基于推拼同步盾构机的管片拼装机结构和控制方法研究

针对推拼同步盾构机利用轴向插入式管片拼装中产生的额外推进时间进行管片拼装的特点,分析了管片拼装机的适应性要求。通过对比多种拼装机方案,最终采用不改变传统大平移拼装主体结构的方案,通过算法和控制使拼装系统具有跟随和补偿双模式,可分别使拼装机主体与盾构机、成环隧道保持静止。针对推拼同步盾构机管片拼装的工况对拼装机平移梁的可靠性进行了分析,可满足推拼同步工作要求。

盾构推拼同步中比例阀闭环控制的PID设计与实现

推拼同步系统的本质是在部分千斤顶缺位的前提下对推进系统进行压力控制。为了控制盾构推进总推力以及合力矩,从而保持推进姿态不发生改变,需要对每根油缸的压力进行精确控制。该设计通过PLC算法,计算出该分区实际压力,比较其他分区压力和轴线偏差状态,再计算得出该分区所需压力,结合对该分区其他油缸油压提升补偿来保证每个分区的压力和姿态稳定,通过PID自动控制各油缸压力,控制盾构合力矩在计划轴线处,保证盾构姿态,使压力控制在程序计算所需值,使程序计算压力能够有效执行,保障实际推进的稳定性,实现轴线偏差范围的精准控制。

推拼同步中考虑盾构位姿的推力重分配计算方法

盾构推拼同步技术的关键是盾构推进系统存在缺位油缸时,如何重新分配其余推进油缸的推力,从而保证盾构位姿(位置、姿态)和速度的可控。为此,提出了一种盾构推拼同步模式下可考虑盾构掘进位姿的推进系统分区推力重分配计算方法。从力学模型上揭示了推拼同步模式下盾构推力重分配原理,建立了可考虑盾构位姿、不同分区模式的推拼同步分区推力重分配方程,给出了相应的重分配分区推力优化方法。最后结合某盾构隧道工程案例,探究了不同缺位油缸组、不同掘进位姿状态以及推进系统不同分区模式等因素对重分配推力的影响规律,验证了所提方法的有效性。结果表明:缺位油缸组使与其相邻的分区油缸由于代偿作用承担更大的推力,与缺位油缸组相对的分区油缸承担较小的推力;盾构位姿参数中y、z增加会使等效驱动力■的Fx分量减小,在对应方向上的Fy和Fz分量增加;滚动角ψ增加会使Fx分量减小,Mx分量呈线性增大。盾构位姿参数俯仰角θ和偏航角Φ的增加分别会引起上下分区推力差和左右分区推力差的增大。盾构推进系统分区数量主要影响重分配分区推力曲线的均匀程度。所提出的分区推力重分配方法误差在10-14以下。研究成果对盾构推拼同步中推力重分配具有一定的指导意义。

隧道掘进机同步推拼施工分析

为了提高施工效率,格鲁吉亚南北高速公路项目应用了同步推拼控制技术。通过对两种施工作业方法进行拆解分析,对施工效率进行了对比计算,得出同步推拼控制技术可以显著提高掘进施工效率达20%~50%,同时分析了施工中影响同步推拼掘进效率的关键因素,得出增加油缸行程、提高管片拼装效率能够提高掘进效率,为其他项目的应用提供了参考。

基于最大压力冗余原则的盾构推拼同步技术试验验证

以提高盾构施工效率、降低施工成本为目标,提出一种通过对盾构推进系统油压进行主动控制的推拼同步技术,给出以最大压力冗余为原则的总推力控制方法,并基于大型盾构推拼同步技术模型试验平台对全系统进行试验验证。结果表明:盾构推进系统油缸压力控制精度高,总推力控制在目标值±3%范围内;进入管片拼装的瞬间盾构姿态和推进速度受推进油缸响应时长影响,表现出突变的特征,进入全油缸推进模式后两者都将恢复到初值;管片结构抗压能力充分,抗压强度利用率为61.2%。

盾构机同步拼推液压系统控制分析

以珠海兴业快线南段二标超大直径泥水盾构为背景,该同步拼推系统是为珠海兴业快线叠落式盾构施工量身定制。通过对同步拼推方法、系统分区模式、电机启动条件、泵源压力限制等进行阐述,横向分析同步拼推的结构特点,纵向分析液压系统的逻辑控制,综合分析了此推进系统解决盾构推进、拼装工序无法同步等施工问题的技术方法,该技术的成功应用提高了盾构推进、拼装的施工效率,对促进盾构推进技术更新迭代有至关重要的意义。

大直径盾构未成环管片推进模式下的非对称受力效应及损伤分析

国内外对管片力学行为及损伤规律的研究多聚焦于对于成环后的盾构管片力学行为表现及损伤,而对于新型的盾构拼推同步施工方式,研究成环盾构管片且受较大推进力破坏损伤规律则相对较少。基于上海市域铁路机场线某隧道工程,对管片进行精细化3D建模研究推进模式下管片的力学行为及损伤规律,以此得到相应的施工控制标准。结论表明:单块与2块管片在无止水橡胶条径向偏转情况下最大应力均发生在管片中部,分别在偏转2.96°、2.85°时管片中部发生开裂;在有止水橡胶条且径向偏转时单块与2块分别在偏转1.44°、0.93°时,各自在未成环管片后靠面的单边与两边角点接触处发生开裂。

我国城市地下空间盾构法隧道工程技术新进展

基于盾构施工特点,对盾构法施工技术的发展过程和创新进展进行调查研究,总结盾构法施工技术在地铁、市政公路、城市铁路、城市水工隧洞、城市综合管廊等工程中的最新应用,阐述城市盾构法隧道在地质条件多样化、越江跨海常态化、结构断面多元化、地面条件复杂化、隧道结构耐久性等方面面临的技术挑战。介绍超大直径盾构装备、大直径泥水盾构常压换刀、多模盾构、类矩形盾构隧道建造、联络通道机械法施工、软硬极端悬殊地层掘进、富水砂卵石地层土压平衡盾构、地下高地震烈度盾构隧道减隔震抗震和超长距离综合施工等技术创新成果;总结不良地质识别、设备状态实时感知、同步推拼连续掘进、盾构自动驾驶技术、盾构智能化管控平台等盾构智能掘进技术进展;指出城市地下空间建设盾构法隧道工程的发展趋势,地铁隧道、城市道路、综合管廊、城市给排水等设施需要不断更新,并网络化,盾构法隧道技术需要不断发展,盾构法隧道智能化施工需日趋精益。未来盾构装备将朝着“多模式、无刀化、外星化”等多元化,多源信息感知、管片智能拼装、地质探测预报、自主感知掘进决策等智能化以及特大直径、超长距离、超大埋深、超高水压等方向发展。

连续掘进盾构滑筒密封模拟试验研究

为克服现有连续掘进技术的不足,提出一种包含铰接滑筒结构的盾构,相较于常规盾构,该机型需要一套可靠的、长距离、高负荷的大直径往复直线动密封结构。为验证往复直线动密封结构的稳定性和可靠性,开展铰接滑筒动密封的仿真分析和模拟试验。仿真分析结果说明,试验台第1道聚氨酯鼓形双向密封在预设的初始压缩率条件下,极限承压能力为0.45 MPa。通过试验模拟不同介质环境,试验加压0.5 MPa,往复运动累计测试长度超过4000 m,试验结果表明,1道聚氨酯鼓形双向密封加3道填料密封结构的可靠性、耐用性满足要求。