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。

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。

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。

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。