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。

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。

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。

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。

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。

盾构机平移过站技术

盾构机在车站结构完成的情况下通过车站,进入下一个区间是地铁建设施工中经常遇到的一个工序。如何快速、经济、有效的实现盾构机过站是保证工期、保证设备安全的一个值得探讨的问题。结合北京地铁四号线第二十标段德国海瑞克S-285盾构机通过北宫门站的施工实例,从人员、设备、工艺等诸方面介绍了盾构机平移过站技术。

盾构机液压系统多泵优化组合驱动技术

研究了一种改进的盾构掘进机刀盘驱动液压系统,通过驱动功率优化配置实现系统的节能.液压系统由2个大排量液控比例变量泵与2个小排量的电控比例变量泵组合驱动8个液控变量液压马达.液压系统采用电液比例技术进行泵的排量控制,通过包括有比例溢流阀和功率限制阀的液控回路实现了2个大排量变量泵的比例变量和恒功率控制,通过电控系统实现2个小排量泵的比例变量和恒功率控制.建立了液压系统的AMEsim仿真模型,仿真分析了液压系统的调速特性、恒功率特性及负载变化对调速特性的影响.试验研究表明,这种多泵组合调速能满足盾构的不同工况需求.

复合地层中掘进的盾构机刀盘动态驱动转矩研究

复合地层掘进扭矩载荷突变是造成盾构机掘进过程中堵转停机的直接原因,考虑盾构机刀盘驱动变频调速电机特性、转矩传递过程中齿轮啮合刚度及齿侧间隙等非线性因素,建立冗余驱动的盾构机刀盘切削系统机电耦合动力学模型;针对典型复合地层地质条件,对盾构机在上软下硬地层掘进过程中刀盘驱动转矩动态特性进行仿真分析。结果表明,在软土体积百分比为70%复合地层中,掘进扭矩载荷显著高于50%软土百分比复合地层;盾构机在由50%软土百分比地层掘进进入70%软土百分比地层过程中,刀盘驱动电机负荷瞬间增大,甚至超出其工作极限,电机无法稳定工作,容易导致堵转发生,该结果可以部分解释我国昆明上公山隧道施工中频繁出现堵转事故的原因,为盾构机复杂地质条件下顺应性设计提供指导。

盾构刀盘驱动液压系统压力冲击吸收特性分析

针对盾构掘进地层复杂、负载冲击大的工况特点,提出一种基于压力反馈和电液比例控制的新型开式刀盘驱动液压系统.通过对元件模型的线性化处理建立泵-马达-蓄能器系统的动态数学模型,分析蓄能器的引入对于系统固有频率的影响.同时利用AMESim中的液压模块化元件与液压元件自主设计库(HCD)联合建模,对刀盘在不同工况的仿真过程中,通过比例方向阀控制蓄能器的不同工作状态来研究更好的冲击吸收效果.结果表明,在不同的负载剧变所带来的压力冲击下,蓄能器在吸收冲击的同时也影响到了系统的稳定性,可以通过电液比例控制蓄能器的工作状态来更好地适应负载的冲击.

盾构穿越既有地铁车站结构安全评估

提出了盾构隧道穿越既有地铁车站结构安全的评估方法,包括风险识别、风险评估及风险控制三方面的内容。以某工程为例,给出了该车站结构的风险等级,通过数值计算,预测了该车站的变形量,分析了车站结构的安全性,提出了变形控制指标。研究结果表明:该车站结构的风险等级为特级,结构安全等级为Ⅰ级,变形控制指标为底板最大沉降为15mm,纵向变形斜率为3‰。

变转速泵控模拟盾构刀盘驱动系统研究

设计了1.8m土压平衡(EPB)模拟试验盾构的刀盘驱动液压系统,介绍了该液压驱动系统的工作原理和控制方法,该系统采用了变转速泵控技术.通过统计分类的模式识别方法分析了1.8m试验盾构的掘进过程,以盾构掘进的场切深指数(FPI)、扭矩切深指数(TPI)构成了掘进土层状况的特征空间,基于土层识别及刀盘驱动功率效能评价建立了盾构刀盘转速专家控制方法.建立该液压驱动系统的AMESim仿真模型,仿真研究了液压系统的效率、开环和闭环调速性能.试验研究表明,该液压系统开环调速性能稳定,但刀盘转速波动较大.

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站关键技术研究

采用大直径盾构建造地铁单洞双线区间,并在盾构隧道基础上小规模扩挖形成车站是解决复杂环境下地铁建设的一种新思路。以北京地铁14号线大直径盾构扩挖地铁车站作为工程背景,详细讨论了大直径盾构穿越车站的方案和技术措施,首次提出了"盾构先行通过,后施工风道结构"的盾构通过风道模式,突破了"先形成风道结构,盾构再通过"的常规模式,成功解决了隧道和车站施工相互制约的矛盾;创造了"利用大直径盾构隧道作为施工通道和作业平台进行车站扩挖"的方法,并在高家园站成功应用,为地面占地困难的地铁车站施工提供了解决方法;根据大直径盾构隧道扩挖车站施工阶段关键工况的分析,对扩挖方案及管片拆除方法进行了优化;创造了一种用于对扩挖阶段的盾构隧道管片进行拆除的方法,并对盾构隧道内的临时支撑设置进行了优化。工程实践表明:在扩挖施工过程中结构自身风险及周边环境风险均得到有效控制。

盾构机主驱动密封维修改造关键技术

为解决土压平衡盾构机在掘进过程中容易出现主驱动密封失效,造成盾构机主轴承损坏的难题。通过理论分析和现场测试相结合的方法,介绍了主驱动密封的工作原理,分析了主驱动密封损坏的原因。认为:VD密封采用粘结方式安装,容易造成应力集中发生断裂,唇形密封和密封衬套采用丁晴橡胶的材质,在高温条件下极易造成磨损失效;提出了改造方案:将密封材质改为耐高温、抗疲劳的含氯的合成橡胶,VD密封采用压板方式,使密封与壳体的结合更加可靠,避免了密封局部受力不均导致的断裂失效。通过后续实体工程的应用检测,再没有出现过密封损坏事故,达到了密封改造技术研究的预期效果。结果表明:密封材质、安装方式及密封油脂是影响主驱动密封工作状态的关键因素,在盾构机的选型设计过程中应引起高度重视。

盾构刀盘驱动的电液比例控制系统的设计与实验

设计了一个盾构掘进机的刀盘驱动液压系统,该系统是开式液压系统,应用电液比例控制技术实现了泵排量实时调节.采用二通插装阀技术实现了高压、大流量液压控制系统的集成,使系统具有结构紧凑、成本低的特点.分析了该液压系统是如何实现泵排量的电液比例控制及其在较大变化负载工况下流量的稳定性.模拟盾构掘进实验时,电气控制为开环控制方式,实验表明,在负载变化较大时,系统能准确地实现刀盘的比例调速,系统的能耗低、温升小,因此,该系统能够很好地满足现代盾构的技术要求.

盾构机刀盘变频驱动控制研究

刀盘驱动系统是盾构机重要系统之一,承担着驱动刀盘旋转、切削开挖面和密封舱内土体搅拌的任务.通过对刀盘变频驱动的控制结构、控制方式以及控制过程和相关的控制连锁的介绍,为盾构机刀盘变频驱动控制选择提供参考.