盾构刀盘结构设计与分析

盾构是目前土质或以土质为主隧道(洞)工程施工的优选装备,其刀盘结构是实现掌子面稳定、进行隧洞开挖掘进的关键部件。目前盾构刀盘结构主要是辐条式、辐板式和辐条辐板复合结构;大中型盾构刀盘一般采用中间支承形式;为方便刀具更换作业,大型盾构机刀盘已设计出常压刀具更换臂(辐条)。此文还对刀盘上刀具布置的刀间距、布置形式等进行了总结。文章内容可为今后盾构刀盘结构设计和应用提供较好借鉴。

盾构技术在隧洞施工中的应用分析

盾构设备的研制和应用技术基本可反映国家生产力水平。本文总结了盾构及盾构施工关键技术和再利用的发展和现状。指出了我国在该领域的两种实际状况:(1)盾构适应性设计存在较大提升空间,其中的系统集成、关键零配件等领域主要依赖进口;(2)盾构在国内应用领域存在着隧道开挖直径不规范、标段划分不合理等人为因素,从而降低了盾构施工的经济和社会效益。这些总结可为我国盾构及其施工技术的健康有序发展提供参考。

锥面刀盘盾构主参数确定理论及模拟分析

由于盾构在地下土质工程全断面开挖的独特优势及其技术密集的特点,被赋予"国之重器"。但目前应用的盾构都是平面刀盘盾构,这样盾构在孤石、古树根或建筑物桩基等地质段的施工一直是工程界的难题。为此,通过深入研究,提出了锥面刀盘盾构的概念;进一步研究发现,其主参数——盾构推力和刀盘扭矩与平面刀盘盾构相比有着本质的差异,为此,以土力学理论为基础,深入研究了锥面刀盘盾构作业过程中的力学特点并因此建立了锥面刀盘盾构推力和刀盘扭矩的力学模型。当锥顶角为180°时得到的模型解与对应平面刀盘盾构主参数的相对误差分别是:盾构推力为5.5%,刀盘扭矩为7.8%。模拟显示,掌子面与土仓的压差随锥面刀盘锥顶角的增大单调减小,即,在掌子面压力不变的情况下,土仓压力随锥顶角的增大单调增加,这说明,锥面刀盘土仓压力小于平面刀盘,掌子面土体较平面刀盘具有较大的流动推力;而对螺旋输送器中的柱塞效应要求降低,亦即,锥面刀盘盾构具有更好的土体适应性。