复杂环境下城际铁路大直径双模盾构选型技术及应用

为研究复杂地质环境下大直径双模盾构选型技术及应用效果,以深大城际机场东站—黄麻布站区间为依托,首先分析了该区段的工程重难点和施工风险,结果表明:该区间需穿越长距离硬岩地层和部分软土地层,下穿多处重要建构筑物和穿越多条构造破碎带和节理密集带,施工风险高、难度大。因此,为兼顾盾构机在硬岩地层的掘进效率和软土及不良地质条件下的地层稳定,综合选用EPB(earth pressure balance)/TBM(tunnel boring machine)双模盾构机,并根据施工重难点对盾构机结构和功能系统进行了针对性设计。最终,对该盾构的现场工程应用进行了效果评价。结果表明:所选的EPB/TBM双模盾构能较好地满足工程需求,确保了盾构机掘进的安全性和高效性。研究成果可为其他类似条件下的双模盾构机选型提供参考和指导。

基于GRU算法的盾构掘进参数预测——以成都地铁19号线为例

刀盘扭矩和刀盘推力是保障盾构机正常掘进的关键参数,对其准确预测可有效指导设备运行。本项研究的数据来源于成都地铁19号线土压平衡(EPB)盾构机的掘进数据。深入剖析了EPB盾构掘进数据的特点,提出了一种包含数据分割、异常值处理、数据降噪和数据编译4个阶段的标准数据预处理算法。在Butterworth滤波器基础上,利用门控循环单元(GRU)建立了盾构掘进参数预测模型,基于RMSE和MAE指标综合评估预测模型的预测效果。结果表明:预测模型对不同地质条件下的刀盘扭矩和刀盘推力掘进参数均能实现良好预测;经过Butterworth滤波,预测模型的预测精度提高显著;砂岩地层中,预测模型对刀盘扭矩的预测误差最小,RMSE和MAE分别为4.91和3.86。基于GRU算法的掘进参数预测,可提高盾构机掘进状态的判断水平,利于施工参数优化调整。

地铁工程大直径土压式平衡盾构机力学计算及机械选型研究

针对砂层中细颗粒含量较少、难以形成止水效应、层中存在承压水、有涌水风险等多种施工风险,从改良、保压、排渣、清渣4个方面全流程考虑,盾构具有合理的刀盘设计及渣土改良能力;加强刀具配置和刀盘、螺旋机的结构耐磨;要求盾构机必须具有较强的平衡水土压力的能力,以保证地表变形保持在正常范围内。对土压平衡式盾构机的选型优化,可明显降低后期施工过程中的风险,有效避免事故的发生,对类似施工方案有较大的借鉴意义和推广应用价值。

复合地层中土压平衡盾构掘进参数变化规律分析

对于复杂地质条件下的盾构隧道,科学设置掘进参数对工程的安全与高效至关重要。为研究复合地层中盾构掘进参数的变化规律,依托青岛地铁4号线沙子口站—崂山六中站区间左线线路,对下穿河道段、均匀黏土段、上软下硬段3种不同地质环境下的掘进参数进行了统计分析。统计特征值计算及相关性分析结果表明:1)下穿河道段因其主要为粉质黏土夹粗砂,总推进力数值最低;2)均匀黏土段掘进的参数较为稳定,土压平均值最高,总推进力和掘进速度的相关性最强;3)在上软下硬段掘进的参数变化频率与幅度较大,掘进速度最慢。

土压平衡盾构地层适应性设计理论和方法研究

为了探讨盾构机工作参数与土体的相互关系,针对土压平衡盾构的特点在模拟试验台上进行了掘进试验。分析了盾构总推力、刀盘扭矩和土仓土压力的变化关系及其影响因素,同时还研究了刀盘开口率对刀盘扭矩的影响规律。试验结果表明:在土压平衡的情况下,刀盘扭矩和盾构总推力有良好的线性关系,并且盾构总推力随着推进距离的增加而缓慢地增加。

盾构掘进机土压平衡的实现

为了控制地面沉降,减少地表变形,采用电液比例控制技术对盾构掘进机推进液压系统和螺旋输送机液压系统进行了集成设计.其中推进液压系统采用了比例压力流量复合控制技术,螺旋输送机液压系统采用了电反馈比例控制技术,在模拟试验台上进行了土压平衡实验分析.结果表明,通过实时控制推进速度或螺旋输送机转速,对盾构掘进机进行推进控制或排土控制操作,可控制密封仓内土压力在设定范围内,从而实现土压平衡.

盾构机自动控制技术现状与展望

盾构机是用于开挖隧道等地下施工的专用工程机械。由于地质条件、工况的不确定性以及掘进装备的高度复杂性,导致其施工安全问题仍然是世界性的重大技术难题。为了防止地表塌陷等灾难性事故发生,实现盾构机安全、高效掘进施工,施工过程的全自动化、智能化是盾构技术发展的必然趋势。简要介绍国内外盾构机的发展状况,重点论述盾构掘进系统及位姿自动控制技术的研究进展与现状,结合工程实际以及未来的发展趋势,分析在掘进系统的控制模型与控制策略、运动轨迹的动态规划与位姿控制、控制系统的集成与优化等方面存在的问题,并提出改进意见,尤其对掘进系统的刀盘、推进、排渣等多子系统的控制问题,提出协调控制策略。

新建盾构隧道近距离下穿既有地铁线的安全控制技术

城市地铁盾构隧道下穿既有地铁线路施工,影响既有线路的正常运营和在建工程的安全施工,采取合适的施工措施至关重要。文章以成都地铁某新建盾构隧道下穿既有运营地铁线为工程背景,探讨了盾构下穿既有隧道的施工方法,开展了管棚试验,提出了风险设计处理措施,并针对潜在风险源制定了监控措施和监控方案。实际工程效果表明,盾构下穿既有线施工设计方案满足既有线相关规范及技术标准要求,可确保既有线运营安全需要;对于不同的下穿工程,应针对不同的风险源制定详细的风险防控方案,同时加强监控量测,科学指导反馈动态施工。

基于前馈反馈复合控制的盾构土压平衡控制

为使盾构土压平衡控制系统既有较高的土压力控制精度又能及时消除推进速度波动对土压力产生的干扰,在现有土压平衡控制系统基础上,提出基于推进速度前馈密封舱压力反馈的土压平衡控制系统。建立密封舱土压力数学模型,根据模型描述的推进速度、螺旋输送机转速和密封舱土压力之间的关系,通过推进速度前馈环节得到螺旋输送机转速相应的改变量,在推进速度波动对密封舱压力造成干扰之前进行补偿。同时,系统中的土压力反馈环节可以进一步消除其他干扰因素造成的土压力控制误差,提高系统稳态精度。利用在盾构实验台上采集的实验数据进行对比分析计算,验证土压力产生机理模型的有效性。结果表明,在前馈-反馈土压平衡控制系统中推进速度改变后螺旋输送机马达转速的响应时间约为0.5 s,而在反馈系统中约为2.5 s,前馈反馈系统土压力控制最大相对误差为1.54%,而反馈系统为6.52%,因此证明当推进速度波动时,采用前馈反馈控制的土压平衡控制系统具有更好的性能。

土压平衡式盾构机土舱压力控制仿真分析

阐述了土压平衡式盾构机电液控制系统工作原理。在AMESim仿真环境中搭建了系统的仿真模型,仿真分析了推进系统的推进速度、螺旋输送机转速以及密封土舱内土压力的相关关系。仿真结果表明,通过实时控制推进系统的推进速度和螺旋输送机的转速,可使密封土舱内的土压力达到稳定,从而保证施工质量,有效维持地表的稳定性。

盾构法隧道掘进中盾尾密封涌水涌砂防治技术

在盾构法隧道穿越工程中,盾尾密封是保证盾构掘进隧道与掘进面完全隔离的关键性控制部位,一旦密封损坏,将会造成盾尾涌水涌砂,给掘进施工造成困难,甚至直接影响到人员、设备的安全。文章分析了以往盾构掘进中盾尾密封涌水涌砂的原因,针对地层松散、流动性强、强透水、高水压等情况,成功地摸索出一套行之有效的盾尾密封安装与施工技术。该技术在黄石长江盾构掘进中应用,有效地解决了盾尾密封涌水涌砂问题。

盾构土压平衡控制机理实验系统设计

介绍了一个盾构土压平衡控制机理实验系统,其实验平台由拉杆与后靠、千斤顶、土箱、模拟盾构、弃土回收箱等部分组成,液压系统采用电液比例控制技术、变转速泵控马达技术、压力流量复合控制技术等先进技术。监控系统由一台工控机和PLC组成,应用组态软件开发相应的监控程序。该系统不仅可以进行土压平衡机理研究,而且也能够用于盾构的电液控制技术研究、盾构驱动参数优化设计研究以及进行先进控制方法的研究。

微型土压平衡盾构机刀盘开口率对排土率的影响

刀盘开口率是刀盘设计的关键参数,是决定盾构机是否稳定掘进的关键参数之一.在充分理解刀盘与开挖面相互作用的基础上,分析了开口率对排土率的影响,并推导出最大排土率与最小排土率的计算方法.根据该计算方法,研究了不同直径的刀盘在砂砾石地层掘进时,排土率随开口率变化的情况.分析结果表明：在砂砾石地层中直径为3m的刀盘开口率取值为70％～85％时有利于开挖面的稳定.

复合式土压平衡盾构机穿越闽江强透水砂层技术研究

地铁盾构机下穿江河段一般为风险最高段,且不同地层组合条件下的施工风险等级也不同。结合福州地铁1号线达道站—上藤站区间盾构穿越闽江的实例,系统地研究了复合式土压平衡盾构机穿越江底强透水砂层的施工工艺,包括施工方案的整体评估、施工前的设备改造和渣土改良、施工难点及其对策、辅助工法等。该施工工艺实现了复合式土压平衡盾构机穿越江底强透水砂层的突破,既保障了施工安全,又保证了施工工期。

土压平衡盾构的土力学模型与土压平衡控制

根据土压平衡盾构的特点及施工原理,结合隧道设计、施工的具体经验,建立了土压平衡盾构的土力学模型,并采用朗肯理论计算了掘进土压力,提出了土压平衡盾构掘进土压平衡控制策略,确定了土压平衡盾构施工土压力的设定原则和方法,为土压平衡盾构掘进机的设计和开发提供科学的理论依据。

复合地层土压平衡盾构推力计算方法

针对复合地层盾构设计与施工阶段土压平衡盾构机总推力难以确定的问题,以上软下硬地层为例,考虑地层的组成、切削刀具形式、盾构掘进速率、刀盘开口率等因素,基于盾构机施工力学分析,提出了复合地层盾构掘进推力计算方法。通过在实际工程全线的应用,对该方法的可靠性进行了验证,结果表明,该方法预测的盾构机总推力平均误差为-11.88%,精度远高于Krause经验模型。分析了不同因素对盾构总推力以及各成分的影响,研究发现:随着埋深的增加,土拱效应得到发挥,盾构总推力呈现先增后缓的变化趋势;随着掌子面岩石占比、贯入度、岩石强度的增加,盾构总推力显著增加;而盾构总推力随开口率变化不大。

盾构机采用水土平衡法通过中间风井的技术

盾构机通过中间风井的一般方式是:先完成全部中间风井主体结构,洞门处地下连续墙钢筋混凝土结构,而后盾构机过站,指出这相当于完成一次到站、平移、再次始发的过程,造成涌水涌砂风险集中。随后介绍一种工法:临时回填风井底板结构,盾构从回填土中穿越,最后开挖并修筑中间风井结构,以此降低盾构过风井的涌水涌砂风险。

我国掘进机研制现状、问题和展望

近年来,我国重大隧道工程相继开工,掘进机研发、设计和制造水平不断提高。通过分析国产掘进机的典型工程案例,总结我国掘进机自主设计、制造技术的现状:土压平衡盾构、泥水平衡盾构和岩石隧道掘进机3大机型技术已经成熟,马蹄形盾构、矩形盾构等异形断面掘进机关键技术达到国际领先水平,同时竖井掘进机产品开始应用。分析当前我国掘进机研发制造中存在的关键问题:1)设计软件均是国外产品,信息安全问题日益凸显;2)掘进机主轴承、减速机等基础零部件需要进口;3)创新产品市场突破难度大。结合当前技术水平和市场现状,认为智能化和多样化是今后掘进机研制的重点和趋势,提出多功能多模式掘进机、异形断面岩石掘进机、复合破岩TBM、部分断面TBM等新机型设计理念,期望能够推动我国掘进机技术革新。

复合地层盾构的适应性及掘进参数的关联性分析

复合地层在开挖断面范围内和开挖延伸方向上,具有两种或两种以上不同地层的组合,且各地层在岩土力学、工程地质和水文地质等方面存在圈套差异,从而对盾构施工及周围环境产生很大影响。根据复合地层状态及其工程地质特点,阐述了复合地层盾构的施工特点、复合盾构的三种掘进模式、以及选择复合土压平衡盾构机与复合泥水平衡盾构机的依据,并对盾构与复合地层的适应性及掘进参数的选取进行分析。以广州地铁六号线二期工程盾构施工数据为例,通过曲线拟合及统计回归方法,得出盾构施工时各掘进参数的相互关系,从而为复合盾构的选型及各掘进参数的相互匹配与控制提供了参考依据。

复杂施工环境下地铁隧道机械法施工的工筹技术方案

地铁隧道施工环境复杂,工程制约因素多,采用机械法施工时,经常面临机械掘进连续性差、矿山法车站与机械法区间施工相互干涉,以及机械始发、过站、接收、平移、吊出等技术难题。以青岛地铁6号线土建03标工程为依托,综合考虑沿线地表环境及地质条件,结合各站施工工法、工序组织及线路整体工筹,通过对初拟工筹技术方案细化、比选、优化、调整,形成适用于复杂施工环境的成套机械法施工地铁工程筹划技术方案。