基于有限元分析的盾构掘进机台车优化设计

针对某盾构掘进机台车骨架的变形问题,利用ANSYS10.0分析台车钢结构的力学特性,对盾构掘进机台车进行应力应变分析。用梁单元建立台车骨架的整体有限元模型,模拟台车整体骨架加载工况,得到了结构的总体变形和应力分布,并结合分析结果和实际经验提出了相应的结构优化方案,结果显示优化前后承重钢架和台车骨架最大变形位移分别减小至58.16%和53.1%,其正确性和合理性得到验证,并为同类产品优化设计提供有益参考。

某型土压平衡盾构刀盘有限元分析

根据某土压平衡盾构刀盘结构特点,在Solidworks中建立其三维实体模型,并应用ANSYS软件建立了刀盘相应的有限元计算模型,对刀盘在正常工况和脱困工况下的受力特性进行分析,得到了刀盘在各工况下的应力应变分布规律.分析结果表明,危险截面位于180~210°辅梁与辅条间,在牛腿与法兰盘、辅梁连接处也有较大应力,最大应力为204 MPa,最大变形为1.568 mm,研究结果为刀盘的结构设计和工程施工维护提供了基础数据.

TBM刀盘出碴槽结构对出碴效率的影响规律

为了研究刀盘出碴槽结构参数对全断面岩石掘进机(TBM)出碴特性的影响规律,本文以某供水隧道工程为背景,考虑掘进过程中岩碴产生、下落以及与滚刀碰撞等因素,建立TBM刀盘(含滚刀)出碴过程数值计算模型,探究出碴槽长宽比、开口角度对刀盘出碴性能的影响规律。仿真结果表明:排碴过程中,岩碴颗粒数量的增长速率先快后慢,最后趋于平稳;TBM刀盘开口面积一定时,随着出碴槽长宽比增大,排碴量加速下降43%;随着出碴槽开口角度的增大,排碴量呈现先增大后减小趋势;当开口角度为35°时,出碴效率最高。设计出碴槽时,在控制开口宽度尽量大的前提下,开口角度优化范围为20°~35°。设计的针对该供水工程的TBM刀盘开口,经过两年多的工程掘进,效果良好。

某型土压平衡盾构刀盘布刀规律研究

盾构刀盘是盾构施工中实现掘进、渣土过流、界面支护的关键部件,不同的地质条件对盾构刀盘的结构形式、开口率、刀具的选择与安装都有着不同的要求.该文试图从某型复合盾构刀盘采用主辅梁形式、刀具螺旋线配置等进行分析,揭示了为保证力学平衡而采取的结构形式以及刀具组合布置等与土体相适应的某些规律,为盾构刀盘的设计研制优化提供一定的依据.

小直径泥水盾构隧道施工通风散热数值模拟

在小直径泥水盾构隧道中,机电液设备数量众多且布置密集,盾构机掘进过程中产生大量热量,极易使有限的隧道空间内环境温度迅速升高。为改善小直径盾构隧道内通风环境,保障施工人员的健康安全及设备的正常运行,通过数值模拟方法研究了某小直径泥水盾构隧道内盾构施工区域通风流场及温度场分布规律,并通过现场测试数据验证了模拟结果的准确性,引入通风制冷系统对原压入式通风方案进行优化改进,并研究了优化后通风系统的温度控制效果。结果表明:在隧道施工过程中,原压入式通风方案下后配套拖车设备侧存在高温流动死区,不利于设备的通风散热;当通风风管出口风速达20 m/s以上时,可将盾构施工区域空气流速提高至0.2 m/s以上,能有效减少隧道内流动死区体积,但由于风管出口风温较高,局部高温区域仍然存在;采用通风制冷系统后,风管内通风气流得到冷却,隧道内空气环境温度能够降低至25℃以下,局部高温区域明显减少,可达到较好的通风散热效果。

泥水盾构环流系统管道输送特性

为研究泥水盾构环流系统管道输送特性,根据实际施工情况确定操作参数(管道入口流速vi、石碴粒径d、石碴体积分数φ、浆液黏度μ和密度ρ)的选取范围,采用流体力学软件与离散元软件耦合方法建立管道内石碴运动模型,通过仿真研究5个操作参数对环流系统管道压力损失Δp和石碴群输送速度vs的影响规律。研究结果表明:vi对环流系统管道输送速度影响最大;增大vi与φ给环流系统带来较大的压力损失;增大vi和ρ能够有效提升管道内石碴输送速度;当浆液密度从ρ=1.0 g/cm^3增大至1.2,1.4和1.6 g/cm^3时,Δp增幅分别为7.0%,17.0%和26.0%,石碴群输送速度vs增幅分别为18.0%,30.0%和39.5%,vs增幅大于Δp增幅;Δp随v_i和φ的增大而增大,且vi对Δp的影响程度大于φ对Δp的影响程度;仿真模型中石碴运动轨迹与实际工程具有一致性。

泥水盾构水平直管内石碴起动速度研究

泥水盾构环流系统是将开挖下的石碴从掘进界面输送出来的核心系统,石碴在环流管道内的流动特性是决定石碴能否顺利输送的关键。论文基于计算流体力学和离散单元法建立泥水盾构环流系统水平直管内石碴运动模型,研究石碴形状系数、等容粒径和数量对石碴起动速度的影响。仿真研究结果表明:在石碴等容粒径相等情况下,不同形状的石碴起动速度大小顺序为:椭球体>扁平状>近球形;当石碴等容粒径为38.5、42.5、53.3、56.2、58mm时,石碴起动速度分别为0.48、1.06、1.26、2.36、4.7m/s,随等容粒径的增大呈指数增大;随数量的增多呈对数增长,多颗粒起动速度随数量的增多增幅较为平缓,最大增幅为21%。

卵石地层中泥水盾构管道出渣影响因素研究

为了解决泥水环流系统排渣困难,避免出现排渣口卵石滞排以及环流系统泵供能不足的现象,研究了渣土在泥浆管路中的堆积量和水力坡降变化规律。通过离散元法构建排浆水平管段石渣输送数值模型,研究泥浆流量、泥浆相对密度、石渣质量流率对石渣堆积量、泥浆管路水力坡降的影响。结果表明:现有施工参数下大于20 mm粒径的石渣主要在水平直管底部做推移运动;泥浆流量的增大能够明显减少管路系统中的石渣堆积量,且能够大大削弱泥浆相对密度和质量流率对石渣堆积量的影响,管路水力坡降呈先减小后增大的趋势,在流量为763.41 m^3/h时取得最小值;石渣堆积量随泥浆相对密度的增大呈下降趋势,管路水力坡降呈增大趋势;石渣质量流率的增大会增大管路中的石渣堆积量和管路的水力坡降。

某地铁工程盾构刀盘改造力学分析

为了适应富水中砂地层盾构掘进,需要对原有刀盘结构进行改造,并研究改造前后的刀盘力学特性。采用理论计算土压平衡和土压不平衡2种工况下的刀盘外载,并利用有限元法分析改造前后盾构刀盘的应力及变形情况。研究结果表明:1)土压不平衡工况下的最大等效应力和最大变形高于土压平衡工况。2)对于同一种工况,改造前后刀盘的最大等效应力变化不大,但最大变形量增加了10%左右;最大等效应力位于刀盘背板与牛腿的连接处,最大变形发生在刀盘左下侧及右上侧的边缘位置。改造后刀盘的强度和刚度均满足施工要求,实际掘进效果良好,掘进效率明显提升。

盾构切刀磨损与温度在线监测系统设计与应用

实时监测盾构切刀在掘进过程中的状态是保证盾构机正常高效掘进的关键技术之一。为掌握切刀磨损与温度在掘进过程中的变化规律,并及时提出换刀方案,设计了基于无线通讯技术的盾构切刀磨损与温度在线监测系统,并在新疆某引水工程土压平衡盾构机上进行现场应用。结果表明:①设计的在线监测系统可靠性高,信号传输稳定,能够适应刀盘的恶劣工作环境,实现切刀长时间监测;②在该工程单个循环掘进过程中,刀具的磨损量较小,温度变化约为2~3℃;③传感器发生磨损后仍能稳定工作,不会影响磨损值与温度的监测。

哈尔滨某地铁盾构机刀盘地质适应性分析

根据哈尔滨地铁一号线工程地质特点,对NFM刀盘进行了针对性的改造,并对改造前后的刀盘地质适应性进行了对比分析,提出了富水砂层刀盘的设计特点,对富水砂层的土压平衡盾构机刀盘设计有一定的指导意义。

基于多准则决策的盘形滚刀地质适应性设计方法

盘形滚刀地质适应性设计是隧道掘进机(TBM)刀盘设计的重要环节,直接影响TBM的整体掘进效率。滚刀匹配设计的关键是通过滚刀性能评价选择适宜的滚刀尺寸。本文提出一种基于多准则决策的新型评价方法用以确定滚刀尺寸,以不同型号滚刀为设计对象,建立滚刀性能评价递阶层次模型,采用层次分析和物元理论计算滚刀性能指标权重值,并通过模糊综合评价法和模糊TOPSIS决策法对不同型号滚刀性能进行综合评判与决策。将滚刀地质适应性设计方法应用于某水利工程TBM刀盘正面滚刀设计,结果表明该方法有效可靠,可为刀盘设计过程中滚刀性能评价和匹配设计提供一定理论依据。

济南轨道交通R3线隧道土压盾构针对性设计

结合济南市轨道交通R3线02标段线路项目,通过技术经济比选,首先确定选用土压平衡盾构的方案,在此基础上,根据工程地层和水层的特点及盾构机械性能的适应性,对刀盘的形式,刀具布置及螺旋输送机、渣土改良系统、同步注浆系统及铰接机构等盾构机的二级系统进行了针对性的设计,确保盾构的正确选型,对类似地层条件下盾构选型具有一定的参考意义。

盘形滚刀刀圈结构地质适应性设计方法

为提高盘形滚刀破岩性能与使用寿命,基于滚刀刀圈结构设计要求与原则,提出一种滚刀刀圈结构地质适应性设计方法。以滚刀破岩能力、破岩能耗、轴承受载以及磨损性能为优化目标,建立滚刀刀圈结构多目标优化设计模型。采用模糊层次分析法计算不同地质条件下目标函数权重值,并通过遗传算法对模型进行求解。将滚刀刀圈结构地质适应性设计方法应用于某供水工程TBM项目滚刀优化设计,结果表明:不同地质条件下刀圈结构参数设计需要具有针对性,滚刀刀圈优化设计方法通过专家评判合理设置优化目标权重系数可实现刀圈结构地质适应性设计与选型,有效提高了滚刀破岩性能与使用寿命。

TBM边缘滚刀组合破岩特性及其影响因素敏感性评价

盘形滚刀是全断面硬岩掘进机(Tunnel boring machine,TBM)破碎岩石的关键部件,边缘滚刀因其安装位置的特殊性,破岩行为不同于正面滚刀。为了研究边缘滚刀组合破岩特性以及破岩参数对其破岩性能的影响,采用颗粒离散元法建立边缘滚刀组合破岩模型,研究边缘滚刀组合破碎花岗岩与石灰岩时岩体裂纹演化过程、应力分布特征以及刀具载荷变化规律。在此基础上,建立基于敏感度熵权的边缘滚刀破岩参数综合评价模型,研究边缘滚刀破岩敏感性参数对破岩效率、裂纹扩展能力等的影响程度。研究结果表明:不同岩石条件下,滚刀破岩特性以及破岩参数敏感度有所区别;滚刀间倾角差、刀盘圆弧半径和刀刃角对边缘滚刀破岩性能影响最为显著,刃宽与贯入度影响次之,刀盘转速影响最小。