基于克里金插值法的常压刀盘刀梁区域泥饼发育程度算法及应用研究

为解决刀盘结泥饼影响盾构施工进度的问题,以某泥水盾构刀盘为研究对象,展开对刀盘刀梁部位泥饼发育程度的研究,提出一种基于克里金插值法的常压刀盘刀梁区域泥饼发育程度算法,并进行应用案例研究。利用全刀盘布置温度传感器获取刀盘温度数据,选取线性插值扩展刀梁区域温度数据,运用克里金插值法进行全刀盘区域的温度仿真计算,结合空间和时间2个维度分析刀盘在正常掘进、外侧结泥饼及内侧结泥饼3种工况下的判断条件,提出分离相邻测温点正/负差值,以刀盘整体正/负差值之和呈现同方向变化作为泥饼发育初始环评判指标;结合所建温度场,引入从泥饼发育初始环到当前环的温度变化率总和作为泥饼发育程度评判指标。针对某大直径常压刀盘泥水盾构案例进行分析判定,对比采用反距离权重插值法、克里金插值法和扩展样本克里金插值法构建的3种温度场用于泥饼发育程度计算,结果表明扩展样本后的克里金插值法的适用性最强,并与工程实际情况进行对比,准确率达70.87%。

盾构机刀盘泥饼性能及机械臂攀附试验研究

由于泥饼的长期附着,盾构机刀盘和刀具工作负荷会逐渐增加,该状况常常使掘进参数出现突变,大大降低施工效率。盾构机泥饼人工清理困难。文中通过对试验室环境下制备泥饼的形成过程和机理进行分析,并对泥饼的物理性能进行测试。通过微型十字板剪切仪、固结试验及机械手臂对泥饼攀附试验研究了胶结强度对其力学性能的影响。研究发现泥饼式样呈现出中压缩性,初始胶结强度影响泥饼式样在剪切过程中的剪胀性,影响着泥饼的抗剪强度。泥饼式样的抗剪强度为85kPa时,机械手臂能够攀附在泥饼表面。因此爪尖数量的增加以及泥饼抗剪强度的提高,能够有效提高机械臂的攀附状态,进一步为机械手臂搭载清淤装备攀附泥饼提供了力学依据。

泥岩地层常压刀盘盾构的掘进策略与分析

泥岩地层盾构施工面临着掘进效率低、刀具磨损快等诸多严峻挑战。虽然常压刀盘换刀技术提高了盾构刀具更换效率,避免了高压条件下刀具更换的风险,但不可避免地带来了更加严重的刀盘泥饼淤结问题,加速了刀具的磨损。文章依托武汉三阳路过江隧道工程,对施工期间的技术难点与针对性对策进行研究,通过对现场的监测数据进行参数化分析,总结评价刀具配置优化、中心冲刷系统改制、化学除泥饼等方法对提高盾构掘进效率的作用。研究表明,采用提出的针对性优化方法,可以有效提高隧道掘进效率,降低换刀频率,减少停机风险。

刀盘中心体泥饼成因及其防治对策

武汉轨道交通8号线越江隧道采用直径12.5 m的泥水平衡盾构机,针对该盾构机在徐家棚站~黄浦路站区间掘进过程中遇到的刀盘多次结泥饼的现象,结合刀盘、刀具、地质、冲刷等方面,逐一进行了分析或试验,在充分论证的基础上,制订了一揽子解决方案,综合专业厂家及专业队伍的力量将其付诸实施,已取得明显成效,可供类似工程参考和借鉴。

大直径盾构掘进风险分析及对特大直径盾构挑战的思考

目前,基于建设规模和设计功能的需求,特大直径盾构已多次应用于铁路、公路、城市轨道交通、地下管廊等领域隧道工程建设。初步统计了国内外15.5 m以上的特大直径盾构隧道工程,总结了大直径盾构在掘进过程中的主要风险及常见问题,包括主轴承损坏失效、盾构管片拼装脱出盾尾后上浮、刀具磨损随盾构直径增大而加剧、刀盘前泥饼粘结、渣土滞排、刀盘升温等,并结合案例分析其原因。针对特大直径盾构带来的事故风险,从土压盾构与泥水盾构主轴承密封问题、管片盾尾脱出后上浮风险、常压刀盘与常规刀盘的选择、泥饼粘结和渣土滞排难题、预探前方复杂地质、海中基岩爆破及注浆固结辅助处理等方面提出思考和建议。

黏性地层盾构刀盘泥饼崩解特性试验研究

为研究分散剂溶液浸泡的泥饼处理方法的有效性以及刀盘泥饼的崩解特性,取深圳市轨道交通13号线留白区间软岩段破除下的原状泥饼制成尺寸不同的若干试样,利用自行改进的崩解仪,对不同试验条件下的泥饼试样进行室内崩解试验,分析分散剂溶液、溶液体积分数、泥饼尺寸、初始含水率、干湿循环等因素对泥饼崩解特性的影响规律。试验结果表明:1)泥饼崩解现象主要经历崩解开始—崩解发展—崩解稳定3个阶段;2)分散剂溶液对刀盘泥饼的作用影响存在适应性差异,且与溶液体积分数相关,崩解促进作用对应的溶液体积分数存在阈值;3)泥饼形成规模与其分散处理难易程度直接相关;4)初始含水率对刀盘泥饼的崩解特性影响显著,对于含水率较高的地层,建议结合现场应用效果,采取必要措施,将刀盘泥饼含水率降至5%及以下,以提高泥饼处理效率;5)干湿循环会加速刀盘泥饼内部结构破坏,一般经历3次干湿循环作用,泥饼处理难度会有所降低。

重庆复合式TBM刀盘防结泥饼技术

为了解决城市地铁施工中复合式TBM刀盘结泥饼或刀盘被糊的问题,主要从渣土改良、复合式TBM掘进参数控制、刀盘冷却循环水温度等因素和工程地质因素进行分析刀盘结泥饼的原因。并采取了对渣土改良、调整复合式TBM掘进参数、降低外循环水温度等措施,确保了复合式TBM刀盘不结泥饼和刀盘在轻度结泥饼的状态下不影响复合式TBM推进。

泥水盾构掘进砂卵石夹黏土地层泥饼处置技术研究

为解决泥水盾构在含黏性土的地层中掘进时,因刀盘易结泥饼而引发的刀具切削能力下降、渣土滞排等降低盾构掘进效率的问题,依托北京南水北调配套工程泥水盾构施工实例,结合富水砂卵石夹黏土地层中的盾构掘进参数和地层岩性变化趋势,分析刀盘出现结泥饼的具体表现,提出将刀盘转矩与贯入度、推力与贯入度的比值作为判别刀盘是否结泥饼的指标;开展双氧水、Ⅰ型和Ⅱ型分散剂泥饼浸泡试验,最终比选出效果较好的Ⅱ型分散剂进行刀盘泡舱处理,有效地软化了泥饼,使得盾构得以顺利掘进。

无水砂卵石地层盾构常压开仓脱困技术

北京某地铁隧道采用交叠盾构法施工。由于下层盾构隧道加固影响,需断续掘进,每次掘进有数天停机过程。在一次停机40 h后,对盾构机进行保压时,发现刀盘抱死。此时盾构机埋深为12.3 m,所处地层为卵石(5)。为保证掌子面土体稳定性,采取土舱清理与开挖面支护同期进行的措施。在完全清空土舱后刀盘试转,刀盘外周行程达20 cm后停止转动,标志着刀盘脱困成功。之后自下而上撤出掌子面支护措施,同时用聚氨酯泡沫袋和膨润土泥浆回填土舱,土舱填满后关闭人舱门,继续加入膨润土泥浆,建立土压后盾构机试掘进,完成该次脱困处理。

新型防泥饼盾构刀盘研究

本文以广州地铁五号线【西场-草暖公园】区间为例,主要针对困扰盾构施工比较常见问题—刀盘结泥饼,主要研究目的为降低盾构施工中刀盘结泥饼频率,减少盾构施工停工时间及人工进仓频率以降低施工风险提高施工效率。本文主要以改进刀盘设计为出发点,采用子母刀盘设计,增加中心转速及开口率。该设计规避了原经典刀盘设计中存在的结泥饼的诱因,可显著降低结泥饼风险。

复合砂层盾构刀盘防结泥饼改良剂研制与应用

盾构穿越不良地质过程中易出现刀盘结泥饼、严重破损等现象,严重时引起安全事故。基于此,依托石家庄地铁三号线水上公园站~柏林庄站区间穿越粉细砂、中粗砂地层工程,分析了盾构穿越复合砂层过程中刀盘结泥饼现象;并设计不同配比膨润土泥浆和泡沫混合改良剂,基于坍落度试验和直剪试验,获得了适用于本工程的最佳配比,并应用于现场。研究表明:盾构穿越粉细砂、中粗砂地层而发生刀盘结泥饼、盾构掘进参数不佳情况,试验中降低膨润土浓度、增大膨润土注入比、增大泡沫注入比均能提升坍落度值,且经过改良后的渣土粘聚力增大,内摩擦角减小;本工程改良剂最佳配比是膨润土和泡沫注入比均为15%,其中膨润土浓度为10%(方案4),经此改良后,盾构机掘进速度明显提升,扭矩降低,改良效果显著,可为类似工程提供参考。

中风化、强风化泥质粉砂岩地层刀盘易结泥饼问题研究

盾构在中风化、强风化泥质粉砂岩地层掘进中极易出现一些常见的施工问题,比如刀盘结泥饼、刀具磨损、盾构姿态难控制、管片上浮等。本文以长春地铁6号线蔚山路站—南四环路站—前进大街南站2个区间为案例,在施工过程中发现地层中蕴含裂隙水发育地段,刀盘易结泥饼,导致掘进速度缓慢。结合案例进行分析研究,讨论如何对结泥饼这一问题进行预防及处理,从而提高盾构施工的质量与效率,同时也为今后盾构施工提供一定的参考。