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。     

海瑞克盾构刀盘刀具损坏实例分析

介绍海瑞克φ6250型泥水盾构在上软下硬地层中掘进时刀盘刀具损坏的工程实例,并初步分析了刀盘刀具损坏原因,以供同仁参考。     

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。     

大直径泥水盾构在上软下硬岩性多变地层中的适应性设计

大直径泥水盾构在上软下硬岩性多变地层长距离掘进时,容易出现沉降控制难、盾构姿态不易控制、刀具磨损严重和刀盘结泥饼等现象。以环城北路—天目山路提升改造工程01标段为工程依托,针对工程盾构直径大、盾构隧道穿越地层变化大和上覆土浅的特点,从盾构隧道刀盘选型、刀具布置等方面对盾构机进行针对性设计,总结了上软下硬岩性多变地层盾构选型的具体措施,有效提高施工效率,降低带压换刀的风险,保证施工质量,显著提高经济效益和社会效益。     

盾构刀具布置对滚刀破岩效能影响

针对硬岩地层滚刀磨损严重的问题,采用数据回归的方法,以某工程硬岩段盾构滚刀磨损数据和刀盘布置参数为对象,分析在地质类同、滚刀磨损量相同的条件下,不同滚刀破岩量变化趋势,深入研究滚刀安装半径及刀间距对滚刀破岩效能的影响,根据分析结果为类似地层盾构合理刀盘设计提供参考。     

复合地层中盾构刀具磨损超前控制研究

通过分析国内土压平衡式盾构隧道典型工程案例,对上软下硬地层近年来的施工问题和采取的主要措施统计分析,总结出土压平衡盾构在上软下硬地层中施工关键问题及其规律。结合地层特性,针对滚刀磨损问题,提出评估上软下硬地层分布情况及盾构施工地质适应性问题的方法;同时,对盾构机掘进过程中的盾构推力、刀盘扭矩、贯入度变化监测统计,通过比推力及比扭矩指标变化实现对地质变化的预判,提出调整措施。结合实际工程,当盾构在上软下硬地层掘进时,通过评估地层分布,进行针对性的施工预判调整,能有效降低滚刀受冲击荷载的影响,避免盾构产生过快磨损,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。     

厦门轨道2号线跨海段盾构适应性分析

厦门轨道2号线海东段作为国内第1条海下盾构地铁,对其中的海沧大道站—东渡路站区间遇到的淤泥质黏土、粉质黏土和上软下硬地层及多孤石多基岩凸起地层、开挖面失稳、盾体及盾尾需保压、盾构拱部穿越粗砂层等多种地层相结合的特殊复杂地质条件,且面临刀盘刀具磨损严重、环流系统出渣困难、盾构密封、海底换刀等施工难点,提出盾构适应性的总体要求,分析盾构动力设备、刀盘、刀具等关键部位的适应性,优化刀盘设计、刀具配置,最后针对典型施工难点进行分析并提出解决方法。     

盾构刀盘掘进数值模拟分析

针对复杂层条件下由于岩土软硬不均造成刀盘应力集中、震动变形等问题,以某盾构项目盾构刀盘和地层参数为基础,结合盾构施工过程控制参数,采用数值模拟的方法,深入研究复杂地层条件下盾构动态掘进过程中刀盘应力应变和模态震动特性,得到了刀盘在掘进过程中应力应变在不同地质条件下变化状况,确保了刀盘设计的可靠性,为盾构刀盘设计提供了技术保障。     

盾构刀盘异常工况下的力学分析

介绍了上软下硬复合地层条件下,盾构刀盘发生较大的轴向变形,引起刀盘失效。对刀盘中心区域滚刀卡死的情况下,进行强度和刚度的有限元分析,同时考虑不同的载荷比例系数。最后,通过受力分析结果,给出了刀盘最大等效应力与载荷系数关系曲线。从该曲线上可以直观地看到异常工况下刀盘载荷和应力的关系,分析结果表明在何种状况下刀盘会发生失效。     

复合地层盾构刀盘修复探讨

盾构开挖过程中刀盘和刀具容易发生磨损破坏。以福建省福州市滨海快线第3标段1工区盾构段工程为例,对复合地层条件下的盾构机刀盘修复技术进行了研究,详细介绍了刀箱、刀座、辐条等刀盘部件的割除、定位、焊接、修复和更换技术,提出了刀具更换标准,并分析和示意了滚刀磨损极限相关状况,可为类似复合地层刀盘修复提供经验与参考。