岩溶地区土压平衡盾构机主要掘进参数研究

为研究岩溶地区土压平衡盾构机主要掘进参数的控制问题,依托贵阳轨道交通3号线一期工程中具有代表性的四皂区间(四方河站—皂角井站)盾构施工项目,统计分析盾构机的总推力、刀盘扭矩、掘进速度、土仓压力4个主要掘进参数,并采用数理统计方法研究参数的相关性及影响因素。结果表明:在岩溶地区,土压平衡盾构机主要掘进参数的实际控制值符合正态分布规律;受特殊地质条件影响,各参数的相关性较弱。研究成果可为类似隧道工程提供参考。

TBM施工对地表及临近建筑物的振动响应研究

针对青岛地铁某线路典型标段,建立TBM掘进动力计算模型,分别研究距作业面不同距离、不同掘进速度和不同刀盘推力的地表三向振动变化规律,并进一步分析框架结构各楼层振动强度变化特征。结果表明,随着距离增大,地表横向与竖向峰值加速度与振动信号高频部分逐渐衰减,纵向峰值加速度反弹增大后开始快速衰减,而纵向振动信号频率衰减并不明显。作业面正上方地表5 m范围内为竖向振动强影响区,5~25 m范围内为纵向振动强影响区。三向地表振动波频谱成分较复杂,呈现明显的低频特性。降低掘进速度和刀盘推力能有效减小地表振动强度,但对频率影响不大。框架结构竖向加速度峰值随层数的增加逐渐增大,横向与纵向振动强度呈现出明显的波动性,三向振动均在楼顶处得到明显加强。研究成果可为TBM掘进振动控制提供参考。

复杂地层土压平衡盾构推力和刀盘扭矩计算研究

千斤顶推力、刀盘扭矩是盾构设计制造及掘进的重要控制参数。通过对盾构推进过程中盾构与围岩相互作用规律的分析,系统分析了土压平衡盾构总推力、刀盘扭矩的影响因素。提出了考虑刀盘挤土效应及土舱内压力分布模式影响的推力计算修正公式,及综合考虑了刀盘挤土效应与开挖面土体渗透性的刀盘扭矩计算修正公式。通过对深圳地铁二号线香香区间掘进载荷实测数据的分析,对修正公式在复杂地质条件下的适应性进行了验证。该修正公式对复杂地层中土压平衡盾构掘进载荷的确定有一定的指导意义,可用于盾构刀盘装备扭矩设计和施工参数的预测。

TBM刀盘与岩石相对刚度对盘形滚刀受力的影响分析

TBM掘进过程中,滚刀与岩石之间产生相互作用力.针对滚刀与刀盘受力的均衡性,提出刀盘与岩石相对刚度的概念,用刀盘厚度与岩石弹性抗力系数之比表示相对刚度,并分析其对滚刀及刀盘均衡受力的影响.建立刀盘与岩石相互作用的三维弹性支点力学模型,运用有限元方法对其进行分析.计算表明,刀盘上各滚刀分担的推力并非均匀分布,而是具有一定的差异性.刀盘与岩石相对刚度越大,地层相对较软,各滚刀推力越接近于平均值,刀盘以整体轴向位移为主,弯曲变形很小.反之,地层较硬,各滚刀分配的推力差异较大,刀盘整体轴向位移小,但产生明显的相对弯曲变形.为使滚刀受力均衡,应根据地层的软硬程度设计刀盘刚度并合理使用掘进参数.

盾构掘进机液压系统参数匹配特性

在分析盾构掘进机的推进系统和刀盘系统的基础上,推导推进系统压力、刀盘系统压力、推进系统净流量与刀盘系统流量之间的关系,通过实验数据验证了推导模型的正确性.分析土舱内土体的流动连续性,得到螺旋输送机流量、刀盘系统流量、推进系统压力与土舱压力之间的1阶微分方程式,提出以推进压力、土舱压力和刀盘转速的实时数据采样值为输入,螺旋输送机转速为输出的基于排土控制的前馈-反馈土压平衡模型.可知,土舱压力是由推进系统压力、刀盘系统流量和螺旋输送机流量多个因素共同决定的.实验表明,前馈-反馈控制模型的控制效果较好.

成都地铁7号线火神区间盾构选型与关键参数计算分析

盾构选型的合理性和关键参数的准确确定是盾构法工程施工成败的关键。针对成都地铁7号线火车南站至神仙树区间地质和水文特征,结合盾构对不同地层的适应性比较,论证采用土压平衡盾构施工的可行性和必要性。同时就盾构施工可能出现的问题,对盾构各个系统进行选型分析。在盾构推进阻力和刀盘回转阻力计算方法基础上,结合实际的地质参数,计算出该区间内最大的推进阻力为10 659 k N,最大刀盘回转阻力矩为4 072 k N·m;选取合适的储备系数,确定盾构最大推力和刀盘装备扭矩的建议值分别为26 648 k N和6 108 k N·m。最后通过与实际值进行对比,验证了盾构推力和刀盘驱动扭矩理论选型值的准确性。

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。

土压平衡式盾构掘进顶推力和刀盘扭矩理论研究

利用盾构技术对隧道工程进行掘进施工时,盾构的顶推力和刀盘力矩的大小是控制隧道掘进的两个重要参数,将直接影响掘进过程的难易程度和时间进度。基于土压平衡盾构的原理,运用数学方法和力学平衡法,从理论上分析研究盾构刀盘力矩和顶推力的影响因素,并进行理论推导和计算,根据依托工程的实测值,对比分析顶推力和刀盘扭矩理论计算值与实测值的差异,验证了理论推导和计算结果的正确性,为盾构技术的进一步发展提供理论参考。

考虑多因素影响的饱和土盾构施工引起土体变形理论研究

基于半无限饱和土初值解,考虑挤土效应的刀盘附加推力、浆液蔓延与土体软化的盾壳摩擦力、浆液自重与环向不均匀分布的注浆压力以及浆液填充盾尾间隙的土体损失率等因素,对现有饱和土盾构施工引起的土体变形计算公式进行修正,建立盾构施工参数修正力学模型,并结合典型的饱和黏土工程案例进行验证分析。研究结果表明:修正后的饱和土盾构施工引起土体变形解与MINDLIN解、现有饱和土解相比,其结果和实测曲线更接近,可以较为准确地反映盾构掘进过程中纵、横向地表变形的特点;盾构施工参数对地表变形的影响具有滞后性,且土体损失引起的扰动沉降影响范围较其他参数更广;土体变形随深度增加而逐渐增大,沉降衰减速率也逐渐加快,影响范围主要在隧道轴线两侧10 m范围内;土体最大隆起量与浆液蔓延长度呈负相关,与注浆孔角度、软化摩擦因数呈一定的正相关,不同深度处浆液蔓延引起的土体隆起速率均相同,而对于注浆孔角度及软化摩擦因数而言,深度越深,土体的隆起速率越快。

浅析盾构机刀盘的设计

刀盘是盾构机最重要的零部件之一,笔者通过实际工程及理论分析,阐述了盾构机刀盘设计过程中刀盘本体结构的关键设计要素,分析了刀盘刀具的选择及刀具布置,给出了进行刀盘强度计算所需的扭矩与推力的计算方法,为盾构机刀盘设计提供了一定的参考与借鉴。