、先进性和科学性,实验台的成功研制为滚刀高效破岩机制研究提供公共开放的实验研究平台。

压缩空气条件下盾构刀盘特种焊接修复技术

为了解决压缩空气条件下盾构刀盘的焊接修复和掌子面稳定问题,阐述、分析、研究其工作原理、关键技术、开舱气密性条件及掌子面稳定措施等。研究认为应该:1)选择专业带压进舱焊接队伍;2)制定详细的技术方案及专家审查制度;3)制定严格的过程控制措施,密切注意带压进舱补气量、泥膜质量、掌子面及作业孔稳定情况等;4)制定严格的技术领导值班制度。

郑州轨道交通2号线盾构法施工钢套筒接收技术

针对黄河路站—紫荆山站区间左线盾构到达端头埋深大、水位高、地质全断面粉砂及场地狭小等特点,需采取盾构接收辅助措施,方可保证工程施工安全。从方案的适用性、安全性、施工难度、工期及经济性等方面,对盾构常规接收方案、盾构土中接收方案、钢套筒接收方案进行了比选,最终选用钢套筒接收方案。从筒体、反力架、洞门连接等方面对钢套筒进行了设计研究,同时对盾构法施工钢套筒接收关键技术进行了详尽论述,主要包括确定合理的端头加固方法及范围、洞门凿除工序设计、钢套筒各部件安装技术分析、盾构进洞段的分阶段掘进等。

模糊控制技术在盾构施工领域内的应用与展望

模糊控制技术不依赖精确的数学模型,利用专家的经验建立控制规则,因而能够有效地解决盾构在施工过程中经常遇到的掘进姿态难以及时调整、地层严重变形甚至塌方等工程事故。在简要阐述了模糊控制技术的基本原理、控制特点及其国内外研究历程的基础上,介绍其在盾构施工过程中的风险评估、地层移动与变形、掘进姿态控制、地质条件判定等方面的应用现状,并对其发展方向进行了展望,以期为模糊控制技术在盾构领域内的应用提供参考。

新型盾构刀具检测技术

针对声发射信号研究中声发射的有效信号特征如何区分、如何利用声发射多特征信息进行状态评判问题,以盾构岩机作用试验平台为研究背景,采集不同磨损程度的盾构滚刀声发射信号,将自适应滤波降噪及声发射检测结合用于盾构刀具检测;利用信息熵多特征融合技术评估刀具状态建立信息熵刀具磨损状态评估曲线,据刀具多特征融合后的信息熵及刀具磨损状态数据库可清楚了解盾构刀具磨损状况。

水下盾构隧道硬岩处理与对接技术

为了对盾构隧道(尤其是水下盾构隧道)施工中遇到的特殊地层的处理方法进行总结,特别是阐明水下盾构对接施工的关键技术,以借类似工程参考。结合目前盾构隧道施工实践,分析在软硬不均地层、孤石地层、卵砾石地层中利用盾构法修建隧道的主要问题和困难,相应地提出了一些基本措施和技术对策。结合台山核电站取水隧洞(位于海域中)盾构施工中遇到的微风化花岗岩硬岩(最高强度达197 MPa)和球状风化孤石,提出了水下爆破法和冲击钻冲孔2种方法进行基岩突起和孤石处理,盾构顺利通过该基岩段,没有进行刀具更换。结合3次穿江越洋的狮子洋盾构隧道的水下对接(国内首次)问题,分析总结了"相向掘进、地中对接、洞内解体"的关键技术,对接非常成功,对接点的围岩相对稳定,精度符合要求。

盾构法施工超高水压换刀技术研究

为适应水底隧道盾构法技术的大深度化施工需求,通过研究带压换刀装置、超高水压条件下常压进入刀盘轮幅的常压换刀装置、超高水压作业设备的配置、超高水压进舱换刀开挖面透气控制标准与降低开挖面透气性的措施、超高水压作业程序、超高水压换刀压缩气体压力确定及超高水压作业模式的确定等,以解决超高水压条件下刀具检查与更换的技术难题。得出饱和气体盾构进舱换刀的作业原理与饱和气体潜水作业基本相同,具有实施的可能性。

琼州海峡隧道超大直径盾构新技术展望

为适应跨江越海隧道工程建设不断发展的需要,盾构正在向超大直径、超长距离、超大埋深方向发展。以琼州海峡隧道为工程背景,结合其超大埋深、超高水压、超大断面、特长距离及地质复杂多变等特点,在详细分析国内外大埋深超大直径盾构技术发展的基础上,对琼州海峡隧道等类似大埋深超大直径盾构工程所面临的超大直径盾构设计制造、盾构特长距离掘进、超高水压条件下盾构密封及特长隧道水下对接等技术挑战进行了论述,并对预期可望获得的大埋深超高水压条件下的超大直径盾构总体设计及集成技术、高效破岩及长寿命刀盘刀具优化设计技术、盾构防水密封设计与制造技术、常压换刀装置设计技术、特长距离掘进地中对接施工装备技术等盾构新技术进行了展望。

盾构机主驱动液压控制系统关键技术研究

该文详细阐述了盾构主驱动液压系统组成,并针对泵控马达控制关键技术原理和调速方式作了全面分析,并通过数学模型和AMESim中的液压模块化库进行效率分析和模拟研究,最后结合厦门地铁盾构主驱动液压系统的实际应用,证明了利用泵控马达容积调速控制技术进行盾构主驱动液压系统设计,具有技术上合理性。

基于相空间重构和支持向量机的盾构滚刀岩机实验台轴承状态趋势预测

以盾构滚刀岩机作用实验台为研究对象,提出一种基于相空间重构和最小二乘支持向量机的盾构轴承状态评估及预测方法。该方法将一维时间序列重构到高维相空间中,利用相点作为支持向量机输入,自适应地对特征进行选取,并结合支持向量机非线性回归的优点,可有效预测轴承的运行状态。对实际采集的盾构滚刀岩机实验台的轴承信号进行研究分析,发现本算法的预测结果明显优于BP神经网络。将本文算法应用于工程实践,可以对盾构关键轴承状态评估和预测,能够为盾构轴承的定期保养和维修提供有效的指导。

高效节能技术在盾构液压系统中的应用

介绍了泵控调速技术、二次调节技术、负载敏感技术、能量回收技术等高效节能技术的原理及其在盾构液压系统中的应用现状,总结了盾构液压系统使用与管理的节能措施,展望了盾构液压节能技术的发展趋势。

研究盾构新技术 满足复杂地质条件下隧道施工

在盾构/TBM（隧道掘进机）技术被国外垄断的阶段,以中铁隧道集团为代表的我国交通建设企业,首创我国复合盾构隧道施工法,解决软硬不均地层困扰盾构施工的国际性难题;突破了TBM不适应软岩施工的困境,不断拓展其应用领域,并坚持不懈地推动盾构/TBM设备自主研发,掀起中国盾构/TBM技术领域的新篇章。