大断面组合式顶管机掘进排渣离散元仿真

顶管法已在地下工程中广泛应用,但对新型超大断面组合式顶管机掘进排渣过程中土体的运动和力学响应仍缺乏研究。建立了世界最大断面组合式顶管机的等尺寸模型,利用离散元法模拟顶管机的掘进排渣过程,研究排渣速度对土体运动行为和力学响应的影响。模拟结果表明,最佳的掘进-排渣速度比约为0.6 cm/rev,土仓流动性受上下两个半截面底部两侧刀盘的影响,滞排时土压随掘进累积增大,存在地表隆起倾向;超排时土压小于静止土压力,上覆土体随掘进由局部破坏发展为整体破坏。

大直径顶管机接收关键技术

顶管机接收是水利工程顶管施工的关键环节。以福建省漳州台商投资区高干渠生态补水工程输水顶管为例,在大直径顶管施工中,采用高压旋喷桩加固地层,设置降水井,控制顶速,控制姿态,解决了大直径顶管机接收时洞门塌方和管道下沉的技术问题。

矿山灾害生命保障救援通道快速安全构建关键技术与装备

矿山发生重大灾害事故导致井筒、巷道破坏,人员被困井下时,通过安全、高效地构建救援通道是最有效的救援方式。救援通道包括井下、地面2种形式,井下具备施工条件时,构建穿过坍塌段的大直径救援通道,是最直接的方式;井下不具备施工条件或易发生次生灾害时,则需先在地面快速、精准钻进小直径搜救孔,确定井下被困人员位置及身体状况,并及时输送给养,再构建大直径救援井,采用专用救援提升装备保障被困人员升井脱困。研究涵盖机械工程、钻井工程、电气工程、软件工程、流体力学、岩土力学、动力学、先进控制技术等多学科多领域,将理论分析、数值模拟、实验研究、型式试验、工程示范相结合,以“救援通道构建装备研制—生命保障通道构建技术开发—大直径救援通道构建技术开发—地面提升救援装备开发—技术与装备集成及工程试验”为主线,开发钻孔救援关键技术与装备。研制了3套应急救援集成装备,ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机最大提升力1200 kN、最大转矩50000 N·m,开发了钻机与配套机具的一体化集中控制系统,单根起下钻效率小于3 min/根;XZJ5240JQZ30型救援提升车开发了多传感器信息融合的通信监测控制系统,提升系统最大救援深度848 m;ZDG1500型井下大直径顶管机直径1630 mm,最大顶推力8541.2 kN。开发了复杂地层生命保障孔快速、精准钻进技术,地面大直径救援井精准、安全、高效钻进及透巷技术,井下大断面救援通道顶管快速施工技术3项矿山应急救援通道构建技术。在宁夏宁煤梅花井矿开展了国内首次生命保障孔及大直径救援井施工、救援提升的集成研究和工程示范,完成井径215.9 mm、井深670.5 m生命保障孔,用时46.83 h,井底水平位移偏移0.27 m,满足72 h黄金救援时间内成孔要求;完成井径830 mm、井深654.1 m救援井,井底水平位移0.19 m,介质溃入井下约7.5 m~3,并在救援井内成功进行了救援提升技术与装备试验。在广东省基础工程集团有限公司碎石场开展了顶管钻进工程模拟坍塌条件下的试验,施工长度102.5 m,日进尺43.92 m,顶进误差0.35 m。相关成果在湖南源江山煤矿、山东栖霞金矿、新疆丰源煤矿等5次矿山灾害应急救援中进行了应用。开发的3项救援通道施工技术及3套救援装备,构成了具有自主知识产权的矿山井上井下联合救援技术与装备体系,可满足600 m深度的矿山应急救援需求,为我国矿山灾害救援提供技术装备支撑。

矩形顶管机下穿郑州市中州大道工程简介

介绍国内最大断面矩形顶管机首次应用于城市车行地道工程,大型顶管机将长距离穿越运营的郑州中州大道和地下构筑物。下穿隧道的建成,将改善郑州城区的交通,为郑州市近年来一直在推行的"北移东扩"的发展起到积极作用。

复杂环境超长超大顶管工程成套施工装备与技术研发及应用

项目紧扣城市基础设施建设和高质量发展需求,通过产、学、研、用联动模式,聚焦复杂环境超长超大顶管工程关键技术核心要素开展了重点攻关,分别从超长距离圆形顶管和超大断面矩形顶管工程施工力学特性及设计方法、成套装备与集成控制系统、关键施工工艺等方面进行研究。创新建立了基于管土水共同作用、阵列推进和环境安全的顶管分析方法和设计技术;开发了适应复杂地层、超长距离和特大断面的顶管掘进设备体系;研发了智能控制、精准顶进和静默穿越的顶管系列施工工艺。项目取得了大量原创性技术成果,有效解决了复杂环境超长超大顶管工程中的系列技术难题,保障工程与环境安全,引领了顶管技术的发展,推动了行业的科技进步,社会经济效益显著。

拱北隧道超大管幕工程顶管机选型与应用技术

拱北隧道暗挖段下穿拱北口岸,设计采用"曲线管幕+冻结法"施工,要求施工不能影响口岸的正常通关。结合拱北隧道管幕工程的特点,就顶管机选型的原则,顶管速度与顶力的控制、顶管机始发与接收,障碍物的处理等方面进行了论述,并对其应用情况进行了介绍。从目前的施工实践看,顶管机选型合理,性能优良,在多种复杂工况下运行较好,此经验可为类似工程参考。

超大断面矩形盾构顶管设计关键技术

文章详细介绍了超大断面矩形盾构顶管(10.12 m×7.27 m)设计的关键技术研究:1)矩形断面开挖形式的研究与选型分析;2)超宽矩形薄壳体强度、刚度研究;3)顶推机构电液比例集成控制研究;4)矩形断面渣土改良技术研究。以上关键技术的研究解决,在施工现场得到了成功应用,为城市超大矩形断面交通隧道施工提出了一种全新工法。矩形隧道施工将会成为最经济、安全和快捷的工法。

苏州城北路大断面矩形顶管顶力计算与实测分析

矩形顶管顶力作为顶进设计的重要参数,目前尚无统一的标准计算公式。结合大断面矩形顶管的特殊性,在比尔鲍曼理论、管土与管浆部分接触理论基础上进行修正改进,将顶管机机壳摩阻力单独计算,推导出大断面矩形顶管的顶力计算新方法。结合苏州城北路大断面矩形顶管工程案例,将计算值与实测值进行对比分析,研究发现:1)采用比尔鲍曼理论计算上部土压力更为合理;2)当形成稳定的泥浆套时,迎面阻力取1.1倍静止土压力,同实际情况吻合度高;3)推导方法计算出的单位长度顶力与实测值较为接近,工程适用性较好。

富水砂卵石地层矩形顶管机的研究及应用——结合成都川大下穿人民南路人行通道工程

以成都川大下穿人民南路人行通道矩形顶管项目为依托,对富水砂卵石地层矩形顶管机关键技术进行研究。1)为探索同平面多刀盘联合开挖矩形断面技术,采用ANSYS Workbench有限元仿真分析方法对刀盘结构进行优化,得出:刀盘采用箱体式4辐条结构外加大圆环支撑形式,可满足强度需求的同时有效提高刀盘开口率。2)研究针对大粒径卵石的双螺旋输送机排渣技术,利用ANSYS仿真分析对螺旋叶片厚度进行优化,通过工业性试验表明:大直径、大节距螺旋叶片设计可有效提高卵石地层的排渣效果,实现450 mm粒径卵石的顺利排出。3)采用正交试验对掘进过程中渣土改良工艺进行研究,获得适应该地层的渣土改良方案。

郑州市下穿中州大道超大断面矩形顶管隧道施工沉降控制技术

郑州市下穿中州大道矩形顶管隧道工程具有断面超大、覆土浅、4条隧道平行布置、净间距小等特点,地表沉降控制难度大。为有效控制地表沉降,采取同步注浆及二次注浆、渣土改良及出渣量、顶管机防背土、6刀盘控制及盲区处理、顶管隧道止退等关键技术。实践表明,超大断面矩形顶管在覆土浅、净间距小、地层多次扰动等复杂情况下,选择合适的注浆参数、精细化地控制出渣量及6刀盘操控、实施有效地止退等技术控制地表沉降是切实有效的。

特大断面矩形隧道掘进机关键系统设计与应用——结合嘉兴市长水路下穿南湖大道项目

为解决3车道矩形隧道机械化施工难题,对15 m级特大断面矩形掘进机关键系统展开研究。针对特大矩形断面开挖难题,构建组合刀盘分布设计数学模型及其低扰动控制策略,研制出特大断面矩形掘进机低扰动开挖系统;基于驱动转矩数据回归分析,提出引入重叠率的组合刀盘驱动转矩计算方法;为解决盾体超重带来的施工顶进栽头问题,采用基于敏感度的有限元设计方法,实现特大断面盾体轻量化设计;针对大跨度断面土舱压力控制难题,开发出多螺旋输送机协同控制系统及适用于大跨度的主机姿态控制策略,解决特大断面矩形顶管施工姿态及沉降控制等施工难题。同时,针对应用过程中的出渣及管节对中等问题,提出相应的整改方案,最终实现特大断面矩形掘进机的研制及成功应用。

郑州市下穿中州大道超大断面矩形隧道顶管姿态控制技术

郑州市下穿中州大道矩形顶管隧道工程具有断面超大、覆土浅、4条隧道平行布置、净间距小等特点。为有效控制顶管掘进姿态,全方位介绍了顶管姿态控制、纠偏措施,并对铰接纠偏、双螺旋机出土、六刀盘操控、注浆纠偏、小间距推进控制等关键控制技术进行了详细阐述。实践表明,超大断面矩形顶管在浅覆土、小间距、多次扰动的情况下,采取铰接纠偏、双螺旋机出土、六刀盘操控、注浆纠偏等技术可有效控制顶管姿态。

矩形顶管小井口始发、斜交接收施工技术分析

武汉轨道交通5号线王青公路站1号出入口过路地下通道顶管施工时,面临小始发井、大角度斜交接收的施工难题。对此,文章提出优化顶管机设备选型、机头分次进洞、进洞段超前探测及地面加固、接收段单轴搅拌桩加固洞口土体、出洞管节整体分解吊装等一系列技术措施,从而保证了顶管机安全进洞、接收,使通道顺利贯通,研究成果可为类似项目提供参考。

富水砂层近接建筑群大直径顶管机刀盘卡死脱困技术研究

城市地下管网繁多,地面环境复杂,管廊施工采用常规开挖施工方法受到限制颇多,因此在给排水施工中常运用以顶管为代表的非开挖施工技术。阐述了在富水砂层地质、近接建筑群的大直径泥水平衡顶管机刀盘及开挖面被双液浆部分填充固化,无法继续顶进条件下,采用土体置换的技术措施使顶管机在刀盘不转的情况下脱困、续顶,避免了顶管施工过程中出现地面沉降、建筑物破坏等一系列工程事故问题,保障了顶管施工的安全性,同时为顶管机在顶进过程中的故障处理积累了经验。

大口径顶管机国产化发展现状及工程实例分析

采用顶管技术铺设市政地下公用管道，尤其是在地面繁忙、不允许开挖地段的市政工程中，视为重点考虑的工程施工工艺。采用顶管技术铺设市政地下公用管道已经有超过百年的历史，从国外引进，在我国各中大型城市中也有60多年。顶管技术目前在发展过程中出现了如设备国产化、中大口径顶管掘进机研发等均面临的一定的制约，本文作者从20世纪90年代中期至今一直从事顶管技术的工程施工、设备研发工作，通过本文对我国当前大口径顶管机国产化现状及在实际工程中的实用情况展开论述。

重粉质砂壤土中长距离大口径顶管施工

某引水枢纽工程,采用顶管法施工,总长约3.0km,共分为3段,其中4号井至3号井为1300m超长距离顶管区间段。顶管上部和切削断面均为重粉质砂壤土,采用大刀盘泥水平衡顶管掘进机施工。在顶管顶进至约80m时,开始出现大范围地面沉降,顶管顶力剧增,顶管姿态变化大,设备连续故障等现象。经认真分析原因并制订针对性施工技术措施,最终确保了重粉质砂壤土复杂地质下该超长距离顶管区间段得以贯通。该文对该超长距离顶管区间段顶管施工进行了认真分析和总结。其结论与建议可供今后类似超长距离顶管工程借鉴。