硬岩掘进机(TBM)在我国隧道施工市场的推广应用

TBM是目前长大隧道施工最先进的大型工厂化成套设备,具有安全、快速、环保等诸多优势,在发达国家已经成为隧道施工的首选设备,但在我国却一直无法大范围推广应用,对于提升我国隧道施工技术水平极为不利。透过TBM在我国的应用现状,分析存在的问题,探讨其未能大范围推广应用的原因,探索出推广应用TBM法施工的措施,并提出正确对待TBM的适用范围、合理降低设备成本、科学筹划工期、编制合理的工程造价等建议。

大直径硬岩掘进机(TBM)在吉林中部城市引松供水工程四标TBM3的应用

为了研究中铁工程装备集团有限公司自主研制的首台 TBM的各项技术特点与工程适应性，结合 TBM在引松供水工程总干线四标段的掘进施工情况，分析了 TBM掘进地层特点以及主要设计参数。引松供水工程四标段掘进岩层复杂多变，富含大量断层破碎地层以及风化灰岩地层，部分地层岩石强度大且石英含量高，对 TBM刀盘及刀具要求极高，TBM刀盘面板采用270 mm 厚板设计，且刀座基座直接在刀盘面板上加工而成，刀具按非线性方式布置且刀间距控制在82～90 mm；设计了有效的 TBM初期支护系统和材料运输平台，并且搭载了激发极化超前地质预报系统。工程掘进结果表明：该台 TBM刀盘设计可靠性强且能保证高效破岩，创造了最高月进尺1226 m、日进尺70．8 m 的优异成绩，TBM在不良地质下支护高效快速，超前地质探测结果可靠，各系统运行情况良好。

硬岩掘进机技术发展与趋势

结合施工案例,对近几年国内应用的TBM设备进行总结,从TBM整机寿命、机型、刀盘性能、主轴承密封与润滑、残渣清理等方面对TBM技术的新特色及其发展趋势进行分析。TBM整机使用寿命延长、连续施工能力大大提升;TBM对工程条件的适应性不断提高,出现了多种机型并存的局面;刀盘性能和寿命都得到了较大改善,性价比越来越高;主轴承密封形式有了较大进步,并且密封位置相对可调,有利于保证密封效果、延长使用寿命;残渣清理方式逐步向机械化发展,其应用效果不断提升。对TBM从多个方面进行了人性化设计,TBM技术将在地下工程施工中发挥越来越重要的作用。

硬岩掘进机液压弯管振动功率流研究

针对硬岩掘进机(TBM)强振动环境下的液压弯管传递效率降低和损坏的问题,提出了以振动功率流的方法来研究管道的振动特性.首先,根据应力与功率的关系,建立了弯管振动功率流计算模型.然后,通过仿真分析探究了不同基础振动参数和弯管结构参数对弯管的应力影响规律,并给出了弯管的总功率和振动功率流的计算方法.最后,采用正交试验分析了弯管结构参数的影响主次顺序,优化了管道的结构参数并使管道振动功率流降低了30.52%,同时提出了基础振动下弯管的设计流程.结果表明,本文所提出的分析方法能为基础振动下弯管的设计和选型提供理论依据.

全断面硬岩掘进机的推进速度自适应控制

针对全断面硬岩掘进机(TBM)在掘进过程中负载的不确定性和突变性的问题,提出了一种基于BP神经网络的PID控制策略,增强了推进速度对负载扰动的抑制能力。在分析TBM液压推进系统原理和实际掘进参数的基础上,建立了TBM液压推进系统数学模型,设计了基于BP神经网络的TBM推进速度PID控制器,并采用AmeSim和Matlab联合仿真工具搭建TBM推进系统模型,验证不均匀负载突变下推进速度的控制效果。仿真结果表明:相比于传统PID控制,所提出的控制器能减小不确定性扰动对控制系统的影响,并快速跟踪设定值,实现对TBM推进速度的精确控制。

硬岩掘进机刀具防护技术

硬岩掘进机(TBM)的施工中,尽量减少刀具异常损坏是降低刀具消耗成本的重要途径。造成刀具异常损坏的原因很多,地质条件是其中最为重要、最难应对的因素。为对凸出刀盘面板的滚刀采取保护,在滚刀前方以及左右两侧增加防冲击保护台,尽量减少滚刀完全暴露在刀盘外的部分,以此来减弱不规则掌子面以及大石块对刀具的冲击。介绍了保护台的形状、材质和高度,实施效果良好。

煤矿用TMB硬岩掘进机的选型浅析

TBM硬岩掘进机已逐步广泛应用于煤矿行业,鉴于煤矿行业特殊性,TBM的选型直接影响到应用效果及经济性。TBM属于定制类设备,选择时要充分考虑巷道岩性、水文地质、供电、辅助运输及排矸、润滑系统、除尘系统等,如果选型出现偏差会直接影响使用效果、达不到预期目标,严重时会制约掘进速度导致应用失败。本文根据桑树坪煤矿TBM硬岩掘进机投入使用情况展开探讨,以期为相关矿井提供借鉴、参考。

硬岩掘进机再制造流程及关键技术

以TBM再制造为对象,阐述了硬岩掘进机再制造的总体流程和关键技术,突出再制造设计和优化升级的必要性,对TBM按系统分类进行部件检测、拆解、修复和测试,并对过程中的注意事项进行探讨,强调了再制造设备售后维保及全生命周期服务的重要性,并对TBM再制造未来前景进行畅想和展望。

硬岩TBM滚刀安装方式设计分析

全断面硬岩掘进机(TBM)主要依靠安装在刀盘上的盘形滚刀对开挖面的岩层进行滚压破碎,在TBM施工过程中,滚刀极易磨损、更换空间狭小,换刀操作困难。文中就现有施工过程中所用的滚刀安装方式进行分析对比,设计一种新型的滚刀安装方式,以满足在TBM施工中能够快速、方便地更换滚刀的要求,提高了TBM整机施工效率。

大坡度小转弯半径TBM巷道施工工艺优化研究

为研究TBM硬岩掘进设备在施工大坡度、小转弯半径巷道期间的工艺优化方向,通过目前国内TBM设备特点及TBM施工方法与传统钻爆施工方法的对比,通过TBM硬岩掘进机的实际施工应用数据及效果进行了TBM硬岩掘进设备在大坡度小转弯半径条件下的施工工艺优化研究。结果表明:在大坡度掘进条件下TBM推进期间其撑靴提供的反作用力不足易出现溜车情况,小转弯半径条件下TBM出渣皮带倾斜角度过大掉渣情况严重。文中提出通过大倾角带式输送机出渣技术和转弯胶带机技术及多套独立撑紧系统技术可解决以上技术难题,对矿山巷道TBM硬岩掘进施工有着重要参考价值。

重庆地区泥岩条件下TBM滚刀偏磨研究

重庆地区富含泥岩,TBM掘进过程中泥岩遇到适量的水后极易结成泥饼,极易导致滚刀出现偏磨现象。本文对滚刀偏磨进行分析研究,得出产生偏磨的原因,并提出具体的避免措施:1)泥岩渣土改良;2)选择合理的掘进参数;3)控制循环水温度;4)保持刀盘冷却水喷口通畅;5)定时清理刀盘;6)定期检查刀具磨损情况;7)建立刀具管理台账。

TBM滚刀不同刀刃宽破岩动力学特性分析

全断面硬岩隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)被广泛应用于现代隧道施工建设。作为其核心部件,TBM滚刀的受力情况也成为了研究重点。为了研究不同刃宽滚刀的特性,建立滚刀破岩力学模型。通过建立不同刃宽滚刀破岩三维模型对同一岩石进行动力学仿真,将后处理得到的数据进行整理绘制曲线,对比结果验证模型正确性并分析其特点。结果表明,破岩时需要根据实际情况合理设计滚刀刃宽以达到最佳破岩效果,可为今后研究滚刀破岩提供一定的理论依据。

基于点云的TBM隧道成型质量检测方法及应用

以硬岩隧道掘进机(TBM)隧道围岩为研究对象,应用三维激光扫描技术检测TBM隧道成型质量,提出了基于三维激光扫描技术的TBM隧道成型质量自动检测方法.将车载云台和二维激光扫描仪组成的三维扫描装置安装在TBM主梁上,车载云台带着二维扫描仪朝刀盘方向快速旋转90°,通过旋转编码器将扫描仪的二维点云实时转换成隧道的三维点云,对点云进行隧道轴线计算、滤波、截取等预处理,通过截面提取与三次分段Hermite插值曲线拟合的方法计算围岩的剥落与塌方.提出了隧道成型质量参数并依据其判断隧道成型质量,结合TBM隧道工程实例进行分析,验证TBM隧道成型质量检测方法的可行性.采用本方法可实现在TBM施工过程中隧道成型质量同步进行检测,形成数字化测量体系.

长大隧道开敞式TBM同步衬砌施工技术应用前景及发展趋势

目前我国所使用的TBM以开敞式为主,通常情况下,隧道掘进之后需要施作初期支护以及二次模筑混凝土衬砌,隧道施工总工期较长。为了解决开敞式TBM不能同步施作现浇混凝土二次衬砌的难题,结合南疆铁路吐库二线中天山隧道和兰渝铁路西秦岭隧道工程实例,研发了有轨运输出渣(开挖直径8.8 m)和连续皮带机出渣(开挖直径10.23 m)2种工况条件、2种断面下的开敞式TBM同步衬砌施工技术,并成功应用。探讨了该技术的应用前景及发展趋势,指出:该技术具有重大的推广意义和广阔的应用前景,下一步需要深入地、系统地研究不同工况、不同断面条件、不同作业范围的同步衬砌施工技术,如小断面同步衬砌、现浇混凝土仰拱同步衬砌、全断面同步衬砌等施工技术,使之形成系列工法,推动我国长大隧道TBM施工技术的全面发展。

变约束条件下硬岩掘进机推进系统动态特性

硬岩掘进机在复合地质条件掘进时刀盘的波动载荷引起撑靴支撑刚度的变化,它们的耦合严重影响硬岩掘进机动态特性。应用Lagrange法建立硬岩掘进机推进机械系统动力学模型,研究岩石变形和不同撑靴支撑刚度下TBM进行直线和曲线推进时动态特性响应。结果表明,直线掘进时,岩石的变形和失效导致TBM掘进速度发生变化,掘进方向的位移变小,曲线掘进时撑靴与岩石的接触刚度变化对运动特性影响更为明显。

TBM在埃塞俄比亚GD-3水电站引水隧洞施工中的应用

本文从埃塞GD-3现场的环节作了施工介绍，为今后各种类似水电站的引水隧洞工程施工中的TBM全断面硬岩掘进机的施工技术提供一些有价值的参考。

Side force formation mechanism and change law of TBM center cutter

The center cutter of a hard rock tunnel boring machine(TBM) is installed on the cutterhead at a small radius and thus bears complex side force.Given this fact,the formation mechanism and change law of the side force suffered by the center cutter were studied.Based on the rock shear failure criterion in combination with the lateral rolling width,a model for predicting the average side force was set up.Besides,a numerical analysis model of the rock fragmentation of the center cutter was established,and the instantaneous load changing features were investigated.Results shows that the inner side of the center cutter can form lateral rolling annulus in rock during the rotary cutting process.The smaller the installation radius is,the greater the cutter side force will be.In a working condition,the side force of the innermost center cutter is 11.66 k N,while it decreases sharply when installation radius increases.Variation tends to be gentle when installation radius is larger than 500 mm,and the side force of the outermost center cutter is reduced to 0.74 k N.

全断面硬岩隧道掘进机及其配套运输设备的选型

根据全断面硬岩隧道掘进机(以下简称TBM)普遍采用的选型原则,对不同类型TBM及其配套的出渣和材料运输模式的地质适应性、经济性、施工特点等方面进行对比分析,为TBM及其配套运输设备的选型提供借鉴。

基于岩体聚类分级的TBM掘进参数预测方法

复杂地质条件下TBM掘进参数的精准预测可及时优化调整掘进参数,有效指导设备施工。根据吉林引松供水工程TBM3标段的现场掘进数据,首先利用最小二乘法对TBM掘进参数和现场跟踪的岩体力学参数进行回归分析,实现由设备参数向岩体信息的转化;而后利用k-means方法对所估计的岩体力学参数进行聚类分级,建立不同围岩等级的岩机数据库;最后以对应围岩等级下TBM岩机数据作为模型输入、运行或者控制参数作为模型输出目标,利用基于极限学习机(ELM)的机器学习算法构建与围岩等级相匹配的TBM预测模型,其预测值可很好地拟合实测数据的变化趋势,平均误差在12%以内。结果表明,基于岩体聚类分级的TBM掘进参数预测方法可显著改善围岩等级多变条件下TBM掘进参数预测精度低、鲁棒性差的问题。

关于影响盘形滚刀寿命的研究

随着硬岩掘进机(TBM)施工法在隧道施工中的广泛应用,TBM刀具寿命已经成为一个影响TBM工程进度和经济性的关键问题,而刀具配件中刀圈作为重要配件又直接影响着刀具的使用寿命,所以本文依托吉林引松供水工程三标段TBM引水隧洞施工,通过机理研究和工地实践来综合分析滚刀的寿命。研究成果可为以后的TBM隧洞施工提供一定的借鉴和参考。