砂卵石地层大直径盾构施工的关键技术

[目的]总结分析砂卵石地层大直径盾构施工中盾构机选型、盾构始发与接收、盾构掘进姿态控制等施工关键技术,并提出具体的施工控制参数与施工控制措施,以减轻刀盘刀具磨损、降低地层损失、减小地层沉降变形。[方法]针对砂卵石地层结构松散、颗粒无胶结或弱胶结、颗粒粒径大、透水性强的工程结构特性,采用理论分析、现场监测等方法,从盾构机选型、盾构始发接收、盾构掘进姿态控制、盾构刀盘刀具的检测维修等方面深入分析砂卵石地层大直径盾构施工关键技术。[结果及结论]大直径盾构的刀盘开口率、刀盘刀具类型、渣土改良方案等应根据地层结构特性进行特殊设计,且有利于盾构排渣和超前切割;盾构井端头宜采取地层注浆加固、大管棚支护、施工降水等综合加固措施以保证大盾构始发或接收时地层的稳定;大直径盾构的掘进施工应重点控制刀盘转速、出渣量、出渣温度等参数,并应适当增大注浆量,提高渣土改良效果,避免过大超挖,保证地层损失处于合理范围内。采用上述施工参数与施工措施后,盾构掘进风险可控,施工质量与施工效率明显提升,同时大大降低了施工成本。

对盾构(TBM)技术运用及开发的几点认识

分析国内外(尤其是国内)盾构(TBM)技术的发展现状及前景。总结盾构(TBM)技术运用和发展的制约因素。指出要充分认识盾构(TBM)的"四高"特性。重点探讨盾构(TBM)技术研究的若干方向,提出当前盾构(TBM)技术研究的方向:1)与盾构(TBM)掘进相结合的辅助工法的研究和开发;2)提高和扩充盾构(TBM)设备的技术性能;3)降低盾构(TBM)制造及运用成本的技术研究;4)盾构(TBM)隧道衬砌管片技术研究。给出了盾构(TBM)生产企业生产组织方式的建议。

大直径盾构刀盘刀具选型及常压换刀技术研究

由于盾构在软土地层和岩石地层的刀具切削原理和配置形式不同,对于不同地质,尤其复合地质刀盘刀具的适应性配置与磨损刀具的安全更换一直是当前大型盾构施工中遇到的技术难题。针对武汉地铁8号线越江隧道工程及其特殊的水文地质,分析大直径泥水盾构在软土和硬岩复合地层中刀盘刀具的选型配置,创新采用复合刀盘设计理念,并开发应用常压条件下滚刀齿刀互换技术,最后针对不同地质条件给出了刀具配置方案。通过采取以上措施,延长了刀具使用寿命,提高了刀具更换效率,降低了施工风险,实现了在复杂地层隧道的顺利穿越。

行星刀盘方顶管全断面切削混凝土试验研究

目前盾构隧道联络通道主要采用土体加固暗挖法进行施工,但在复杂工况环境下仍存在极大施工风险。文章通过采用专门研制的行星刀盘方顶管对不同强度等级的混凝土试块进行全断面切削试验,对顶管刀具选型及布置、行星刀盘顶管切削性能等进行了研究,可为今后采用顶管法直接切削混凝土复合管片的盾构隧道联络通道的施工提供相应的技术储备,避免移除管片暴露加固土体,以大大降低盾构隧道联络通道施工风险。

铝水抬包清理机床刀具切削运动分析

为了使铝水抬包的铝渣清理更加可靠、简便,运用金属切削加工的原理,对洗刀盘的个数、倾角进行了详细的分析研究,提出了适于专用铝水抬包清理机床的行星运动、切削倾角、铣刀盘空间立体布置形式等。并根据实际预加工的铝水抬包的尺寸规格给出了具体的解决方案,防止了刀盘表面与抬包表面的干涉、挤压。

盾构刀盘偏置中心刀对刀盘推力和扭矩的影响

盾构机是地下工程中的典型掘进装备,具有结构复杂、体积庞大、重型巨载等特点。刀盘载荷是装备的核心力学参量,实现刀盘载荷的合理计算是装备正向设计的理论基础,也是不同地质情况隧道施工中载荷控制的重要科学依据。盾构刀盘中心刀结构在掘进过程中承受很大比重的轴向载荷,为了进一步分析中心刀结构的改变对刀盘载荷的影响,采用数值仿真方法与模型试验方法对盾构刀盘与土体的相互作用进行了研究,得到了刀盘法向和切向切削载荷空间分布规律以及掘进过程中刀盘总推力和扭矩随掘进时间的变化规律,重点分析了偏置中心刀结构对刀盘推力和扭矩的影响。对比几种不同的中心刀结构,研究表明,偏置中心刀结构刀盘的总推力与总扭矩小于鱼尾中心刀结构刀盘的总推力与总扭矩。刀盘模型试验结果与数值仿真结果趋势一致。从载荷角度考虑,偏置中心刀刀盘优于鱼尾中心刀刀盘。该研究结果可为新型刀盘结构设计提供参考。

盾构机冷冻刀盘换刀方法及冷冻效果仿真模拟研究

为了实现常压换刀作业,提出了一种具有冻结功能的盾构机,并且提出了冷冻刀盘的改造方案和换刀维护方法。以环西电力隧道盾构施工为例,对该工程冷冻刀盘进行了数值分析。结果表明,当盐水温度为-25°C时,冻结30 d后,冻土的冻结壁厚可达0.67 m,冻土平均温度降至-9.9°C。当盐水温度为-30°C时,冻结50 d后,冻结壁厚可达1.01 m,平均温度降至-12.4°C以冻结壁厚度为0.5 m,平均温度为-10°C作为冻结壁设计指标时,盐水温度应低于-28°C,以满足30 d的开挖要求。通过对0.5 m厚、-10°C平均温度下的冻结壁进行应力分析得出:最危险位置的抗拉、抗压安全系数均大于2,满足盾构施工换刀要求。

基于虚拟样机技术的盾构刀盘试制系统

应用CAD/CAE软件Pro/E、ANSYS、ADAMS对盾构刀盘进行三维实体建模、虚拟装配、有限元受力分析、动态性能仿真以及建立可视化刀盘库。盾构刀盘虚拟样机试制系统将为我国盾构掘进机刀盘的设计、制造提供崭新的计算机平台。

盾构刀盘设计和刀具配置分析

盾构系统最重要的部分在于开挖面的开挖过程,从工程的角度而言,最重要的部分在于刀盘设计和刀具的布置,其是否适合工程地质条件,直接影响到盾构机的切削效果、出土状况和掘进速度。针对某盾构区间的地质情况,分析盾构刀盘结构设计和刀具配置。

砂卵石地层泥水盾构施工技术难点及控制措施分析——以兰州地铁穿黄隧道工程为例

为解决泥水盾构在砂卵石地层掘进过程中所面临的刀盘结构磨损严重、刀盘开口率调节不便、刀具磨损严重、泥水环流系统堵塞以及泥浆管路磨损严重等工程技术难题,针对兰州地铁穿黄隧道工程富水砂卵石地层条件,提出刀盘结构适应性改进措施、刀具磨损控制措施、环流系统改进措施以及泥浆管路磨损控制措施。研究表明:1)对刀盘结构进行适应性改进,可有效解决砂卵石地层刀盘结构磨损严重和刀盘开口率调节等问题;2)将边缘单刃滚刀改为双刃滚刀,导流刀改为撕裂刀,可有效增强盾构刀具的耐磨性能,提高盾构的掘进效率;3)从碎石系统改进和大漂石、卵石处理2个方面对盾构环流系统进行改进,可有效解决盾构环流系统堵塞的问题;4)将整体泥浆管路分为3段,相邻管路之间用法兰盘连接,可有效解决泥浆管路局部磨损严重的难题。

兰州地铁富水砂卵石地层土压盾构刀盘优化设计

以兰州地铁富水大粒径砂卵石地层土压盾构掘进为工程背景,针对盾构掘进过程中刀具严重磨损、刀盘和螺旋输送机频繁被卡、土压平衡难以建立等一系列问题进行研究,从盾构刀盘结构形式、刀盘开口率、刀具改进、刀盘额定扭矩和螺旋输送机等方面进行了优化设计。工程实践表明,盾构掘进功效提升了近1倍,刀盘扭矩降低了20%,刀具更换次数降低了约50%,刀盘结泥饼及地表沉降等问题的控制明显改善。

复合地层盾构机刀盘设计及刀具磨损分析

城市地铁建设对土压平衡盾构机的需求与日俱增,盾构机刀盘的设计、刀具的选择与布置对掘进的连续进行至关重要。在卵石、砾岩、泥岩复合地层中进行盾构掘进时,刀盘的设计与刀具的磨损控制一直是施工人员面临的难题。以北京地铁16号线玉渊潭东门站-木樨地站盾构区间工程为依托,介绍了盾构机刀盘设计、刀具选择及布置方案,通过对盾构接收后刀具磨损、更换的统计及分析,得出在卵石、砾岩、泥岩复合地层条件下该刀盘的刀具磨损规律,并分析其优缺点,对刀具的选型提出了优化建议。

大直径泥水盾构常压换刀刀盘制造监理质量控制要点

本文以某项目大直径泥水盾构机常压换刀刀盘的制造监理过程为例,详细阐述了大直径泥水盾构机常压换刀刀盘制造监理的质量控制要点、监理的工作方法和验收原则等,为掘进机制造监理工作者提供借鉴。

基于PFC3D的北京砂卵石地层盾构刀盘选型及刀具布置数值模拟研究

砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层及强磨蚀性地层,盾构在该类地层中掘进通常会面临刀盘、刀具磨损严重,盾构推力与刀盘扭矩偏高且波动幅度大、地层变形不易控制等问题。砂卵石地层盾构掘进效率的高低及地层控制的好坏,刀盘选型及刀具配置是关键。以北京地铁新机场线"磁各庄站~1#风井"盾构区间为工程依托,利用PFC3D数值模拟及现场测试相结合的手段,研究刀盘开口率、刀具组合高差、先行刀刀间距等参数对盾构掘进效率及地层变形的影响。研究结果表明:相同掘进参数下大开口率辐条式刀盘比小开口率辐板式刀盘具有更好的掘进速度,小开口率辐板式刀盘掘进时引起的地表变形更小,对周围地层的扰动范围也更小;先行刀与切削刀的组合高差为70 mm时盾构掘进效率较高且扭矩较低;先行刀刀间距设定为300 mm时,盾构有较好的掘进效率和较低的刀盘扭矩。工程实践表明;要实现砂卵石地层盾构长距离高效掘进,大开口率辐条式刀盘设计及大高差梯次化刀具布置是基础,高贯入度、低转速的掘进控制是关键。研究结果可为类似工程的盾构刀盘选型与刀具布设提供借鉴。