山地城市盾构连续皮带机力学分析及应用

针对山地城市轨道交通大纵坡渣土运输速度慢和易出现有轨运输溜车的难题,笔者采用有限元软件对隧道渣土连续皮带机进行了静力学分析,研究其应力、应变和位移分布规律,并对连续皮带机的现场应用效果进行总结。结果表明:输送带两端和中部位置处的应力、应变和位移较大,支架与托辊连接处易出现应力集中现象;支架可以有效为输送带提供支撑,减小输送带自身应力,限制输送带位移;采用连续皮带机出渣方式时的日平均进尺和日最高进尺相比渣土车出渣方式均有较大提高,盾构掘进效率得到明显提示。

关角隧道斜井皮带机运输技术研究

为解决长大隧道长斜井出碴运输难题,提高长斜井出碴运输效率,对隧道皮带机运输技术进行调研,对传统运输方式与皮带机运输进行比较分析,说明皮带机运输的优越性,并结合关角隧道的实际情况提出多种斜井出碴运输设计方案,对斜井皮带机在井底转载、储碴、喂料和破碎等细节方面进行方案比选,选择经济合理、切实可行的出碴运输方案,为指导关角隧道现场施工提供借鉴,为类似工程建设提供参考。

土压平衡盾构平衡控制理论及试验研究

土压平衡盾构在掘进时有两种平衡状态,一种是盾构与前方土体接触压力和土水压力的平衡,另一种是出土的平衡。两种平衡状态只有在刀盘开口率非常大时才等价。由于面板的挤压作用,开口率较小的盾构两种平衡状态将有较大偏离。出土率是控制土压平衡的重要指标,当其接近100%时,盾构处于出土的平衡掘进状态。盾构掘进时很难直接控制出土率,可通过施工参数间接控制。推导出土率与螺旋机转速、推进速度的定量关系,通过模型试验验证三者关系;推导平衡状态时上述三个参数的关系,该关系可作为通过施工参数控制平衡状态的标准;提出通过模型试验确定平衡状态时参数匹配的方法。当出土率小于或大于100%时及采用开口率较小的面板式刀盘时,盾构将产生不平衡掘进。大部分土压平衡盾构不平衡掘进产生挤土作用,造成正的地层损失及附加的应力场。试验结果表明,不平衡推进时挤土量一部分产生体积应变,一部分形成正的地层损失,使盾构前方地表产生了隆起;现场试验测试了刀盘前方附加应力场的大小和范围。研究成果可以指导土压平衡盾构推进时的参数控制,对控制推进时地表变形有指导意义。

隧道连续皮带机出碴施工技术研究

文章针对隧道传统的出碴方式和运输设备存在的问题和不足,通过对隧道不同施工方法的出碴运输技术的调研和分析,同时经过对该技术及其配套设备的研究,提出了适用于钻爆法施工的新型连续皮带机出碴模式,以及实现各种类型隧道连续皮带机出碴方案设计和设备选型配置。研究表明,在技术经济效益方面,采用连续皮带机出碴方式的综合效益远高于传统的运输方式;在低碳环保方面,该技术将成为隧道工程建设中发展低碳经济和环境保护的重要途经,特别适用于长大隧道和高原隧道的工程建设。

西秦岭特长隧道连续皮带机出碴施工关键技术

以新建兰渝铁路西秦岭隧道同步衬砌下的特长连续皮带机出碴为研究背景,介绍连续皮带机出碴体系与同步衬砌体系的矛盾并提出解决方案,创造性地引入连续分碴器自动切换装车技术以实现连续皮带机出碴与工程车转运2作业工序的无缝衔接;同时,阐述特长连续皮带机转场方案及皮带收放装置在解决出碴体系中途转场过程中如何实现无损伤快速回收、释放皮带难题的应用。实践证明:上述工艺和技术在经济性、连续性、安全性、施工工效、劳动强度等方面都能够更加合理地辅助现场施工,对于推动我国尚处于起步阶段的连续皮带机出碴技术发展具有较强的参考和指导意义。

磁力摩擦式辅助驱动在TBM连续皮带机中的应用

长大隧道TBM(tunnel boring machine)施工大多采用连续皮带机出渣,当运输距离较大时通常需要在中间增设辅助驱动,以降低胶带最大张力,从而降低胶带强度。为了提高辅助驱动的工程适应性,研发了磁力摩擦式辅助驱动系统,具有驱动力大、无二次转载、胶带无二次冲击损伤、结构简单、故障点少、结构紧凑占用空间小、安装方便和配置灵活等特点。该成果可用于采用钢丝绳芯胶带的TBM连续皮带机、支洞皮带机以及其他需要辅助驱动的胶带输送机,并在山西省中部引黄工程TBM1标段成功应用,具有广阔的推广应用价值。

垂直皮带机用于地铁TBM施工的可行性探讨

近年来我国在岩石地层的地铁隧道施工需求越来越大,在青岛地铁双护盾TBM施工过程中,龙门吊垂直出渣方式严重制约了TBM施工速度。虽然龙门吊用于地铁土压平衡盾构施工渣土垂直提升,技术成熟且应用广泛,但在岩石掘进机施工中的应用效果不佳,因此有必要进行探索和变革,采用更加适用的方法以充分发挥TBM快速施工的优势。分析龙门吊垂直提升石渣对双护盾TBM施工效率的影响,调研相关行业的物料垂直提升方法,从技术、经济和工期3方面分析龙门吊与垂直皮带机出渣的差异。在城市地铁双护盾及开敞式TBM施工中,垂直皮带机出渣技术具有运输效率高、不占用TBM掘进时间、故障率和综合成本低的优势,可为充分发挥TBM掘进效率提供良好保障,具有很大的市场推广价值。

土压平衡盾构长距离施工运输模型应用研究——以北京地铁新机场线一期工程为例

为解决土压平衡盾构隧道运输系统施工效率优选的问题,以北京地铁新机场线一期工程为背景,选取盾构渣土运输方式不同的两相邻盾构区间,建立土压平衡盾构施工物料及渣土运输模型,对有轨运输系统和有轨运输+皮带输送机(包括水平连续皮带输送机+垂直皮带输送机)组合系统(简称组合运输系统)2种运输方式进行对比分析。研究结果表明:1)运输距离小于600 m时,优先选用有轨运输系统;2)运输距离在600~1700 m时,2种盾构施工物料及渣土运输方式施工效率基本相同;3)运输距离大于1700 m时,宜选取组合运输系统。有轨运输系统相较组合运输系统现场施工连续性较差,实测掘进循环时间相比理论预测掘进循环时间偏大,且时间差值随运输距离逐渐增加;组合运输系统实测掘进循环时间相比理论预测掘进循环时间差值较小,在实际施工过程中更容易达到理想施工期望。

复合式大倾角皮带机在地铁施工中的应用

城市地铁隧道普遍采用盾构法施工,通常采用龙门吊提升矿斗出渣,车站或者竖井深度较小时不会影响盾构的施工效率,但提升高度较大时会严重制约盾构的施工效率。大倾角皮带机具有连续高效提升渣土的优势,但土压平衡盾构的渣土黏度相对较大、含水量高,胶带清理不彻底问题较为突出,会影响设备的正常运行。总结现有波状挡边皮带机、斗式皮带机、夹带式皮带机3种提升皮带机的工作原理、适用范围以及土压平衡盾构施工渣土提升存在的问题,分析土压平衡盾构施工渣土特点及其对大倾角皮带机的要求,并结合工程实践,研发由牵引皮带机与支撑皮带机相配合的复合式大倾角皮带机。研究表明,采用可分离的复合式胶带、清扫器与清洗箱技术以及矩阵式高压喷水技术解决了胶带清理难题,可有效防止漏渣、掉渣,提升了施工效率和设备可靠性,推广应用市场广阔。

铁路隧道斜井皮带运输机出砟方案研究

为解决铁路隧道长斜井内采用无轨运输所产生的施工通风难度大、洞内环境污染大以及能源利用率低等问题,对斜井内采用皮带运输机出砟方案进行了系统、全面的研究,得出铁路隧道长斜井内采用皮带运输机出砟方案是可行的,具有在部分长斜井内试点价值的结论。同时给出斜井内采用皮带运输机出砟方案时井底结构布置以及皮带机、破碎站、给料机等机械的详细配置。

青藏铁路西格二线关角隧道关键技术

青藏铁路西格二线关角隧道是我国首座长度突破30 km的铁路隧道,文章介绍关角隧道的主要修建新技术:采用斜井分隔风道新技术和斜井皮带机出碴配合钻爆法掘进的新技术,加大供风量,减少污染,提高效率,克服高寒缺氧难题;采用岩溶裂隙水综合注浆技术及合理的排水配置,解决持续高压涌水难题;采用调整结构形式、加强初期支护和允许适度变形的技术方案,解决宽大断层束大变形问题;通过严格的计算,首创采用活塞风解决30 km长隧道运营通风技术方案,研究隧道内火灾烟气分布规律后,采用安全隧道射流风机加压和事故隧道均衡分散式竖井排烟新技术,形成防灾救援新技术。文章介绍关角隧道建设所取得的技术成就,以期对后续的高原特长隧道起到指导,达到推动中国铁路隧道技术进步的目的。

连续出碴皮带收放装置的设计与实用效果

针对TBM施工连续皮带出碴在收放皮带时存在工作难度大、投入人力物力多、安全系数不高及皮带损伤严重等问题,引入自动皮带收放装置。介绍该装置的结构组成、工作原理及其在兰渝铁路西秦岭隧道中途转场过程中的实际应用及效果,不仅确保了连续皮带铺设、回收的质量和安全,而且大大提高了工作效率,减轻了作业人员的劳动强度。

地铁TBM施工出渣方式优化探讨

TBM近年来逐步在我国地铁建设施工领域获得成功应用,弃渣运输均采用了传统的有轨运输+龙门吊提升方式,其施工能力和效率受到了一定的制约。随着皮带机垂直提升技术的不断发展进步,设计能力、安装尺寸、运输能力均有了长足的进步,为采用TBM施工的地铁隧道出渣提供了更加高效的方式。通过对青岛地铁2号线双护盾TBM采用有轨运输+龙门吊与其它弃渣运输方式的分析和对比,认为采用连续皮带机+垂直皮带机出渣,掘进效率较龙门吊出渣可提高75%以上,为TBM在地铁施工中充分发挥其快速施工的性能提供了一种途径。

斜井带式输送机出碴定额测定的研究

为合理缩短企业内部施工定额编制周期,对斜井带式输送机出碴定额测定方法进行了优化研究,设定了子目划分、样本选择、测定模型建立、数据采集和测定计算等企业施工定额编制的必要流程和相关测定原则,本方法可以应用于相对独立单项工序施工定额的快速测定。

西秦岭隧道皮带机出碴TBM同步衬砌技术方案研究

兰渝西秦岭隧道是目前中国铁路建筑上TBM掘进最长的隧道,为解决该工程工期紧的问题,在施工中采用皮带机出碴与TBM同步衬砌技术。主要研究如何在施工中尽量减小施工干扰,如何在不影响开挖的情况下移动衬砌台车、修补、防水作业台架,连续皮带机如何通过台车等技术问题。所采取的一系列措施加快了施工进度,缩短了工期,降低了工程安全风险,为今后类似的工程提供借鉴。

基于宾汉姆流体的土压平衡盾构螺旋输送机排土量研究

为确保土压平衡盾构掘进过程中有效控制排土量,须考虑螺旋输送机构造特征和渣土性质对其影响。将改良后流塑性状态的渣土假设为宾汉姆流体,并基于螺旋输送机构造沿其螺旋排土方向展开成一长条形的长方体排土模型的基础上推导盾构螺旋输送机的理论排土量计算公式。通过对排土量影响因素进行分析表明:1)排土量受开挖面支护压力、渣土的初始剪切屈服应力影响较大,而受渣土的塑性黏度影响较小;2)随着隧道埋深和开挖面支护压力的增加,改良渣土的流塑性降低。将该理论成果应用于指导广州地铁21号线浅覆土全断面砂土地层某区间隧道盾构掘进中的渣土改良,开挖面支护压力保持了稳定,地表沉降控制为5 mm。

连续皮带机配套TBM出碴技术探讨

以辽宁省大伙房水库输水一期工程TBM2标为例,通过经济性、环保性、出碴效率等方面综合对比,进行TBM施工配套出碴方式的选择,并就皮带的带宽、材质等参数选择进行详细介绍,然后从连续皮带机系统组成、工作原理、结构型式及使用方法等方面进行阐述,并对连续皮带机使用过程中需注意的问题及解决办法进行总结,实现连续皮带机系统与TBM设备有效结合,确保良好施工环境的同时充分发挥了TBM高效施工的特点。

移动式布料皮带机在双护盾TBM出碴中的应用

隧道TBM施工采用有轨运输方式出碴时,掘进过程中矿车卸碴布料涉及工序较多,且牵引列车编组的内燃机车持续运行会增加尾气排放,造成隧道内空气污染。应用于青岛地铁隧道施工的双护盾TBM的后配套配置了移动式布料皮带机,该皮带机可实现往复移动和正反向运行为矿车卸碴布料。对该移动式布料皮带机的工作原理、结构组成、移动方式、张紧方式和驱动方式等进行研究,并分析其应用效果。实践证明,该技术应用于TBM后配套出碴可行、实用,简化了施工工序并提高了工作效率。

郑州市下穿中州大道超大断面矩形隧道顶管姿态控制技术

郑州市下穿中州大道矩形顶管隧道工程具有断面超大、覆土浅、4条隧道平行布置、净间距小等特点。为有效控制顶管掘进姿态,全方位介绍了顶管姿态控制、纠偏措施,并对铰接纠偏、双螺旋机出土、六刀盘操控、注浆纠偏、小间距推进控制等关键控制技术进行了详细阐述。实践表明,超大断面矩形顶管在浅覆土、小间距、多次扰动的情况下,采取铰接纠偏、双螺旋机出土、六刀盘操控、注浆纠偏等技术可有效控制顶管姿态。

大直径大坡度连续超小半径转弯TBM关键技术研究及应用

为解决抽水蓄能电站交通洞、通风洞开挖断面大、水平转弯半径小、纵坡坡度大且变化频繁,常规TBM无法施工的难题,以抚宁抽水蓄能电站交通洞和通风洞为背景,分析大直径、超小半径转弯、大坡度隧洞采用TBM施工的重难点,从整机方案选型、关键部件设计、出渣方式创新等方面入手,设计一种大直径大坡度超小半径转弯TBM。实践证明:1)在抽水蓄能电站进厂交通洞和通风洞采用大直径超小半径转弯TBM施工切实可行,且具有施工效率高、环境破坏小、绿色低碳等优点;2)采用双护盾主机并结合锚喷支护形式创新集成设计的TBM能够适应大直径超小半径转弯工况;3)在双护盾TBM的支撑盾上集成设计钢筋排存储系统方案可行;4)“旋转栈台+胶轮自卸车”的出渣运输体系能够解决大坡度、连续多次超小半径转弯工况下TBM出渣及物料运输难题,且施工成本相对较低,故障率相对较少,但其影响TBM掘进速度,出渣时阻碍物料运输及人员通行,不利于文明施工;5)在连续超小半径转弯、大坡度工况下采用组合式皮带机出渣的方案是可行的,且组合式皮带机出渣方案在提高TBM掘进速度方面具有突出的优势,但其皮带跑偏调整技术和“多级控制、顺序启停”的控制系统有待进一步研究。