基于AMESim的盾构刀盘容积调速系统仿真研究

液压系统是驱动盾构机刀盘转动的核心,由电动机、变量泵、变量马达等元件组成。盾构机作为目前地铁施工的主流设备,面对复杂多变的地质条件,刀盘容积调速系统如何减小由系统输入扰动导致的马达转速扰动,使刀盘稳定运行,是值得研究的关键问题。讨论了一种PID+前馈补偿控制方法,通过对系统数学模型的分析,建立了AMESim刀盘容积调速系统仿真模型,并通过实验得到了系统转速特性曲线。结果表明,PID+前馈补偿方法相比于常规PID控制方法,将马达转速的瞬态误差减小了13%,调整时间缩短了1.5 s。研究结果对刀盘稳定运行具有重要的意义。

盾构机主驱动单唇形密封圈密封性能研究

以典型工况下盾构机主驱动单唇形密封圈为研究对象,利用单轴拉伸试验得到密封圈丁腈橡胶材料的应力-应变曲线,确定Yeoh三阶模型的材料参数;建立单唇形密封圈的二维轴对称有限元模型,研究介质压力、压差、摩擦因数和温度对其密封性能的影响规律。研究表明:介质压力主要影响最大接触应力,随着介质压力的增加,最大接触应力呈线性增加;介质压差主要影响最大接触应力和接触长度,随着介质压差的增加,最大接触应力先线性增加然后基本保持不变,而接触长度呈非线性增加;温度变化对密封性能的影响可以忽略;在考虑的工况条件下,单唇形密封圈唇口与旋转轴接触处产生的最大接触应力始终大于介质压力,密封性能良好。

AVN2440DS盾构机使用中的几个问题

结合操作AVN2440DS复合式泥水平衡盾构机的实际,介绍了盾构机的保养计划,重点从熟悉盾构机的结构,对主驱动结构的电路进行分析,并对掘进中常见的问题及处理、配件的国产化等方面进行介绍,以期为盾构机的合理使用,提高掘进速度,降低成本提供参考。

盾构机主驱动装配生产线关键技术研究与应用

针对盾构机主驱动装配效率低下和质量管控难度大的缺点,研制了一种集高效装配与数据传输于一体的主驱动装配生产线。在盾构机主驱动装配生产线总体设计方案的基础上,对主驱动零件自动化清洗、物料自动化转运、零/部件自动化装配、紧固件拧紧信息在线检测及存储和智能调度系统等关键技术展开研究,以高度集成的自动化设备取代传统人工装配流程,在提高主驱动装配质量和效率的同时实现了装配信息的管理与追溯,形成了主驱动装配生产线核心技术体系。最终设计的盾构机主驱动装配生产线顺利建成并完成了实际工艺验证,达到设计效果,现已成功应用于多种规格主驱动的装配生产作业,并取得了显著的经济效益。

双分圆盾构车站掘进费用计算方法优化研究

盾构法车站是目前城市轨道交通工程中的新兴工法,盾构掘进费用如何计算成为一个亟需解决的难题。文章简述了盾构车站工法的应用背景以及可行的盾构车站技术方案,确定技术成熟度较高的双分圆盾构工法为研究对象。在现行盾构掘进定额基础上,结合盾构机租赁市场价格,通过盾构工期计算及盾构掘进降效的综合分析,提出根据租赁费用反算台班单价、根据实际工期反算降效系数两种优化方式,使盾构车站掘进费用的计算更符合工程实际。

砂性地层下类矩形盾构机刀盘布置方案研究

类矩形盾构机的切削断面形状并非中心回转对称,如何根据不同的地质条件选择适合的刀盘布置方案是类矩形盾构机研制的难点。依托杭州市轨道交通四季青站工程项目,对比在黏土地层与砂性地层2种施工条件下,类矩形盾构机的施工参数,发现盾构机在砂性地层中所受的推力、扭矩均较大,且存在较大冲击。原偏心多轴驱动仿形刀盘的结构形式,无法满足砂性地层中的施工工况。针对性地研究设计1种刀盘布置方案,采用2个X形大刀盘+2个可伸缩式圆形辅刀盘的组合切削形式,并增加带伸缩功能的辅刀盘驱动、切削盲区处壳体结构、土体改良等关键功能。该刀盘布置方案的研究与实践对提高类矩形盾构机的地层适应性有着重要意义。

盾构机空推过站对既有桩基的影响

本文依托福州滨海快线枕峰山与大象山隧间TBM空推过站项目,深入分析了盾构机空推过站过程,对地层以及对已建桥梁桩基础的变形和受力特性的影响规律。建立了模拟实际盾构机空推过站的三维有限元模型,通过对地基土变形、桩基侧向位移以及桩身内力变化的研究,确定了盾构机推进过程中对地层及桩基的影响域。

基于Modelica的盾构主驱动多电机同步控制仿真

盾构主驱动系统通常由多台电机共同驱动,任何一台电机的不同步都会对整个传动系统造成重大损害,同步性控制结构复杂,结合多电机耦合控制与非耦合控制的优缺点,最终选择了环形耦合控制并说明了该控制策略的合理性;将模糊控制与PID控制相结合,设计一种模糊自适应PID控制算法,并与多电机环形耦合控制策略相结合,基于多领域仿真语言Modelica在仿真平台MWorks中搭建模型并进行仿真分析。通过与传统PID控制方式对比,结果表明采用模糊自适应PID环形耦合同步控制各电机具有更好的同步性能表现,并能够有效地改善主驱动系统的稳定性和动态性能,提高了控制精度,加快了系统响应速度,而且具有良好的鲁棒性。

基于SAPB的土压盾构机主驱动的创新设计

为提高盾构机的工作效率与稳定性,设计了一种新型内啮合传动的主驱动。第一,利用SAPB对主驱动进行总功能抽象,确定主驱动的总功能;第二,建立“黑箱图”,从物质流、能量流、信息流3个方面对主驱动进行功能分析;第三,通过功能分解将总功能逐级分解,直到能用机械结构表达的功能元为止;第四,运用功能结构链和功能原理图,将功能元有效连接起来,通过功能原理图,清晰、明确地理解各功能元之间的联系;第五,在功能原理图的指导下,通过功能元求解建立各部分的机械结构,从而完成主驱动机械结构的创新设计。通过SAPB“总-分-总”的功能表达,为机械产品的创新设计提供了一种切实可行的方法。

盾构法隧道施工地表变形阶段控制目标规划及其在盾构自主驾驶中的应用

为降低阶段地表变形目标设定中对施工人员经验依赖程度,提高盾构施工的安全性和效率,提出一种科学、有效的地表变形阶段目标规划方法。首先,对不同地质条件下各阶段地表变形量与盾构掘进效率和周边环境的关系进行分析;然后,采用机器学习方法建立盾构掘进效率评估模型和最终地表变形预测模型;最后,基于预测结果综合考虑推进效率、环境扰动和施工成本,得到工程综合效益评价,并应用粒子群优化算法计算得到各阶段地表变形控制值,以实现最优综合效益。该模型已被内置在“智驭号”盾构自主掘进控制系统中,并应用于南京地铁5号线隧道工程。工程应用结果表明,该模型通过对地表变形阶段控制目标的优化,有效提升了自主驾驶盾构施工的安全性和高效性。

工况对盾构机主驱动轴承润滑特性的影响

以某隧道工程实际工况条件为例,建立盾构机主驱动轴承载荷分布计算模型和等温线接触弹流润滑模型,通过数值分析得到极限工况和占比99.9%的工况条件下盾构机主驱动轴承的油膜厚度及油膜压力分布;依据实际工况条件分析不同工况对轴承油膜厚度、油膜压力的影响规律,以及滚子所处位置不同时滚子负载与油膜压力和膜厚之间的变化关系。结果表明:不同工况下主轴承油膜厚度、油膜压力分布规律相似,均出现二次峰值;同一工况下,随着滚子于主轴承所处位置不同,油膜压力及膜厚最值随滚子负载的增大而减小;同一位置处二者最值随主轴承受力的增大而减小。

盾构机刀盘主驱动电机异常检测与性能评估

针对盾构机刀盘主驱动电机存在因高频振动和电流信号获取不易和长时间工作导致的电机异常检测准确率低和性能评估困难的问题,通过分析主驱动电机的群体特征与个体特征的相似程度,提出了一种基于多尺度循环自编码器的盾构主驱动电机异常检测和性能评估的方法。首先将正常运行时的主驱动电机原始电流数据进行异常值清洗、筛选工作阶段、归一化等预处理工作;再根据预处理后的电流信号进行时间切片和特征提取编码,构建描述电机之间性能差距的差异性矩阵作为训练集;然后将数据集输入多尺度循环自编码器中提取正常运行电机电流信号特征,从而实现准确地进行电机的异常检测并给出性能评估的健康指标。基于印度孟买D215工程的实际数据,对所提方法进行了验证和测试,结果表明:该方法在仅能获取到PLC数据的情况下,完成盾构主驱动电机的异常检测,准确率维持在90%以上,并能够给出一种反映主驱动电机组性能退化的健康指标。

富水漂卵石地层土压盾构高效施工技术研究

土压平衡盾构机在富水漂卵石地层中掘进存在刀盘刀具磨损严重,螺旋机轴易卡停断裂,渣土易离析喷涌,推进效率低下等问题。以成都轨道交通6号线工程为依托,采用刀盘刀具适应性改造,螺旋机耐磨技术改造,泡沫膨润土混合液渣土改良,“超前排渣、扭矩控制、泡沫动平衡”等措施。经实践,刀具的更换里程明显延长,可达到全区间1082 m不换刀连续推进;螺旋机发生断轴后,修复时间由10 d缩短为3 d;采用混合注入的渣土改良方式,将刀盘扭矩降低了31%,螺旋机扭矩降低了49%,有效减少了卡停和喷涌情况;采用的掘进技术明显提高了施工进度,减少了停机风险。研究结果表明,采用的技术措施解决了土压平衡盾构机在此种地层中的施工难题,提高了施工效率,降低了工程风险。

基于空间S形曲线的盾构轨迹纠偏方法

针对盾构隧道施工过程中的盾构轨迹动态纠偏难题,综合分析盾构姿态影响因素,提出盾构轨迹空间S形曲线纠偏方法。依据隧道设计轴线、盾构姿态、盾构尺寸、施工参数等信息,从盾构当前位置开始,结合管片环排版优化算法对盾构轨迹进行预测纠偏,确保盾构逐环切向返回隧道设计轴线指定位置,并给出最佳拼装点位下盾构姿态、管片排版预测控制参数的量化值。集成上述研究成果研制了同济曙光盾构隧道动态纠偏分析软件,通过软件与盾构测量系统数据自动对接,实时对盾构运动轨迹进行动态纠偏,输出预测管片环最佳拼装点位及相应盾尾间隙等施工控制参数。工程应用表明,动态纠偏算法综合考虑盾构当前的状态,适用于不同姿态和轴线线型,结果合理、可靠、通用性强。

盾构机整体快速空推过站施工技术研究与应用

该文依托广州市轨道交通八号线北延段【施工6标】土建工程盾构机整体快速过站项目,在借鉴以往盾构机整体过站的基础上,主要针对一种盾构整体快速过站装置及施工方法的功能及适用性能进行系统研究。实施效果表明,采用盾构机整体快速空推过站施工技术,自主研发快速过站装置整体结构安拆方便,使用简单,大大节约人力和物力的投入,提高过站施工进度,有效节省盾构机与后配套的拆解及二次组装调试工期,大大地降低施工成本,社会效益显著,可为后续工程盾构机过站施工提供技术参考和借鉴。

盾构扩挖地铁车站工程造价和机械台班调整研究

以国内率先采用的盾构法扩挖地铁车站工程为研究对象,从技术可行性和经济性的角度,对比分析了矿山法与盾构法2种施工方法。通过分析2种施工方法的费用组成,对比研究了二者的工程数量、工程费用和综合造价指标。研究结果表明,以实际工期反推掘进机械台班计算得出的盾构法综合造价指标比矿山法减少了4.84万元/m,降幅达16.60%。该结论可为类似特殊地铁车站建设工程的技术比选和工程造价研究提供参考和借鉴。

盾构掘进机主驱动聚氨酯密封件的制造与性能

研究了盾构掘进机主驱动聚氨酯密封材料的配方组成、主驱动密封性能及其产品成型工艺,并进行了相关成品技术试验验证。结果表明,研制的聚氨酯材料性能满足其技术指标要求,成品接头性能可靠,工艺稳定,达到进口水平。

一种适用于大直径盾构机自进式整体过站的施工技术

以广州某标段大直径盾构设备整体过站为背景,研究一种适用于大直径盾构设备自进式整体过站的施工技术。从特殊环境以及现有技术的弊端进行了对比,设计研究了盾构机过站托架的设计、托架与反力架的安装、抬升千斤顶的安装、托架滑行轨道的制作、盾构机及托架自进式过站技术。结果表明:该技术妥善解决了大直径盾构设备快速经济的整体过站问题,避免了大直径盾构分体式过站及传统的方式整体过站存在的一系列弊端,确保了盾构机安全、快速、经济的整体过站,大大缩短盾构施工工期。同时,该技术获得了业主及业内人士的高度评价,综合效益显著,也为类似地铁施工提供了借鉴和参考。

富水砂层运营车站航站楼下盾构接收施工技术探讨

为规避萧山机场站航站楼下富水砂层盾构接收可能出现的接收端渗漏突涌、运营隧道变形、航站楼沉降等风险,依托杭州地铁机场快线7号风井~萧山机场站盾构接收工程实践,提出了端头控制性降水、WSS水平注浆加固、短套筒接收、盾尾弃置快速封堵等系列确保盾构接收安全和控制周边变形的方案与技术措施,有效解决了航站楼下富水砂层盾构接收可能出现的重大风险,控制了运营地铁隧道和航站楼地面建筑变形。

盾构法与明挖法结合建造地铁车站的结构方案研究

盾构扩挖法建造地铁车站能够很好地解决地铁建设中盾构过站的问题。选取北京地铁10号线三元桥车站自起始里程18.6 m范围作为试验段,开展盾构法与明挖法结合建造地铁车站的结构方案研究。根据三元桥车站试验段的地理位置和建筑结构设计要求,进行塔柱式和立柱式共4种车站型式的结构设计,比选后推荐采用2.5 m侧站台立柱式车站结构方案。对该新型地铁车站结构设计中的关键问题,即特殊管片结构以及管片与车站主体结构连接的节点设计进行详细探讨,同时对结构防水方案进行研究。该结构方案符合国内目前的盾构技术和经济水平,为后续的研究工作奠定良好的基础。