砂卵石地层地铁盾构盘形滚刀磨蚀性研究

刀具磨损一直是影响盾构法施工质量及进度的关键问题,其在砂卵石地层中表现得尤为明显。为了研究砂卵石地层地铁盾构滚刀磨蚀性的规律,本文依托成都地铁1、7号线,首先分析了掘进机掘进参数和砂卵石地层不均一性对滚刀磨损的影响,总结了影响滚刀磨损量的各种因素|然后模拟现场情况制备室内岩箱模型,借助滚刀岩机作用实验台进行了不同刀具布置位置的磨损试验,通过3D扫描仪测得滚刀的磨损量,根据磨损量预测模型计算磨损系数,得到了砂卵石地层刀具的磨蚀规律|最后跟现场实测结果进行对比分析,试验结果与实测结果相吻合,通过室内试验测得的磨损系数,将其应用到现场实测中,推测出最长掘进距离,能够做到较为准确预测刀具磨损严重时盾构机掘进的距离,不需开舱检查即可判断滚刀磨损轻重,节约了施工时间。研究成果可为砂卵石地层盾构掘进提供一定的借鉴和指导作用。     

复合地层盾构刀具磨损分析与预测

盾构机在复合地层中进行掘进时,刀具磨损严重,易发生偏磨,是制约土压平衡盾构机长距离高效掘进的重要因素。通过气压开仓和常压开仓技术,对深圳地铁9号线区间隧道盾构刀具进行现场磨损监测,分析了不同类型刀具在复合地层中的磨损规律,回归得到了不同类型刀具的磨损系数,并据此推算了盾构机在类似地层条件下的最远掘进距离。为准确预测盾构机掘进过程中刀具磨损情况,文章利用遗传算法优化BP神经网络模型对刀具磨损进行了分析,模型综合考虑了盾构机掘进速度、推力、扭矩等影响因素,预测结果与实测值接近。研究成果可为类似地层条件下的实际工程中盾构机的刀具磨损量、最长掘进距离等预测提供理论支持,对实际施工有一定指导作用。     

复合地层中盾构机滚刀寿命预测研究

刀具磨损严重制约盾构施工效率,为了准确预测滚刀的磨损量和寿命,根据磨粒磨损机理,建立了正面滚刀的磨损速率、线磨损速率和滚刀寿命预测模型;通过深圳地铁7号线某区间正面滚刀磨损数据进行验证。结果表明,滚刀磨损预测模型准确率较高,所建立的预测模型也能够较准确地反应滚刀的实际磨损;所建立的滚刀寿命预测模型可用于预测不同安装半径滚刀的最大掘进距离,可为换刀提供理论依据;并且给出了滚刀寿命与滚刀安装半径、滚刀线磨损速率、贯入度的定量关系;但该模型仅适用于正面滚刀的正常磨损预测,对于中心刀还需考虑偏磨,边缘滚刀还需考虑二次磨损。     

上软下硬地层盾构机滚刀磨损特性研究

以广州地铁某盾构区间为工程背景,结合上软下硬地层的强度特性,提出了硬地层所占面积与掌子面面积之比来评估上软下硬地层中地层分布情况的方法,确定硬地层对开挖面强度特性的影响。根据地层特性和分布情况,提出了适应不同均一地层的刀盘合理转速以及适用于上软下硬地层的刀盘设计转速。通过监测盾构机掘进过程中的刀盘扭矩变化,提出根据刀盘扭矩变化幅度制定刀盘转速调整时机的预警机制,实现刀盘转速提前调整。结合实际应用效果,上软下硬地层会使盾构滚刀产生过快磨损,超前调整刀盘转速可有效降低滚刀受冲击荷载的影响,延长滚刀正常工作时的掘进距离,显著提高上软下硬地层中盾构施工效率。     

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.     

软硬复合地层中盾构掘进刀盘受力分析与计算

针对广州地区典型软硬复合地层的工程地质特点,将其在盾构掘进断面内的地层简化为上软下硬的二元地层结构,基于盘形滚刀破岩受力计算Rostami公式,建立起盾构机刀盘受力的计算方法。该方法可以计算盾构机在复合地层掘进过程中的刀盘有效推力、有效扭矩、倾覆力矩和不平衡力及它们的变化情况,并以广州地铁3号线天华区间的盾构隧道掘进施工为例,对刀盘受力进行了计算,从力学角度对软硬复合地层中盾构姿态难控制、刀具易磨损等作出解释。     

北京砂卵石地层盾构机刀盘磨耗分析及工程措施

减小盾构机刀具磨损是保证盾构机能够长距离掘进的重要措施,对于砂卵石地层该项工作尤其受到重视。本文以北京地铁10号线石榴庄路到大红门区间盾构隧道施工为背景,依据刀盘的实际磨损情况,对盾构刀盘在砂卵石地层施工时导致刀具、刀盘磨损的因素进行了分析,给出了提高盾构刀盘耐用性的工程措施,为城市地铁盾构机长距离掘进施工提供了经验。     

复杂环境下土压平衡盾构被动填仓换刀施工技术

洛阳地铁1号线盾构区间以稍密、中密富水砂卵石地层为主,盾构在全断面卵石地层掘进对刀具磨损较为严重,而在该地层中盾构保压尤为困难,采用常压换刀方法需根据地质情况、周边环境情况、管线情况、水位情况等进行综合判断,为解决洛阳地铁1号线丽青盾构区间连续长距离在全断面砂卵石地层下穿建(构)筑物情况下出现的不良工况,结合北京地铁、成都地铁类似地层处理方法,在刀盘、刀箱磨损严重的情况下,通过更换刀具类型,顺利完成了刀具更换恢复掘进,同时通过对盾构掘进过程中出现的问题、掘进参数的对比总结了富水砂卵石地层盾构选型适应性经验,可为今后在类似地层、类似问题提供借鉴。     

密实砂砾地层盾构刀具磨损分析及优化措施

为了解决盾构在密实砂砾地层中掘进容易造成刀具严重磨损的问题,以国外某穿越密实砂砾地层的城市地铁施工项目为背景,对盾构在区间出洞检修时刀盘刀具的实际磨损情况进行统计,采用对比分析的方法,研究了刀具磨损原因和磨损规律.针对性地提出了盾构在密实砂砾地层中掘进时,通过采用高耐磨性滚刀刀圈、降低中心滚刀启动扭矩等方法来减少刀具磨损的优化措施,为以后城市地铁在类似地层中施工时盾构刀具的选型和设计提供了参考与借鉴.     

岩石磨蚀性在盾构施工中的应用研究

以深圳地铁某标段两段典型地层区间为研究对象,通过开展室内钢针与岩石耦合作用的全过程磨蚀实验,对两段地层区间岩石进行了磨蚀性等级评价。同时结合现场施工中滚刀的磨损数据、掘进关键参数以及滚刀的磨损形式的对比分析,直观反映出刀具磨损与岩石磨蚀性之间的关系,并结合岩石的磨蚀特点提出了实际施工中应用的一些优化措施,切实指导盾构现场施工。     

复杂地层土压平衡盾构推力和刀盘扭矩计算研究

千斤顶推力、刀盘扭矩是盾构设计制造及掘进的重要控制参数。通过对盾构推进过程中盾构与围岩相互作用规律的分析,系统分析了土压平衡盾构总推力、刀盘扭矩的影响因素。提出了考虑刀盘挤土效应及土舱内压力分布模式影响的推力计算修正公式,及综合考虑了刀盘挤土效应与开挖面土体渗透性的刀盘扭矩计算修正公式。通过对深圳地铁二号线香香区间掘进载荷实测数据的分析,对修正公式在复杂地质条件下的适应性进行了验证。该修正公式对复杂地层中土压平衡盾构掘进载荷的确定有一定的指导意义,可用于盾构刀盘装备扭矩设计和施工参数的预测。     

掘进中盾构中心刀箱损坏原因分析及修复

中心刀箱是盾构刀盘的重要破岩工具,一旦损坏就会严重影响盾构的正常掘进,文中结合广州地铁六号线项目分析盾构中心刀箱损坏的原因,并针对掘进中修复刀箱的风险讨论了刀箱修复技术,对如何预控此类事故发生提出了一些建议。     

用于复杂地层的φ4.65m复合盾构掘进机

该文详细介绍准4.65m复合盾构掘进机的构造和主要技术参数,并着重介绍了刀盘系统、推进系统、螺旋输送机、管片拼装机、液压系统、集中润滑系统、加泥系统、盾尾系统、车架系统等的构造、功能和特点。最后,针对深圳水库截排工程水库隧道地质条件复杂、隧道同一断面土质软硬变化很大的情况,应用复合盾构以面板式刀盘、混合型布刀进行施工,取得了成功。可供类似地质条件盾构掘进机设计与施工借鉴。     

Experimental study on working parameters of earth pressure balance shield machine tunneling in soft ground

Deep sedimentary deposits of soft clays are widely distributed in coastal areas as well as many interior major cities in China. In order to study the stratum adaptability of earth pressure balance (EPB) shield machine tunneling in such types of soft ground, model tests of tunneling excavation, using the running tunnel of the Shanghai Metro Line M8 as a background, are carried out with different over burden ratios, opening rates of cutter head, driving speeds and rotation speeds of screw conveyor. Based on the test results, the interrelationships between chamber pressure and mucking efficiency, mucking rate and driving speed, thrust force and torque are obtained. The influences of tunnel depth, opening rate of cutter head and driving speed on thrust force and torque are revealed. Such findings can not only facilitate establishing relationships between shield working parameters and soil properties, but also serve as a guide for the design and construction of shield tunnel in soft ground.     

青岛地铁盾构滚刀磨损多目标优化

针对青岛地铁盾构施工中遇到的滚刀磨损问题,根据遗传算法建立了以刀间距、贯入度、刀刃宽度及刀盘转速为约束条件,以滚刀破岩比能最小、掘进距离最大及掘进速度最快为多目标函数的优化模型。利用MATLAB对多目标函数进行了编程求解,计算出了减少滚刀磨损的最优掘进参数和刀具结构参数,并提出了针对性优化措施,可为青岛地铁后续盾构施工提供一定的借鉴参考。     

基于BP神经网络的水下岩溶地层#br# 盾构掘进参数预测与分析

随着我国城市地铁网的建设,越来越多的隧道将不可避免的穿越水下岩溶区,受制于岩溶地层的复杂性、注浆加固后地层的诸多不确定性,盾构穿越该类地层施工风险极大,而选取合理的盾构掘进参数是确保盾构安全与高效掘进的关键。以长沙地铁三号线盾构穿越水下岩溶段为工程依托,首先通过统计与分析钻探数据,明确了岩溶分布特征;其次,通过输入地层特征参数和隧道特征参数,建立了可输出盾构掘进速度、推力、刀盘扭矩、开挖仓压力、气垫仓压力和同步注浆量等掘进参数的BP神经网络水下岩溶盾构掘进参数预测模型;最后,对样本数据进行了训练,并成功应用于工程实践。研究结果表明：训练的输出值与期望值吻合度较高,构建的BP神经网络模型具有较好的适应性;输出的预测结果能有效反映实际盾构掘进参数的变化趋势,预测值与实际期望值的平均误差均低于13%,在误差可接受范围内。现场应用结果表明,地表沉降在安全范围内,盾构掘进过程中未发生工程事故,盾构掘进参数选取合理,姿态控制较好。研究成果可用于指导水下岩溶盾构隧道工程施工,且该方法的提出也为其他复杂地层盾构掘进参数合理选取提供了新思路。     

均匀软质地层条件下土压平衡盾构施工的合理顶进推力分析

应用数学和力学方法,从土压平衡盾构的掘削工作机理入手,研究顶进推力的计算方法及其影响因素。开展土压平衡盾构的掘削模型试验,研究在不同埋深、不同刀盘开口率以及不同土性时的千斤顶顶进推力的变化规律,并对前述理论研究成果加以验证。结合地铁隧道工程实例,应用推导的推力计算公式预测盾构推进过程中的顶进推力,取得了较为满意的结果。     

大型泥水平衡盾构机刀盘驱动部滑动装置研究

以国外泥水盾构机国产化研究为背景,对大型泥水平衡复合式盾构机系统中刀盘驱动滑动装置进行了研究,总结了刀盘驱动滑动装置的优点,指出其不仅可以在常压及带压条件下更换刀具时发挥作用,还可以在应急情况下进行泥水盾构机刀盘脱困,从而保证了盾构机能够顺利进行盾构施工,使隧道早日贯通。     

小转弯半径曲线盾构隧道开挖引发地表沉降计算

小转弯半径曲线盾构隧道施工引发的地表沉降变形规律极为复杂,但相应的变形预测解析公式仍未明确。依据前人研究成果,构建曲线段盾构隧道施工的地层损失模型,基于镜像法及Mindlin解,推导曲线盾构隧道开挖引发地表沉降的计算公式,并将其应用于工程实例计算,最后分析曲线盾构隧道施工引发地表变形规律及其影响因素。研究表明:构建的小转弯半径曲线段地层损失模型合理,推导所得公式适用于实际工程计算;地表纵向沉降在靠近刀盘3倍洞径范围内变化极大,刀盘前方3倍洞径范围内地表会产生轻微隆起,刀盘后方3~4倍洞径处出现最大沉降;地表横向沉降槽为非对称分布,最大沉降位置位于弯道内侧,距刀盘中心线约1倍洞径;地层损失引起的地表横向沉降大小主要受转弯半径及盾壳长度影响,地表横向沉降槽偏移程度主要由刀盘直径大小决定。