砂性地层下类矩形盾构机刀盘布置方案研究

类矩形盾构机的切削断面形状并非中心回转对称,如何根据不同的地质条件选择适合的刀盘布置方案是类矩形盾构机研制的难点。依托杭州市轨道交通四季青站工程项目,对比在黏土地层与砂性地层2种施工条件下,类矩形盾构机的施工参数,发现盾构机在砂性地层中所受的推力、扭矩均较大,且存在较大冲击。原偏心多轴驱动仿形刀盘的结构形式,无法满足砂性地层中的施工工况。针对性地研究设计1种刀盘布置方案,采用2个X形大刀盘+2个可伸缩式圆形辅刀盘的组合切削形式,并增加带伸缩功能的辅刀盘驱动、切削盲区处壳体结构、土体改良等关键功能。该刀盘布置方案的研究与实践对提高类矩形盾构机的地层适应性有着重要意义。

类矩形盾构机刀盘受力分析与检测研究

类矩形盾构采用双辐条式圆形大刀盘加两个偏心刀盘的组合切削形式,刀盘受力状态复杂。为了研究掘进过程中各刀盘推力的变化,提出了一种基于与有限元分析相结合的在线检测方法。首先建立刀盘推力和扭矩的计算模型,结合有限元分析确定胸板上应力测点的位置,得到刀盘推力和测点应力之间的关系。然后,搭建刀盘应力采集系统,获取盾构掘进过程中测点的实时应力状态,与仿真结果进行对比,推导出刀盘的实际推力以及推力在各刀盘的分布状态。实验结果表明:该方法可实时检测类矩形盾构施工时各刀盘的推力,为盾构机刀盘的结构设计和安全操作提供理论指导和参考依据。

矩形盾构机模拟掘进试验研究

介绍了矩形盾构机的特点和技术参数,分析了其施工优势,对矩形盾构机模拟掘进试验进行了设计,完成了矩形盾构机掘进模拟土层试验和切削不同硬度混凝土试验,通过采集掘进参数、监测周围土层情况,分析了矩形盾构掘进对周围土层的影响。试验结果表明,矩形盾构机能在不同的地层条件下掘进。

轴向伸缩式切削刀盘在矩形盾构机上的应用

针对矩形盾构机刀盘无法在轴向上进行动作的问题,研制了一种刀盘可轴向伸缩的新型切削刀盘。新型切削刀盘在旋转切削土体时,可同时进行轴向的伸出和缩回动作。试验证明,新型轴向伸缩式切削刀盘在矩形盾构机定位导向、减小后推顶力和盾构机纠偏等方面具有明显效果,整个切削刀盘具有适应性强和操作简便的特点。

大截面矩形盾构机的研制及应用

以上海虹桥商务区核心区(一期)与国家会展中心(上海)人行地下通道工程的矩形盾构隧道施工为例,介绍了国内首台大断面矩形盾构机及其工程应用情况。在实际工程中,通过采用反力系统、掘进姿态调整与纠偏、管片拼装技术、自动化高密度监测、近距离穿越桥桩等施工技术,顺利地完成了施工,可为类似工程提供借鉴。

类矩形盾构机刀盘推力分析与实验

提出了一种适于类矩形盾构机刀盘推力的检测方法,即通过对刀盘总推力及各刀盘的推力分布进行实时测量,并开发了相应的推力检测系统。该系统主要包括应力采集装置和数据处理单元2部分。利用有限元模型,建立了刀盘推力与胸板关键位置应力之间的关系,通过应力采集装置获取盾构机掘进施工过程中各关键位置的应力状态,并与仿真结果进行对比分析,推导出刀盘的实际推力以及推力在各刀盘的分布。该方法可以实时反馈刀盘推力测量结果,为刀盘工作状况的评估提供参考。

矩形盾构机顶推液压系统的载荷柔度研究

顶推系统作为矩形盾构机的关键系统,承受的负载状况较为恶劣。通过对矩形盾构机顶推液压控制系统和控制策略设计与分析,并对该系统的载荷顺应性进行研究。采用AMESim建模,分析该系统的响应性和载荷顺应性,分析结果表明,顶推系统能够快速实现与负载压力的匹配,系统抗负载变化能力强,位置控制精度高。

成都市人民南路地下人行通道工程矩形盾构顶掘机姿态控制技术

成都市人民南路地下人行通道工程具有地质构造复杂、覆土厚度浅、市政管线多净间距小、且跨越已有地铁运营线路等特点,故工程施工难度较大。为有效控制顶掘姿态,保障工程安全,本文着重分析了矩形盾构顶掘机的姿态控制中的重难点,并详细分析了其中的顶推油缸控制、铰接油缸控制、刀盘控制、注浆控制、双螺旋机出土控制等关键技术,并对矩形盾构顶掘机姿态控制的各注意事项进行分析。实践表明,通过以上控制技术,可以有效控制矩形盾构顶掘机姿态。

矩形盾构新型管片拼装设备与拼装技术的研究

介绍一种新型的矩形盾构拼装设备及其相应的管片拼装方法,并针对矩形盾构拼装设备的的特点提出了自动拼装技术和通用化技术。该技术所用的整个拼装设备具有适应性强、通用性好的有益效果。实践证明,新型拼装设备安全可靠,有良好的社会和经济效益。

1P5R型管片拼装机构分析及设计

以宁波轨道交通3号线一期工程的类矩形盾构机为依托,分析了类矩形管片拼装的难点。利用机构学知识,综合传统圆形拼装机构和该工程管片的特点,创新研发了一种1P5R串联型拼装机。结合对该拼装机机构形式和结构原理的介绍,探讨其特点及优势:体积小,动作灵活,可以实现90°以上的姿态调整;既能够完成类矩形圆周管片拼装,又能完成大长度中立柱的拼装。

砂卵石地层中土压平衡盾构的渣土改良技术分析

在砂卵石地层盾构过程中切削下来的土体一般无法达到较为理想的"塑性流动状态",往往因土体流塑性弱,内摩擦角大,可塑性差等,容易造成开挖面失稳崩塌、盾构机械易磨损等问题,影响盾构施工的顺利进行,渣土改良是在砂卵石地层中土压平衡盾构的关键技术。以采用矩形盾构机施工的四川省成都市四川大学地下停车场下穿人民南路地下人行通道为工程背景,开展了砂卵石地层渣土改良试验,分别采用了膨润土和泡沫剂进行了室内试验研究,并对渣土改良效果进行了对比分析得出了最佳配合比,最后结合现场施工和监测数据,对渣土改良效果进行了评价和分析。研究成果可为今后类似工程提供技术参考和借鉴。

盾构机刀盘推力试验研究

针对盾构机施工现场环境恶劣,难以直接测量其刀盘推力的问题,提出了一种试验和有限元仿真相结合的测量方法。首先建立了盾构试验样机,搭建相应的试验装置,以该样机实际切削工况作为边界条件进行有限元仿真,分析刀盘及胸板上的应力分布,并以此确定试验时应力采集点的位置。对比试验结果和仿真分析,建立采集应力和样机刀盘推力之间的关系。试验结果表明,测得推力与液压缸实际推力平均误差为6.69%。该试验方法为类矩形盾构机刀盘推力的测量提供了理论依据。