完整极硬岩条件下TBM连续高效破岩技术

以某项目螺旋斜坡道工程为背景,分析了影响TBM在完整极硬岩条件下连续高效掘进的因素,提出设计高效耐磨的刀盘系统,具体包括将刀间距优化至60 mm、刀具额定荷载提升至375 kN、提高刀座强度和耐疲劳性、设置两路冷却系统以控制刀盘刀具温度,并重点强化了刀盘的耐磨性;减小刃宽保证贯入度,将边刀刀圈允许磨损部分外侧加厚2.5 mm。在辅助破岩措施上,控制爆破实现人造裂隙;在连续转弯破岩技术环节上,提高TBM主轴承强度,并不断优化掘进参数进一步提高掘进效率。实践应用效果良好。

济南地铁工程盾构机刀盘开裂原因分析及控制措施研究

刀盘作为核心部件,承担着切削土体和稳定掌子面的重要职责,其工作状态直接关系到盾构施工的整体质量和安全性能。在济南地铁盾构施工过程中,由于地层条件的复杂性和制造、工作参数选择不当,刀盘出现开裂问题。针对造成刀盘开裂的原因,刀盘增加针对性的耐磨设计、焊接应力处理措施优化为整体结构件热处理退火工艺,刀盘中心滚刀采用TBM安装方式、牛腿为嵌入式方箱设计,加强复合地层掘进参数控制。实践证明控制效果良好,有助于促进刀盘设计和焊接工艺的创新和优化。

岩石隧道掘进机滚刀受力及磨损

为了找出刀具磨损的主要因素,优化滚刀在刀盘上的布置,了解滚刀振动对刀圈应力分布规律的影响.采用理论和软件分析相结合的方法,以岩石掘进机掘进混合片麻岩为条件,研究了刀盘上刀具消耗规律及其影响因素.结果表明:滚刀磨损最快的在刀圈外缘;离刀盘中心越远,刀具磨损越快;岩石完整系数越大,刀具磨损越快;随着滚刀磨损量的增大,掘进中滚刀外缘和岩石接触面积增大,挤压力降低.该研究结果对岩石隧道掘进机刀具系统的优化有重要的参考价值和指导意义.

盾构技术的发展与展望

介绍了盾构技术的国内外发展现状,重点论述了近年来盾构的新技术,包括新的盾构工法、刀盘磨损的防治措施、盾构机的脱困技术以及突水、突泥预防及处治技术等,并综合国内外理论研究和实践经验进行了分析总结。最后,对盾构技术的发展进行了展望,指出为了满足各种地层结构的施工安全、效率的要求,盾构技术应该向自动化、智能化的方向发展。

基于地质条件的盾构机刀盘耐磨条磨损机制实验研究

为了了解盾构机刀盘耐磨条在地质条件下的磨损机制,通过模拟砂层和岩石两种状态下的磨损实验,探明压力、速度和摩擦的关系,并通过耐磨条摩擦面微观形貌了解磨损机制。实验结果显示:摩擦力随压力增大而增大,速度对摩擦力影响不大;摩擦因数随速度增大而增加,但和压力关系不明显,而且摩擦因数随时间增加有减小趋势;耐磨条在砂层磨损不明显,磨损机制是连续磨损和轻微的二体颗粒磨损;耐磨条在岩石层磨损激烈,磨损机制主要是连续磨损和疲劳磨损,其次是颗粒磨损。实验结果和工程实际相符合。

基于离散元数值模拟的砂卵石地层盾构掘进刀盘磨损特性研究

砂卵石地层由大量颗粒组成,其本质是离散的、非连续的,属于典型的不稳定地层,颗粒之间孔隙大,无黏聚力,单轴抗压强度普遍较高,刀盘旋转切削时,刀盘与颗粒摩擦非常剧烈,刀盘磨损严重。为研究砂卵石地层盾构掘进刀盘磨损特性,依托兰州市轨道交通1号线,采用颗粒流离散元软件EDEM,研究不同刀盘形式和覆土厚度下盾构机刀具磨损特性。结果表明,刀具磨损不均匀,主要体现在刀盘外围刀具磨损严重,中心处刀具磨损较小。相同掘进参数条件下,辐条式刀盘磨损较小,为面板式的0.7~0.8倍;覆土1.5D(D为盾构机外径)时刀具磨损量约为覆土1 D时的1.15倍。

富水卵漂石地层盾构滚刀磨损规律及寿命预测分析

为探究成都富水卵漂石地层盾构滚刀磨损规律及寿命特性,以成都地铁17号线凤温区间和明一区间第1次查换刀情况为研究对象,首先对两区间不同开口率刀盘的滚刀磨损形式和磨耗系数进行对比,之后采用基于现场实测数据的滚刀寿命预测模型对查换刀距离进行预测,最后通过第2次换刀对预测效果进行验证。研究结果表明:1)富水卵漂石地层滚刀磨损形式主要表现为尖状磨损和偏磨磨损,偏磨滚刀主要分布于刀盘边缘及中心区域;2)滚刀磨耗系数与安装位置半径关系曲线大致呈U形分布,中心滚刀和边缘滚刀的磨耗系数较大,正面滚刀的磨耗系数较小;3)刀盘开口率是影响滚刀磨耗系数和偏磨概率的重要因素。

TBM掘进刀具磨损实时监测技术及刀盘振动监测分析

受制于施工环境,TBM(tunnel boring machine)刀具磨损及刀盘振动实时监测问题一直难以解决。基于此,对滚刀和刮刀分别提出了基于电涡流传感器及电阻格栅的磨损实时监测系统,并通过试验建立了输出电压信号与磨损量之间的关系;同时,对吉林引松工程直径为8.03 m的隧道掘进机进行刀盘振动现场监测,并对振动响应进行时域及频域分析。结果表明:在一定地质条件下,随着贯入度的增大,刀盘振动值逐渐变大;刀盘空转频域曲线表现为局部峰值、整体幅值较小的特点,正常掘进时振动幅值明显较大的几个频率范围与刀盘空转时几个波峰对应的频率范围相同,在制作刀盘时其固有频率要尽量避开这几个频率范围,防止产生共振。

砂卵石地层泥水盾构施工技术难点及控制措施分析——以兰州地铁穿黄隧道工程为例

为解决泥水盾构在砂卵石地层掘进过程中所面临的刀盘结构磨损严重、刀盘开口率调节不便、刀具磨损严重、泥水环流系统堵塞以及泥浆管路磨损严重等工程技术难题,针对兰州地铁穿黄隧道工程富水砂卵石地层条件,提出刀盘结构适应性改进措施、刀具磨损控制措施、环流系统改进措施以及泥浆管路磨损控制措施。研究表明:1)对刀盘结构进行适应性改进,可有效解决砂卵石地层刀盘结构磨损严重和刀盘开口率调节等问题;2)将边缘单刃滚刀改为双刃滚刀,导流刀改为撕裂刀,可有效增强盾构刀具的耐磨性能,提高盾构的掘进效率;3)从碎石系统改进和大漂石、卵石处理2个方面对盾构环流系统进行改进,可有效解决盾构环流系统堵塞的问题;4)将整体泥浆管路分为3段,相邻管路之间用法兰盘连接,可有效解决泥浆管路局部磨损严重的难题。

刮渣斗与紧邻滚刀夹角对滚刀磨损影响研究

针对新疆某输水工程所用的多种TBM刀盘,为研究不同刀盘在掘进过程中滚刀磨损差异,从现场2台TBM(4#和5#)滚刀实测磨损数据入手,利用数值归纳方法研究了刮渣斗数量、刮渣斗与紧邻滚刀夹角对滚刀磨损的影响。通过向量分析方法得到以下结论:(1)刮渣斗的布设数量对滚刀磨损的影响较为显著,刮渣斗布设多的滚刀磨损较小,刀盘设计时应多布设刮渣斗。(2)滚刀应尽量布设在紧邻前方刮渣斗处。(3)相邻刮渣斗之间布设多把滚刀时,应确保外侧滚刀紧邻前方刮渣斗布设。

我国硬岩掘进机的创新与实践

近年来,在TBM装备研发、推广应用力度不断加大的背景下,我国TBM设计、制造及施工技术均有了大幅度的提升,但与国外相对成熟的技术相比,在核心技术掌握及应用水平上还有一定的差距。在分析国内外TBM研究与应用现状的基础上,针对大瑞铁路高黎贡山隧道所处地段存在的＂三高四活跃＂复杂地质条件,开展TBM设计方案研究工作：1）通过开展原型滚刀破岩及缩尺滚刀磨损试验,为TBM刀盘适应性设计及关键参数计算提供依据;2）从刀盘刀具高效破岩、TBM扩挖和集成式支护系统等方面对TBM设计方案进行论述;3）对搭载式HSP法、RTP岩体温度法2种超前地质预报技术进行研究。研究成果能够为复杂地质条件下高适应性TBM设计、制造及其在高黎贡山隧道工程中的应用奠定基础。

复合地层盾构机刀盘设计及刀具磨损分析

城市地铁建设对土压平衡盾构机的需求与日俱增,盾构机刀盘的设计、刀具的选择与布置对掘进的连续进行至关重要。在卵石、砾岩、泥岩复合地层中进行盾构掘进时,刀盘的设计与刀具的磨损控制一直是施工人员面临的难题。以北京地铁16号线玉渊潭东门站-木樨地站盾构区间工程为依托,介绍了盾构机刀盘设计、刀具选择及布置方案,通过对盾构接收后刀具磨损、更换的统计及分析,得出在卵石、砾岩、泥岩复合地层条件下该刀盘的刀具磨损规律,并分析其优缺点,对刀具的选型提出了优化建议。

大直径盾构掘进风险分析及对特大直径盾构挑战的思考

目前,基于建设规模和设计功能的需求,特大直径盾构已多次应用于铁路、公路、城市轨道交通、地下管廊等领域隧道工程建设。初步统计了国内外15.5 m以上的特大直径盾构隧道工程,总结了大直径盾构在掘进过程中的主要风险及常见问题,包括主轴承损坏失效、盾构管片拼装脱出盾尾后上浮、刀具磨损随盾构直径增大而加剧、刀盘前泥饼粘结、渣土滞排、刀盘升温等,并结合案例分析其原因。针对特大直径盾构带来的事故风险,从土压盾构与泥水盾构主轴承密封问题、管片盾尾脱出后上浮风险、常压刀盘与常规刀盘的选择、泥饼粘结和渣土滞排难题、预探前方复杂地质、海中基岩爆破及注浆固结辅助处理等方面提出思考和建议。

盾构隧道施工刀盘状态实时监测系统研制

盾构隧道施工中,由于盾构刀盘后面为有压舱,刀盘工作处于“黑箱”状态。为了实时监测盾构掘进过程中刀盘滚刀及刀盘整体的工作状态,研发了一套盾构隧道施工刀盘状态实时监测系统。该系统由传感器、控制与数据传输及算法与显示三个子系统组成;传感器子系统集成了自制的滚刀磨损量与转速传感器、温度传感器、数据采集模块和电源;集成的传感器安装于刀盘滚刀刀箱内,可实时监测滚刀的磨损量、转速与刀盘的温度。采集的数据通过有线或无线传输到中心端,再通过有线方式传送给上位机。上位机软件集成了盾构设计参数及隧道地层参数、盾构施工参数、传感器监测参数,可实时显示传感器采集的参数,并结合地层条件与盾构施工参数综合判定盾构刀盘工作状态,预测滚刀使用寿命。经过实验室测试、工厂测试,结果表明该系统满足设计要求,可用于盾构刀盘工作状态监测。