基于ADAMS 的全断面硬岩隧道掘进机主机耦合振动分析

为明确不同工况下TBM主机振动耦合规律,基于Adams软件,依据其结构装配关系和力传递关系,对TBM主机节点进行重新划分,引入非线性弹簧元件对油缸、轴承和齿轮啮合进行非线性等效,建立TBM主机非线性耦合动力学模型,并详细计算结构本身的刚度和结构间的非线性连接刚度。根据掘进地质条件,定义了全推力、上软下硬和转弯3种典型刀盘载荷,并对3种载荷下的振动进行分析。结果表明:(1)在全推力工况下,主机关键部件的振动最大,为低频的受迫振动;机头架的振动横向和纵向受到齿轮的耦合作用,在150 Hz左右的频率上存在耦合振动。(2)刀盘轴向最大加速度幅值为2.5g,从刀盘到主梁,机头架的振动衰减了约25%,主梁前段振动衰减了约55%,与已有全推力工况下实测结果相接近,证实了仿真计算的正确性。(3)根据对上软下硬和转弯纠偏2种典型工况的振动规律分析,刀盘的轴向力和速度分别减少约40%和80%。

国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机下线

2014年12月27日，我国首台拥有自主知识产权的国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机（敞开式TBM）在湖南长沙顺利下线。该掘进机的成功研制打破了国外长期垄断的局面，标志着我国在大型高端装备制造领域已取得了重大突破。大直径全断面硬岩隧道掘进机常用于长大硬岩隧道施工，被称为工程机械的“航空母舰”和“掘进机之王”。

全断面硬岩隧道掘进机在大连顺利交工

日前，两台当今世界上最先进的硬岩隧道掘进超大型专用设备在大连顺利交工。

全断面硬岩隧道掘进机

被称为钢铁“穿山甲”的全断面硬岩隧道掘进机（TBM），长150多米，直径8m，是目前国内合作生产的最大的硬岩隧道掘进装备，仅掘进头前部就达800多吨，可有50多个巨型刀头同时掘进，是具备高科技含量的、机电一体化的大型装备产品。该产品主要应用于隧道、地铁、涵洞等地下、水下等坚硬岩石的一次成洞。随着全球性地上工程向地下工程的逐渐转移，

全断面硬岩隧道掘进机的发展与经验(待续)

在1966年推销的第一代佳伐全断面隧道掘进机,一个系列、五种机型,直径2.4～6.4m(8～21ft),有几台成功地用于钻掘硬岩隧道。然而这种岩石并不是今日认为所要钻掘的硬岩.因为它主要是石灰岩和页岩。

全断面硬岩隧道掘进机的发展与经验(续完)

7 刀盘设计滚刀只有安装在一个设计具有必要刚性的刀盘上,才能在大负荷下工作。一个先决条件是要使推力平均地分配到掘进机刀盘上的全部滚刀上.不允许其中任何一把滚刀在岩石阻力下向后弹回,它们必须同时穿透岩石至同一深度,掘进机才能处在最优效率状态下作业。

国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机研制成功

2014年12月27日，由中国铁建重工集团联合浙江大学、中南大学、天津大学、中铁十八局等共同研发，拥有自主知识产权的国产首台大直径全断面硬岩隧道掘进机（敞开式TBM），在湖南长沙顺利下线，它的成功研制打破了国外长期垄断，填补了我国大直径全断面硬岩隧道掘进机研制的空白，标志着我国在大型高端装备制造领域取得重大突破。

全断面硬岩隧道掘进机问世

日前，两台被称为钢铁“穿山甲”的全断面硬岩隧道掘进机（TBM）在大连问世。据悉，该设备采用美国罗宾斯公司的先进技术和核心部件，在大连重工起重集团的泉水新厂房中进行部分制造与组装，不仅填补了国内此类设备设计制造上的空白，还标志着我国装备制造业承接国际重工产业转移的能力显著增强。

全断面竖井掘进机锥形刀盘破岩机理研究

刀盘刀具系统作为全断面竖井掘进机的关键组成部分,不同刀盘锥度及刀间距对滚刀破岩起决定性的作用。运用ABAQUS软件建立滚刀动态破岩模型,分析不同刀盘锥度和不同刀间距对滚刀破岩的影响,并获取了滚刀在破岩过程中的受力情况及破岩效率。结果表明:滚刀破岩效率随着刀盘锥度的增大而减小,滚刀破岩效率随着滚刀安装半径的增大而减小,综合滚刀受力、破岩效率和实际工况,得到刀盘锥度为120°、滚刀刀间距为40 mm时,滚刀破岩效率最高。为竖井掘进机锥形刀盘设计提供了理论依据,有效提高了竖井掘进机破岩效率和整机研制水平。

三模式掘进机全断面岩层段TBM模式施工技术研究

为研究三模式掘进机使用TBM模式在全断面岩层中的施工技术,以广州地铁7号线二期萝岗站—水西站盾构区间工程为研究背景,分别从出渣方式、掘进参数控制、刀具管理和稳定器应用4个方面对三模式掘进机TBM模式施工技术进行总结。结果表明:1)本工程中三模式掘进机使用镶齿滚刀施工,相对光面滚刀的消耗更少,刀盘转矩更低;2)三模式掘进机TBM模式采用泥浆循环和螺旋输送机双通道出渣,可显著降低泥浆管堵塞的概率,提高出渣效率;3)三模式掘进机在前盾、中盾安装稳定器和撑靴,可保证全断面硬岩地层中掘进盾体不发生滚动,同时增强盾体稳定性;4)在全断面岩层中采用三模式掘进机TBM模式开挖隧道,刀盘转速为3.0 r/min,总推力约15000 k N,转矩可控制在1300 k N·m,推进速度为8~12 mm/min。

全断面隧道掘进机主轴承受力分析及不拆解状况下的检测方法

文章主要分析了全断面隧道掘进机主轴承三列滚子的结构形式及不同工况下受力状况。并通过计算分析,阐明了全断面TBM主轴承三列滚子的磨损情况与主轴承寿命的相互关系。为隧道工程项目提出了一套具有参考价值的主轴承定期磨损检测方案。

全断面隧道掘进机在城轨项目中适用性及施工进度影响因素探讨

为了研究全断面隧道掘进机在城轨项目的适用性,通过查阅相关资料、调研相关案例,分析了全断面隧道掘进机应用于城市轨道交通中的优势和劣势,并分析始发、掘进、过站3方面因素对施工进度的影响。

复合地层全断面硬岩隧道掘进机下穿立交桥研究

针对全断面硬岩隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)在城市中掘进对既有物的变形问题,依托青岛地铁4号线某区间隧道下穿立交桥的实际工程背景,采用数值计算的方法,根据实际工程情况建立双隧道下穿立交桥,综合分析隧道下穿市政桥梁的应变规律,监测桥梁多点位移,提出隧道正交下穿桥梁的薄弱点加固措施。结果表明:右线隧道双向同时开挖与双隧道同时同向开挖对立交桥的影响几乎一致,左线隧道先开挖后右线隧道开挖,桥面板部分隆起的部分会随着右线隧道的开挖逐渐发生沉降。先左线隧道开挖后右线隧道开挖对桥面板的影响最大,容易造成桥梁的不均匀沉降;隧道开挖导致的桥面板不均匀沉降可对桥墩进行暂时支撑加固,对桥墩周围环向的土体可进行换填混凝土,以减小桥墩及桥面板的沉降。

采用全断面及扩孔式硬岩掘进机的大断面隧道掘进

迄今为止,世界上已有大约140km直径超过9m的岩石隧道成功地采用全断面掘进机及扩孔式掘进机进行开挖。目前,机械破岩法隧道掘进的趋势仍在向着更大断面的隧道发展,大断面隧道掘进中的高地层压力和由此产生的挤压性地质条件,则要求人们对全断面掘进的工艺和设备必须进行慎重地选择。本文除对不同类型全断面掘进机的特征作了一般性的分析比较外,还通过对国际上典型的全断面掘进机应用实例的分析,得出了一些较具体的结论,以作为今后隧道工程项目选择全断面掘进机的推荐性意见。

煤矿井下用全断面掘进机安全技术要求研究及建议

煤矿井下用全断面掘进机是最新引入煤矿井下施工的大型巷道掘进装备,有效地改善了煤矿巷道建设过程中掘进速度慢、效率低等问题。介绍了煤矿井下用全断面掘进机结构组成、分类以及工作原理,并基于煤矿井下用全断面掘进机性能研究,结合煤矿瓦斯爆炸环境和工作特点提出了适合煤矿井下用全断面掘进机的安全技术要求和建议,为煤矿井下用全断面掘进机设计制造、安全使用提供了技术指导和参考。

深井巷道全断面硬岩掘进机及其快速施工关键技术

针对煤矿深井硬岩巷道掘进效率低下的技术难题,综合考虑深立井煤矿巷道工程环境和全断面掘进机技术特点,通过全断面掘进机施工煤矿深井岩巷可行性研究,制定了煤矿深井巷道全断面硬岩掘进机技术指标,研制了煤矿深井巷道全断面硬岩掘进机;基于考虑全断面掘进机施工扰动影响的岩石循环加卸载试验,建立了全断面掘进机快速施工围岩准静态循环加卸载损伤本构模型和非线性强度准则,并用于巷道围岩稳定性数值模拟中;通过数值模拟和现场监测,揭示了全断面掘进机快速施工围岩力学响应机理,提出了满足全断面掘进机快速施工煤矿硬岩巷道特点与要求的巷道支护形式和施工技术;通过分析煤矿全断面硬岩掘进机施工巷道围岩的稳定性,提出巷道顶板锚杆快速支护方案,并得到现场实测验证;针对立井井筒运输能力受限、井下工作环境空间狭小、设备需要频繁拆装转场等问题,研发了全断面岩石掘进机井下有限空间运输、组装、拆解技术,创新了全断面岩石掘进机井下始发、掘进关键技术;采用掘进、支护、排矸、辅助运输同步作业方式,解决了硬岩巷道快速施工难题。最后,通过在淮南张集煤矿西二采区1413A高抽巷进行工业性试验验证研究成果。结果表明:全断面掘进机施工煤矿深井硬岩巷道,平均月进尺达404 m,最高月进尺达560 m,为现有硬岩巷道掘进效率的5~10倍。

全断面隧道掘进机智能制造与运维发展现状及趋势

分析全断面隧道掘进机行业存在的难题、挑战与智能化发展的意义,重点论述全断面隧道掘进机行业智能制造、智能运行、智能维护、智能安装与机器人应用等技术的研究与发展现状。提出全断面隧道掘进机智能化制造和智能化运行维护技术的发展方向:1)亟待建立装备制造与运维数据共享机制;2)亟待突破多源异构数据采集智能终端开发与多层制造生产协同等关键技术;3)研发机制-数据混合驱动的云边端分布式智能运维系统,推动隧道工程智能建造的进程;4)逐步跨域构建“以用户为中心”的制造/运维价值网服务平台,实现全断面隧道掘进机制造/运维产业转型升级。

基于实例推理的全断面岩石隧道掘进机刀盘主参数设计方法

刀盘主参数设计是全断面岩石隧道掘进机的关键问题,是影响其掘进性能的决定性因素。刀盘破岩机理复杂,刀盘须针对围岩属性进行适应性设计,充分利用先前刀盘设计实例中积累的成功经验和数据至关重要。提出基于实例推理的刀盘主参数设计方法。给出刀盘设计实例的表示方法;根据实例属性特点,给出各种属性的局部相似度计算方法;针对取值为区间数的实例属性,提出一种基于属性值概率分布的区间相似度计算方法;运用组合修改实例的方法获得新刀盘的主参数设计方案。经工程应用实例设计表明,该方法设计结果较好。

液体黏性离合器在全断面硬岩掘进机刀盘驱动中的运用

针对全断面硬岩掘进机(Tunnel boring machine,TBM)掘进中刀盘被困的现象,设计出一种新型的TBM刀盘驱动技术,主要特征是:正常掘进工况下采用变频电动机驱动,当刀盘被困时,脱困装置和变频电动机共同驱动.脱困装置由定速电动机和液体黏性离合器组成,液体黏性离合器一方面可以比例控制电动机的扭矩输出,另一方面可以允许定速电动机的输出轴和离合器的输出轴之间存在滑差,防止刀盘未转动时定速电动机发生堵转。通过计算分析可知:新型刀盘驱动的脱困性能相对于现有的驱动方式具有明显的提升。新型刀盘驱动的关键技术是液体黏性离合器的控制,需要分析离合器的温升特性,并基于此提出离合器的扭矩控制线路。为了实现扭矩按预定控制路线变化,对离合器的扭矩传递机理开展初步研究。新型刀盘驱动系统的仿真结果表明,该系统比现有驱动系统在脱困性能方面有大幅度提升。

全断面隧道掘进机破岩机理离散元分析

将基于微观胶结试验得到的岩石微观力学模型植入离散元软件,模拟滚刀破岩过程并重点分析滚刀破岩各阶段的宏微观机理.结果表明:滚刀破岩过程按破岩阻力和侵入深度的关系可以分为3个阶段,即加载阶段、卸载阶段和残余跃进阶段;破岩过程中的胶结破坏主要分为拉破坏和剪扭破坏2种类型,其中,中裂纹主要由拉剪扭复合破坏引起,斜裂纹主要由拉破坏引起,证实了张拉破坏理论.加载阶段是滚刀破岩的必经阶段,卸载阶段是滚刀破岩的关键阶段,有效利用卸载阶段破碎特性可以提高破岩效率.