土压平衡式盾构用主驱动密封气动压力控制系统及其控制方法

传统土压平衡式盾构机主驱动密封压力控制采用一种油气混合压力控制装置,该装置承压能力不超过0.6 MPa。在操作过程中需要技术人员实时调节,对人员操作要求较高,存在误操作等安全风险,严重时会导致掌子面塌陷、主驱动密封失效、主轴承损坏等严重后果。为解决这一问题,设计了一种土压平衡式盾构用主驱动密封气动压力控制系统及其控制方法。该系统根据土压平衡式盾构机土仓压力的变化自动调节主驱动密封腔压力,并将主驱动密封的最大承压能力提高至0.8 MPa,显著降低人员操作安全风险。该系统对需高承压盾构施工的设备制造及操作有较强的指导意义。

土压平衡式盾构机在地铁隧道施工中的应用技术

在简述某地铁隧道盾构工程概况的基础上,论述土压平衡式盾构机工作原理和技术特征,分析了该工程项目土质对盾构施工的不利影响,阐述了土压平衡式盾构机在控制重点部位、控制工艺参数、改良盾构渣土等方面的应用技术,提出了砂层盾构常见问题及采取的措施,以及如何解决刀盘卡顿问题,可供相关工程技术人员参考。

地铁工程土压平衡式盾构施工技术

为妥善解决软弱地层稳定性偏差、砂层富水性强的问题,对土压平衡式盾构施工技术相关应用展开研究。通过参考相关文献资料,根据具体地铁工程盾构施工案例,详细分析土压平衡式盾构施工技术要点,注重盾构土仓压力、微扰动、同步注浆、出渣量、渣土改良、富水砂层沉降等施工内容,在土压平衡式盾构施工技术实践中有效控制富水砂层沉降问题。对于稳定性偏差的砂层,可以考虑土压平衡式盾构施工技术,为地铁工程安全使用提供保障。

基于土压平衡式盾构机进行地铁隧道施工的技术研究

本文针对土压平衡式盾构机在地铁隧道工程中的应用,分析了其工作原理、技术特征以及土质对施工的不利影响,并提出了优化渣土清排系统、提高盾构机掘进参数、加强土压平衡控制等三项改良方案。通过这些方案的实施,可以有效提高地铁隧道施工的效率和质量,为地下隧道工程的顺利实施提供了可靠的技术支持。

考虑推进过程的土压平衡盾构渗流场解析解及喷涌判别

考虑推进过程中盾构正面附加推力产生的超孔隙水压力,用解析的方法分析了盾构喷涌问题。将土舱渗流场划分成两个区域,利用叠加原理和分离变量法得到土舱水头显式级数解,将螺旋输送机内流场视为一维渗流,通过土舱与螺旋输送机交界面的连续条件确定盾构渗流场解析解。通过数值模拟结果验证了解的正确性,并进行了参数分析。参数分析表明:正常掘进状态下的盾构推力波动频率与渣土固结系数比值近似为0.1~10 m^(-2),可对应于渗透系数10^(-3)~10^(-5)cm/s,当比值大于20 m^(-2),可以忽略超孔隙水压力的影响,比值小于0.01 m^(-2)时,水压力分布近似稳态渗流状态,但比值在1 m^(-2)附近时,超孔隙水压力将存在显著的影响。结合已有的喷涌研究,给出了典型盾构在不同推力波动频率与土体固结系数比值下的临界渗透系数。通过对盾构喷涌实例进行对比,证明了解析解的喷涌判别是有效的。

土压平衡式盾构掘进过程的相似模型试验

土压平衡式盾构掘进过程是一个多系统综合运作的复杂力学过程。为实现土压平衡盾构掘进过程的相似模拟,设计制造能够完成掘削面开挖、螺旋出土器出土、盾构机推进、管片拼装、盾尾注浆等全过程模拟的土压平衡式模型盾构机。其次对盾构-地层系统的相关参量进行甄别,选出对试验结果有重要影响的参量,同时基于相似理论,通过量纲分析的方法得到盾构-地层系统的相似准则。基于该相似准则,进行土压平衡式盾构掘进过程的室内相似模型试验,获得土压平衡式盾构掘进对地层影响的一般规律,该试验结果经过相似关系换算后可直接反映出原型中的实际地层沉降量。这种能够实现掘进全过程模拟的土压平衡式模型盾构机为深入研究盾构施工对地层及周围环境的影响提供新手段。

复合式土压平衡盾构机刀盘性能综合评价方法

复合式土压平衡盾构机刀盘对复合地层的适应性决定了施工的安全性和经济性。由于刀盘结构的多样性以及施工环境的复杂多变性,不同类型的刀盘在应对不同地层时,其综合性能表现不一,目前仍缺少对其综合性能进行评价的有效方法。在考虑刀盘性能影响因素多层次、多方面和相关联性的基础上,从刀盘的结构性能、刀具布置性能、力学性能、经济性、安全可靠性和环境适应性等方面,建立刀盘性能评价指标体系。根据刀盘递阶层次结构评价模型特点,提出一种基于模糊数学与评价理论,以模糊层次分析法计算刀盘指标权重,通过模糊综合评价和模糊优劣解距离决策法对刀盘进行综合性能评价的方法。结合长沙某地铁施工标段地质条件,选取四种常见的复合式土压平衡盾构机刀盘方案,进行评价确定最终方案,并通过工程实例验证本方法的合理性和有效性,为施工过程中的刀盘方案选型决策提供一种新方法。

青岛地铁土压平衡盾构碎石土改良方法研究

盾构在碎石土地层掘进时经常面临着地层渗透性强、刀盘扭矩大、刀具磨损严重等诸多困难。为解决上述施工难题,以青岛地铁4号线典型的碎石土地层为研究对象,首先通过颗粒筛分、LCPC试验和渗透性试验评价了碎石土的基本特性,结合传统的砂土和黏性土改良方案设计了5组碎石土改良配比方案,对不同配比方案进行坍落度试验、渗透性试验和直剪试验,分析了不同改良指标碎石土的流塑性、渗透性及抗剪力学特性,根据实际工程中盾构刀盘扭矩的变化情况验证了泡沫与聚合物组合改良的最佳方案。研究表明:7%浓度泡沫与5%浓度聚合物配比的改良剂能够有效降低碎石土的渗透系数,同时起到降低刀盘扭矩的作用。

富水砂层土压平衡盾构渣土改良技术研究

富水砂层土体具有流塑性差、渗透性强的特点,土压平衡盾构施工时易造成排土困难和喷涌事故。针对西安地铁10号线穿越富水砂层的土压平衡盾构工程,采用膨润土泥浆和泡沫剂改良盾构渣土,提出了改良渣土流塑性的评价方法,基于其流塑性和渗透性确定最佳改良方案,为工程提供借鉴和参考。结果表明:(1)当改良渣土塌落后无开裂或坍塌、塌落形状为梨形、塌落度为180~210 mm、塌落渣土与地面接触角θ为0°~90°时,流塑性合适,此时改良渣土的渗透系数于90 min内稳定在10-5cm/s,满足工程要求;(2)最佳改良方案为:渣土、膨润土、水三者质量比保持在200∶1∶40~200∶1.5∶44之间,泡沫剂溶液体积比浓度为2%,泡沫注入比为6%。

φ800mm土压平衡式模型盾构试验系统的研制

文章针对自主研发的φ800 mm土压平衡式模型盾构掘进系统,详细介绍了盾构机壳体、掘削系统、螺旋出土器、推进系统和控制台5个重要部件各自的结构形式、布局特点、参数确定及具体功能等,并指出该模型盾构试验系统可根据不同的需求开展原样土体掘进试验、相似模型试验,以及盾构近接施工等复杂条件下的模拟试验;通过在原样砂土地层中的掘进试验结果,分析了地表沉降形态与发展过程及地层损失率与地层位移间的关系;运用Peck公式对地表沉降进行了计算并与试验值进行了对比,验证了该土压平衡式模型盾构掘进系统的可靠性。

复合式土压平衡盾构机刀盘开口模式设计

复合式土压平衡盾构机在掘进过程中,刀盘开口模式直接影响碴土流动性,碴土流动性能够保证施工开挖面压力平衡,因此合理的刀盘开口模式是保证盾构系统内部压力稳定和掘进安全的关键。本文针对加入改性材料后具有一定流动特性的碴土,运用计算流体力学的方法,研究了不同刀盘开口方式对碴土流动性的影响。分别对比了相同和不同开口率下,对于同一性质的流体,盾构系统的压力传递情况,得到了系统轴向的压力分布规律。针对不同开口率得到了开口率大小与压力传递的关系,针对相同开口率得到了不同开口位置与压力传递的关系,为刀盘开口模式的结构设计提供依据。

复合式土压平衡盾构盘形滚刀布置规律

根据目前常见复合式土压平衡盾构的结构特性,以刀盘开口特征为依据,对复合式土压平衡盾构进行分类并归纳出2种类型滚刀布置区域,建立其约束模型。通过分析盾构掘进时滚刀的受力情况,提出滚刀布置基本原则,在此基础上建立以滚刀极径与极角为设计变量的非线性多目标滚刀布置优化模型,分析模型的目标函数与约束条件,给出模型求解策略,并采用遗传算法求解得到滚刀布置参数。应用该优化设计方法对深圳地铁某施工标段所用盾构滚刀进行布置优化。研究结果表明:优化后刀盘的径向不平衡力下降10.1%,倾覆力矩下降9.4%,破岩量方差下降15.9%,表明所建立的数学模型及所使用的优化算法是正确、可行的。

土压平衡式盾构掘进对地层应变场扰动模型试验研究

采用直径52cm的土压平衡式模型盾构机进行盾构掘进的室内模型试验。通过在试验隧道上方及两侧地层预先布置水平和竖直方向光纤光栅应变计,测试盾构掘进过程中地层应变分布及变化情况。测试结果表明:盾构隧道开挖后,隧道上方地层,尤其是拱顶附近,在水平方向和竖直方向均出现较大拉应变增量,该区域为盾构隧道掘进主要扰动区,主要原因是盾尾地层临空面的出现;同时,由于隧道开挖引起应力重分布,使隧道两侧竖直(压)应变有所增加。试验揭示了土压平衡式盾构掘进过程中地层应变分布及其变化规律,对于研究土压平衡盾构掘进对周围地层的扰动具有积极意义。

黏性地层面板式土压平衡盾构刀盘泥饼堵塞试验研究

面板式土压平衡盾构机在黏性地层中掘进时刀盘容易出现结泥饼问题,泥饼形成后会覆盖刀具、堵塞刀盘开口,从而降低刀盘的掘进效率,甚至使得盾构机完全丧失掘进能力,给盾构隧道施工带来严重影响。首先介绍了刀盘与土颗粒之间的黏附机理,通过自制的面板式刀盘掘进模拟装置开展了室内试验,研究了盾构掘进速度和刀盘扭矩的变化规律及其与刀盘堵塞之间的相关关系。研究表明:刀盘堵塞是一个连续渐进的过程,土颗粒首先在刀具密集处黏附聚集,然后逐渐扩大形成泥饼;泥饼形成后会覆盖刀具,降低刀具对地层的贯入度,并堵塞开口,降低渣土通过效率;在掘进参数上面主要体现为刀盘扭矩增大、盾构掘进速度减慢、排土顺畅度降低;刀盘开始结泥饼后,刀盘扭矩的增长符合三次多项式函数关系,掘进速度呈指数型降低;试验同时表明,土体含水率对刀盘结泥饼及堵塞具有显著影响,当其接近塑限时,泥饼最容易形成,盾构掘进效率最低,刀盘开口堵塞风险最大。研究成果对于评估黏性地层面板式土压平衡盾构掘进刀盘结泥饼及堵塞的风险具有借鉴意义。

土压平衡盾构砂卵石处理模式及应用分析

与软土地层相比,因砂卵石地层具有卵石直径大、强度高、流动性差、摩擦系数大、黏聚力小等特点,施工中面临大直径卵石排出困难、刀具磨损厉害、刀盘扭矩过大和掘进效率低等问题。其中,盾构机械的磨损和大直径卵石的排出困难最为突出。这些问题与盾构机的选型直接相关,其中,最重要的是刀盘、刀具的布置形式和螺旋输送机的选择。为在盾构选型阶段有针对地提出一些解决措施,详细分析"以破碎卵石为主"和"以疏导、通过和排出卵石为主"的两种卵石处理模式,并提出每种模式下土压平衡盾构刀盘、刀具和螺旋输送机所具备的特性,同时分析两种模式各自的优势、不足和适用范围。最后以国内某砂卵石地层土压平衡盾构选型和施工为例,分析其盾构选型和施工中存在的问题,并建议该地层后续盾构选型时采用"以疏导、通过和排出卵石为主"的砂卵石处理模式,并对盾构机的关键设备提出相应要求。

复合式土压平衡盾构刀盘CAD系统开发

在结合盾构刀盘构型、开口和刀具布置规律等理论基础上,以三维软件SolidWorks为开发平台,以VisualBasic作为开发工具,开发了一种复合式土压平衡盾构刀盘CAD系统。该CAD系统采用编程法与尺寸驱动法两种开发方式,设计了刀盘选型模块、开口设计模块、刀具选型模块和刀具布置模块等八个模块,实现对复合式土压平衡盾构刀盘、刀具进行三维参数化优化设计。针对某地铁施工工程需求,应用所开发的复合式土压平衡盾构刀盘CAD系统,设计了直径6.28m,开口率为32%,装配有滚刀35把,正面刮刀40把,边缘刮刀8把的刀盘。

加泥式土压平衡盾构机在成都砂卵石地层中应用的几个关键性问题

成都地铁一号线一期工程区间隧道大多通过富水砂卵石地层,且含有少量大粒径漂石。结合地层这一特点,对成都地铁采用加泥式土压平衡盾构施工的几个关键问题——大漂石处理方案、刀盘刀具的耐磨性、喷涌防治等进行了分析和探讨。

地铁砂卵石地层采用加泥式土压平衡盾构机的设备配置及顶推力检算

盾构设备配置是否合理是关系到工程建设成败、工程进度、工程投资的重要因素。在成都砂卵石地层中建设地铁,要求盾构设备能够实现砂卵石地层的长距离掘进、大漂石和卵石的破碎以及防止喷涌的发生。根据这些要求,阐述了某加泥式土压平衡盾构机的基本设备参数,并对其功能进行了分析,同时对设备配置中的顶推力参数进行了示例性检算。

土压平衡式模型盾构机的研制

文章针对一台φ52 cm模型盾构机的设计和制造进行了论述,该模型盾构机由盾壳、推进机构、掘削机构和出土机构四大部分组成,其中盾壳为0.6 cm厚的钢制圆筒,推进机构由四台双向千斤顶构成,掘削机构包括刀盘、主轴承和刀盘电机等,出土机构包括螺旋出土器和电机。模型盾构的推进、掘削和出土等操作由控制台完成。该模型盾构机可在室内完成刀盘掘削、出土、推进、管片拼装及盾尾注浆等过程,为盾构隧道掘进的室内模型试验提供了一种新的途径。

土压平衡式盾构下穿河流施工技术研究

在国内外的盾构施工中,下穿河流施工一般采用泥水平衡式盾构,本研究结合某在建地铁土压平衡式盾构下穿市内河流工程,运用机理分析与仿真分析方法,对盾构下穿河流方案进行分析研究与优化,总结出一套关于土压平衡式盾构下穿河流的施工技术,拓宽土压平衡式盾构的使用范围,为类似工程提供了分析思路及相关辅助加固措施与方法。