小净距三车道矩形顶管隧道施工扰动实测分析

依托嘉兴环线下穿南湖大道的1.2 m超小净距三车道特大断面类矩形顶管隧道工程,对实施过程中的管节内力、土压力、顶推力、竖向姿态及其引起的地表沉降等进行了现场实测分析。研究结果表明,双线矩形顶管在后实施隧道掘进过程中管节内力受姿态调整和润滑泥浆作用有所波动,临近隧道施工时前序管节内力存在削弱、增强再恢复的变化过程,最大钢筋应力约增加30%;与常规单线矩形顶管相比,施工引起的地表沉降呈现出较为扁平的peck沉降曲线特性,且最大沉降集中在始发井侧,随顶进距离增加呈现一定拖拽影响;南北线沉降差异主要因素为掘进竖向姿态控制,顶推力并未因小净距而出现较大差异。

顶管位姿测量目标激光点的识别算法研究

顶管位姿测量系统的精确度是决定顶管施工质量的决定性因素,为解决激光测距与机器视觉相结合的位姿导向测量系统中存在的地下多光源、粉尘以及远距离激光光点发生形状等干扰测量误差问题,提出了一种地下顶管位姿测量激光点的识别算法,考虑粉尘对于光点识别结果的干扰,通过不同的光点形状给予不同的补偿计算公式来消除粉尘的影响;通过比较前后识别结果的差值与阈值排除多光源对于光点识别的干扰;通过光斑直径的大小反映激光发生点与光点采集模块之间的距离,判断测量距离导致的形变。通过施工实验,激光点识别算法可以将整个系统的测量误差控制在±2 mm以内,提高了位姿导向测量系统的精确度。

矩形顶管工程风险源分析及预防措施研究

选取某城市某积水点治理工程的矩形顶管工程作为研究对象,研究矩形顶管工程风险源分析及预防措施。从水土压力风险、工程工期延长风险、出洞段土体风险以及顶管机顶部风险四个方面,构建矩形顶管工程风险指标体系。选取模糊评价法评价该矩形顶管工程的风险。评价结果表明,管片破损风险、盾构选型风险、顶管机顶部背土风险是该矩形顶管工程的主要风险源。针对矩形顶管工程的风险源,在工程准备阶段,提出始发区域土体加固、保护建、构筑物的措施;在工程施工阶段,提出合理设置顶管参数、配制优质泥浆、实时纠偏、实时监测、顶管机顶部预防措施等;在工程施工后阶段,提出置换泥浆与加固管道外土体的措施,以期为同类型的矩形顶管工程提供参考。

连续复杂多变环境下顶管施工的扰动分析及控制措施

在顶管施工的过程中难以避免施工区域的复杂环境,这对顶管施工有很大影响,结合茂名市小东江流域城镇生活污水管网完善工程中的顶管施工过程,对工程中的地质条件进行了分析,重点研究了连续复杂多变环境下顶管施工对地表建筑物和已建管道的扰动,以及施工过程中的潜在风险;针对以上存在的问题,在顶进过程中、顶管进出洞口时、触变泥浆等方面提出了相应的应对措施。

地铁过街通道矩形顶管施工变形监测分析

研究目的:结合武汉轨道交通3号线宗关站4号出入口兼过街地下通道工程,在武汉长江一级阶地、管线和建构密集复杂环境条件下,对施工过程中地表纵断面、横断面及二环线高架桥桥墩沉降的实测数据变化规律进行研究,重点对顶管施工周边地表沉降的时间历程和建构物的差异沉降进行数据实测和规律分析,并结合本工程周边环境和具体特点提出矩形顶管施工过程中的变形控制措施,对类似工程具有重要借鉴和参考价值。研究结论:通过对顶管施工地表纵断面、横断面及周围构筑物沉降监测结果的分析,得出如下结论:(1)矩形顶管施工引起的地面沉降在纵向上分布不均,始发段沉降较大,中部沉降控制较好,而接近接收井的部位呈现隆起;(2)由于边界条件的约束,矩形顶管施工引起的横向沉降范围较大,其2倍宽度范围内均呈现出较为明显的沉降;(3)顶管机过监测断面后,地面沉降持续稳定发展至施工结束,在本工程中,因管节持续顶进产生的沉降速率约为0.5 mm/d;(4)由于桥墩自身抵抗变形能力较强,因此施工过程并未对桥墩产生明显影响,引起的环境影响得到了较好的控制;(5)该研究成果可为城市轨道交通过街通道矩形顶管设计与施工提供参考。

组合FPGA光电传感器阵列的顶管机激光姿态测量系统

由于复杂多变的地质环境、推力不均、注浆不均、尾盾间隙不均等影响,顶管机在施工过程中实际顶进的轨迹与预期轨迹之间往往存在偏差,较大偏差会导致施工事故或严重的经济损失。采用坐标转换方法,设计了基于组合光电传感器阵列和PLC相结合的姿态测量系统,开发了相关实时显示的操作界面,用于实时显示测量的顶管机3个方向姿态角。并应用投影的方法,计算顶管机实时显示运行轨迹,辅助顶管机姿态控制。实验中进行人为模拟顶管机机头的运动偏差情况来验证该测量系统的准确性,实验表明,该激光测量系统点光源的坐标识别精度达3 mm,角度测量精度达0.1°,最大误差0.784°,符合顶管机施工要求,方便了顶管机姿态测量,提高了顶管施工质量和效率。

可变径矩形顶管机模块化刀盘及主驱动的设计与研究

为实现矩形顶管机的快速变径,扩大设备适用范围,基于偏心多轴驱动形式,设计了一种可变径矩形顶管机的模块化刀盘及主驱动。一组刀盘配备两组驱动,构成一套便于拆卸、更换的模块。须多个模块组合使用,确保至少4根曲轴支撑一组大刀盘,通过模块的组合或调节模块间距实现顶管机快速变径。在对模块进行受力分析的基础上,采用Ansys有限元分析软件对刀盘、曲轴进行了静力学分析及模态分析,得到二者在最大载荷条件下的应力值、变形量及固有频率;通过刚柔耦合动力学仿真,得到曲轴载荷谱,并基于nCode Design Life对曲轴进行了疲劳分析,得出曲轴的损伤、寿命结果。结果表明:在软土地层施工中,刀盘最大应力为229.7 MPa,低于材料屈服强度,安全系数1.55,前6阶固有频率范围为179.3 Hz~196.5 Hz;曲轴最大应力为491.4 MPa,位于前端主轴颈圆角处,安全系数1.89,前6阶固有频率范围为333.4 Hz~1304.5 Hz。曲轴主要疲劳损伤点集中于前端主轴颈的圆角处,最小循环次数为3.37×10^(7),理论寿命为165928 h,可满足顶管机掘进需求。

土压平衡顶管机在大直径曲线段隧道施工中的应用研究

以郑州市南三环东延线高压输电线路改造工程——曲线段大口径隧道顶管施工为例,对土压平衡顶管机在曲线段大口径隧道施工中的应用进行研究。介绍了土压平衡顶管原理与施工方法,阐明了土压平衡顶管机的施工难点及克服措施,论述了土压平衡顶管机在大直径曲线段城市地下工程中的应用。

面向直线顶管机的双屏视觉标靶标定方法与精度评价

针对双屏视觉标靶前、后感光成像屏位姿关系难以标定的问题,提出一种基于坐标点云的感光成像屏位姿标定方法。该方法分别将前、后感光成像屏划分为n行n列的网格阵列,通过全站仪测量感光成像屏上每个网格角点的空间三维坐标,并利用工业相机实时获取感光成像屏上每个网格角点的图像二维坐标,结合图像二维坐标和空间三维坐标获得2D-3D映射关系,从而得到坐标点云数据。根据三公共点坐标系转换算法将坐标点云数据中的三维坐标统一到标靶坐标系下,进而确定相机与前、后感光成像屏的位姿关系,再通过网格索引方法对前、后感光成像屏的位姿关系进行求解。为评价标靶位姿测量精度,设计了静态测量重复性精度评定实验和绝对测量精度评定实验。实验结果表明:该标定方法的坐标静态测量重复性精度为0.13 mm、绝对测量精度为0.93 mm;方位角静态测量重复性精度优于0.01°、绝对测量精度优于0.05°。因此,该标定方法可以实现两个空间平面位姿关系的精确标定,且具有操作简便、精度高等特点,可用于双屏视觉标靶的标定。

大断面顶管掘进机特殊供电方案设计与研究

顶管掘进机使整个设备装机容量的大幅提高,同时由于顶管施工工法的特殊性,对于总的供电电缆每节都需要进行一次拆、装工作,增加了相应的施工安全风险,并降低了施工的效率。提出了几种适用于大直径顶管供电系统的设计方案,并分析在不同方案施工过程中的安全措施。

大断面土压平衡矩形顶管多刀盘实测扭矩参数研究

矩形顶管机通常配置多个刀盘对开挖面土体进行分区切削顶进。不同位置刀盘扭矩配置参数直接决定了矩形顶管机的掘进效率与安全。文章以包头市经三路地下综合管廊顶管隧道为工程背景,采用理论分析、现场实测等方法,针对顶进过程中的不同位置刀盘实测扭矩变化规律及扭矩配置问题进行研究,得到以下结论:刀盘与土体的摩擦是刀盘扭矩的主要影响因素;刀盘扭矩实测值与计算值较为接近,实测扭矩随顶进距离呈动态波动变化;三组刀盘扭矩值大小不等,其中,第一组1号中心大刀盘扭矩最大,第三组次之,第二组最小;第一组1号中心大刀盘额定扭矩值约为扭矩实测值的1.36倍,第二组小刀盘额定扭矩值约为实测扭矩值的3.11倍,第三组小刀盘额定扭矩值约为实测扭矩值的2.8倍,小刀盘额定扭矩值安全储备设置较高,可通过适当降低小刀盘额定扭矩值进行优化。