围岩分类在TBM滚刀寿命预测中的应用

预测滚刀寿命,根据刀具磨损规律把握最好的换刀时机对隧道掘进机（TBM）来说是极其重要的.文章以秦岭隧道为例,应用围岩分类来预测刀具消耗量.根据影响TBM掘进率的岩石单轴抗压强度、岩石耐磨性、岩石硬度及岩体节理发育程度对围岩TBM工作条件等级的划分,定性分析了围岩等级与刀具消耗量的关系.在此基础上,提出围岩等级数的概念,得出不同的等级数与其相应的耗刀量之间的定量关系.     

全断面硬岩盾构掘进参数与刀具磨损规律分析

通过对PN 9.13m TBM/土压双模式盾构在全断面硬岩中掘进参数与刀具磨损规律的分析,分别讨论了在全断面硬岩中掘进参数的变化规律、盾构掘进出渣情况以及刀具的磨损原因,提出了依据掘进参数和掘进出碴情况来判定土压平衡模式中刀具的磨损状况的方法、并验证了其可行性.研究结果表明:掘进参数在盾构掘进过程中可较准确反映刀具磨损情况,并通过掘进中出渣、掘进速度稳定性等的现象反馈进一步判断掘进参数与刀具的磨损状态.该研究结果可在盾构施工中对刀具进行有效保护,减少换刀频率、降低工程成本、减少停机时间、提高掘进效率,对指导相应施工具有一定的工程意义.     

TB880E型全断面岩石掘进机刀盘刀具改进

岩石掘进机利用安装于刀盘上的盘型滚刀挤压切割围岩来实现破岩,在破岩过程刀圈磨损后破岩效率降低,有时还会遭到异常损坏,为此必须经常根据磨损程度更换刀圈,然而刀圈无法在TBM上更换,只能将整刀拆除后在车间内解体、更换刀圈并维护。频繁的换刀很大程度上将会减少TBM有效工作时间,直接影响TBM的生产率和经济效益。TB880E型全断面岩石掘进机在南疆吐库二线铁路中天山隧道花岗岩段掘进时因刀具损伤频繁,造成掘进严重受阻,施工成本急剧增加,本文论述了刀盘刀具在不良地质条件下的改良方案,实施效果良好,可为相关工程提供借鉴。     

西秦岭长大隧道TBM盘形滚刀磨损分析

基于西秦岭隧道右线工程地质条件,结合TBM施工过程中盘形滚刀磨损统计情况,分析影响刀具磨损的原因,并从刀盘刀具改造、刀具科学管理和掘进参数控制等3方面提出相应的应对措施,可为类似TBM工程施工提供参考。     

长大煤矿斜井TBM刀具磨损影响因素与规律研究

TBM刀具的磨损是影响TBM施工效率的重要因素。以TBM掘进中的围岩磨蚀性、围岩强度、刀盘转矩和刀盘转速为研究对象,研究了长大煤矿斜井施工过程中TBM刀具磨损的影响因素和规律。依托国内首条TBM施工的神华神东补连塔煤矿斜井工程,通过对掘进过程中现场数据的实时监测,获取了刀具单周磨损量、围岩磨蚀性、围岩强度、刀盘转矩和刀盘转速等技术指标。研究结果表明,在其他因素参数一样的条件下,TBM刀具的单周磨损量与围岩的磨蚀性CAI值、强度基本呈线性关系。刀具的单周磨损量随围岩强度和磨蚀性的增大而增大。而当刀盘扭矩和刀盘转速增大时,刀具的单周磨损量先增大后减小。     

岩石可掘进性研究的试验方法述评

在TBM施工前,岩石的可掘进性研究是隧道工程地质研究中的一项重要内容,而我国目前还没有进行岩石可掘进性研究的试验室.国外关于岩石可掘进性研究的试验方法已有很多,但还没有一套标准的试验方法.岩石可掘进性研究目的主要有三个:TBM的设计、刀具磨损的预测和掘进速率的预测,并围绕这三个方面分别介绍了目前主流的试验方法,并结合TBM刀具的破岩机理对各种方法的优缺点进行初步的分析和评价,并推荐了用线性切割机试验来进行TBM的设计,用CERCHAR试验来测定岩石的磨蚀性.     

砂性土层盾构掘进面前土体改良现场试验

针对土压平衡盾构在砂性土层掘进时常面临的闭塞、喷涌、刀具严重磨损、掘进速度过慢及刀盘扭矩过大等难题,依托上海某盾构在高含砂率砂性土层中掘进的工程实例,在盾构掘进面前方掺加肥皂水、泡沫剂进行现场试验,通过试验前后盾构施工参数的反馈分析结果,确定出土体改良最佳方案。将试验成果应用于相似地层,通过长距离改良前后掘进速度、刀盘扭矩以及刀具磨损变化来检验试验成果。研究结果表明:肥皂水改良效果不明显,泡沫剂改良效果优于肥皂水,适量浓度泡沫剂能大幅度提高掘进速度、降低刀盘扭矩和减少刀具损耗。     

TBM刀盘载荷实时预测技术研究

针对刀盘载荷与围岩地质不匹配时导致的刀具过度磨损和掘进效率低下问题,提出了一种基于大数据交互平台的TBM刀盘载荷实时预测技术。利用BP神经网络技术构建围岩等级判识模型和刀盘载荷预测模型,在此基础上,应用大数据交互平台实现刀盘载荷实时预测,通过刀盘载荷预测和实测值的相对差来衡量围岩地质与刀盘载荷的匹配程度。     

石灰岩地区盾构掘进姿态变化与刀具磨损关系分析

针对盾构机在石灰岩地区掘进的困难,详细分析了盾构机在石灰岩地区掘进过程中、如果盾构机姿态发生持续上飘,姿态不可控现象,说明盾构机的刀具已磨损较厉害或很多刀具已损坏,不可用,应考虑及时开仓换刀,避免后续连锁反应带来不必要的经济损失。实践证明,通过对盾构机在掘进过程中的的姿态变化分析,能及时掌握盾构机在掘进过程中的刀具磨损情况,为盾构开仓换刀提供及时、可靠的依据,可为后续隧道盾构施工提供有实用价值的参考和借鉴。     

高强度围岩隧洞TBM刀具磨损规律研究

刀具磨损是影响TBM掘进效率的重要因素,该文以北疆供水二期工程XEVIII标段隧洞为依托,开展高强度围岩条件下刀具磨损规律研究。该标段已掘进段围岩强度最大为160MPa,平均为120MPa。根据掘进过程中的刀具磨损统计资料,分析不同刀位的刀具磨损值、围岩强度和掘进参数对刀具磨损的影响以及不同掘进参数对刀具磨损的敏感度,结果表明：中心滚刀和正面滚刀的累计磨损量随安装半径增大呈指数式增长,边缘滚刀累计磨损量受安装角度影响,随安装半径增大先增大后减小;边缘滚刀的单刀磨损量最大,正面滚刀次之,中心滚刀最小;随着围岩强度提高,中心滚刀和正面滚刀每延米磨损量呈指数型增长,边缘滚刀每延米磨损量呈二次函数型增长,所有刀具每延米累计磨损量呈线性增长;围岩强度不变时,随着刀盘转速、刀盘扭矩、推力、贯入度增大,刀具每延米磨损量均呈二次函数型变化,先增大后减小,随着掘进速度增大,刀具每延米磨损量呈二次函数型变化,先减小后增大;刀具磨损对刀盘扭矩和推力最为敏感,为减小磨损,建议施工中将刀盘扭矩控制在1100～1300kN·m或2100～2400kN·m,将推力控制在9000～11000kN或15000～16000kN。     

复杂地层大直径泥水盾构刀具磨损规律分析

分析了南京某越江泥水盾构隧道施工过程中8次换刀刀具磨损情况。对切削刀刀具磨损进行系统分类,分为两大类、九小类;研究得出:粉细砂地层中刀具磨损较小,该地层中刀具磨损过程分为三阶段,先行刀容许切削轨迹长为1 300 km;砂卵石地层刀具磨损严重,该地层刀具磨损过程分为两阶段,距离刀盘中心最远处刀具磨损普遍严重,随着掘进断面砂卵石含量比例增加刀具磨损相应增大,先行刀容许切削轨迹长为180~230 km,研究得出在砂卵石地层中刀具磨损的包络线。     

土压平衡盾构孤石群地层换刀技术研究

以厦门市轨道交通1号线集美中心站-诚毅广场站区间为依托背景,在该区间中盾构机时遇到了孤石群,而孤石群对刀盘的磨损影响相当大,需要经常对盾构机的刀盘进行换刀处理,将根据现场情况,对该地层的换刀技术进行研究,提出一套换刀方案。根据现场的施工情况,砂质地层中对盾构机滚刀偏模的影响较大,并且在掘进区间中,温度很高,掘进速度较低,刀盘扭矩过高,需加固止水更换刀具。     

花岗岩地层中双护盾TBM掘进参数变化规律分析

TBM在掘进过程中,掘进参数在不同的围岩条件中需要不断地进行调整,合理选择掘进参数以满足施工安全与质量的要求。文章以青岛地铁4号线鞍山路站~错埠岭站区间双护盾TBM施工为背景,收集TBM总推力、刀盘扭矩、掘进速度、刀盘转速等掘进参数,并结合不同里程段花岗岩地层的单轴饱和抗压强度、完整性系数、抗拉强度、弹性模量、泊松比等岩体指标进行统计分析。通过掘进参数统计分析、各参数间单因素相关性分析、总推力与饱和单轴抗压强度和完整性系数间的回归拟合分析,得出TBM掘进参数变化区间与规律,为相似工程TBM掘进参数的预测提供参考。     

砂卵石地层盾构刀具动态磨损分析

减小盾构刀具磨损,是保证土压平衡盾构长距离掘进的重要措施.砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,盾构在此种地层条件下掘进,盾构刀具磨损严重.采用最新动态监测装置,对北京地铁四号线四标角门北路站～北京南站区间隧道盾构刀具进行磨损监测,利用最小二乘法对监测数据进行回归分析.以刀具磨损系数为因变量,以千斤顶掘进速度v、千斤顶推力F、刀盘转速n以及刀盘扭矩T等掘进参数为自变量分别建立回归表达式,在此基础上提出掘进参数的合理选择范围,并建立刀具磨损量与掘进距离的拟合表达式,为工程实际中减小刀具磨损及预测盾构在类似地层条件下的最长掘进距离等提供理论依据.研究结论对于类似地质条件下盾构选型和实际施工有一定的指导价值.     

土压平衡盾构机非保压施工技术与应用

以沈阳地铁2号线13标区间盾构隧道掘进为背景,研究分析了土压平衡盾构机在富水的粉细砂、中粗砂和卵砾石复杂地层中盾构掘进,提出了在该地层中盾构机非保压的掘进模式。通过多个盾构施工实例证明采用该模式掘进既可以减少刀盘和刀具的较大磨损,降低总推力和扭矩,避免中途换刀,又可以保证盾构正常安全地施工,该盾构掘进模式可供类似工程借鉴。     

砂层掘进中盾构刀具更换技术探讨

针对沈阳地铁一号线第9标段的地质特征，通过刀盘转矩和出土温度，初步判断刀盘磨损的现状。根据判断结果进行开仓检查，得出需要更换刀具的结论。比较了刀具更换技术的特点，提出人工挖孔盾构换刀技术。实践表明，该技术在盾构砂层掘进换刀技术中得到了成功的应用。     

复合地层中盾构滚刀磨损实用预测方法及应用

盾构机在复合地层掘进过程中常因刀具磨损量过大而产生掘进工效降低和刀具失效等问题。依托深圳地铁13号线白应区间复合地层段滚刀磨损数据,根据Rabinowicz磨粒磨损计算模型提出了一种滚刀磨损量实用预测方法。该方法结合滑移率计算公式和刀盘扭矩、刀盘推力得到滚刀滑动距离,通过科罗拉多矿业学院模型(CSM模型)、岩石强度参数和滚刀贯入深度确定接触面法向荷载,根据滚刀设计参数确定其材料强度。通过确定影响滚刀磨损量的三个主要因素(滑动距离、接触面法向荷载和材料强度),推导出了考虑盾构滚刀磨损体积计算公式,并采用深圳地铁13号线白应区间复合地层段滚刀实测磨损量与磨损量预测值进行对比验证。结果表明:实测磨损量与预测较为吻合,验证了所提出的滚刀磨损量预测方法的合理性,研究成果可为复合地层中盾构滚刀磨损量预测和换刀时机的确定提供理论依据。     

复合盾构盘形滚刀在石英岩地层掘进中的应用研究

基于实际工程项目,对复合盾构在石英岩地层中掘进的滚刀使用数量进行预测,用以指导盾构滚刀的实际使用。将滚刀预测数量与实际使用数量进行对比分析,找出滚刀的消耗规律和损耗类型。进一步通过滚刀换刀失败案例,说明滚刀的非正常损坏连带性很强,提出以控制贯入度为主、准确把握换刀时机等相关改进措施,对减少滚刀的非正常磨损效果十分明显。     

基于深度神经网络的围岩无侧限抗压强度预测

实时的围岩抗压强度预测能对TBM安全高效掘进有重要意义.针对现有技术难以实时获取隧道掘进机掌子面岩体参数的问题,基于青岛地铁1号线掘进过程产生的掘进参数数据,分别使用深度神经网络构建隧道围岩无侧限抗压强度实时感知模型.模型利用掘进阶段100s内总推进力、刀盘转速、刀盘扭矩、推进速度和撑靴压力等TBM运行参数数据实时预测掌子面围岩强度,平均预测精度达到72％,并系统研究模型的跨线路应用和模型跨区间应用问题.这些认识与成果对TBM掘进参数优化和风险预警有着重要意义,并将为建立基于数据挖掘的TBM智能决策控制平台提供参考.     

复合地层长距离土压平衡盾构施工关键技术

针对土压平衡盾构在包含全断面碎石的复合地层掘进施工时,刀盘和刀具磨损严重、推力和扭矩增大、易导致掘进困难以及沉降不易控制等问题,对渣土改良、刀盘和刀具的配置优化以及泡沫系统改造等关键技术进行工程实践,结果表明,膨润土泥浆和泡沫对砂层渣土改良效果及地表沉降控制效果显著;配合泡沫系统改造,盾构掘进过程中推力和扭矩减小,掘进速度提高;刀盘和刀具优化改造后,磨损程度明显降低,同时避免通常采用的预设加固区等开仓换刀,减少经济成本和人员作业风险,实现一种既能满足工程施工需要,同时控制施工成本的方法。