复合地层下盾构切刀破岩仿真分析

正随着城市建设的发展,水利隧道工程以及地铁施工项目的日渐增多,盾构的应用也日渐广泛。盾构是利用液压油缸产生的推力作用在刀盘上,通过刀盘的旋转使刀具不断地向前切削土体,在隧道的掘进过程中,盾构掘进参数的合理设定将减小刀具的磨损,保证地面构建物的沉降和隧道建设的安全,而掘进参数的设定不仅与地质条件有关,而且与刀盘刀具的受力有关,所以研究刀盘刀具在切削过程中的受力可以为盾构掘进参数的合理设定提供科学     

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。     

复杂富水地层下盾构机掘进速度模型建立与参数优化

文章结合山西省小浪底引黄工程引水干线盾构隧道工程,建立了复杂富水地层下盾构机掘进速度及刀盘扭矩的数学模型,得到刀盘总推力、盾体铰接总力度和刀盘转速与掘进速度成比例关系;刀盘总推力和盾体铰接总力度对刀盘扭矩的影响较为明显;对掘进速度数学模型进行参数优化,得到盾构机在复杂富水地层下掘进时的最佳掘进参数。研究结果为本项目工程中盾构机掘进参数的确定提供了理论基础,具有一定的参考意义及工程价值。     

连续曲线盾构施工姿态控制

在当今的城市地铁施工建设中,因对效率、环保、安全等的高要求,地铁建设已经普及了盾构法。盾构掘进中的姿态控制是盾构施工的最重要环节,它直接关系到隧道的成型质量,以武汉市轨道交通11号线东段工程光谷四路站~光谷五路站区间右线的盾构施工为例简要分析盾构机在连续曲线隧道施工中的姿态控制。     

复杂地层中盾构掘进参数计算与研究

复杂地层条件下盾构隧道施工是地下工程技术人员需要解决的技术难题。依托安庆市污水尾水管穿越石门湖通道工程,结合工程地质和盾构机特征,构建了盾构掘进参数计算模型,并依据现场监测数据和理论分析,优化了盾构掘进参数。研究结果表明:构建的计算模型可简化计算滚刀破岩时所需滚动力和垂直力,验证了计算模型的合理性和正确性;盾构掘进过程中所需总推力的显著影响因素为刀盘破碎力Ｆ1,克服盾体摩阻力的推力Ｆ2和刀盘稳定力Ｆ3;刀盘扭矩的显著影响因素为刀盘破碎扭矩Ｔ1和刀盘正面、背面、侧面摩阻力扭矩Ｔ2,Ｔ3,Ｔ4;总推力和刀盘扭矩计算模型得到的单刀破岩垂直力相差不大于10ｋＮ,且单刀破岩垂直力与中主应力系数β成反比。研究成果可为石门湖通道工程提供技术支持,也可为类似工程提供参考。     

大直径盾构长距离水平运输施工的管理

针对大直径盾构开挖断面大、单次掘进循环水平运输量大的实际情况,通过地铁盾构隧道水平运输施工调度管理的工程实例,对盾构施工有轨水平运输、施工调度管理、设备编组方式、设备创新性维保方式进行了探讨,为盾构施工生产工作做好技术准备和后勤保障、为后续盾构法施工水平运输进行了技术筹备及经验积累。     

成都地铁富水漂卵石地层土压平衡盾构隧道掘进参数研究

以成都地铁4号线二期工程西延线土建6标凤~南区间盾构施工为例,通过区间盾构施工过程中遇到的各种地质条件以及工况等,对掘进参数的选取等进行总结,提出符合该地层条件下的掘进参数,并提出了掘进速度是盾构施工的核心,以便为类似施工提供借鉴经验。     

盾构法隧道管片拼装施工技术

盾构法隧道使用管片衬砌作为其永久支护结构,因此,通用楔型管片在此作为一种较先进的衬砌形式,其拼装质量直接影响到隧道的质量及使用功能。文章从盾构工法特性、衬背注浆、盾构姿态等影响因素着手,以武汉地铁二号线为例,分析了在大直径隧道中的管片错缝拼装技术,以及盾构掘进过程中管片拼装的施工工法以及管片拼装质量控制的方法。     

济南地区盾构隧道富水闪长岩物理力学特性试验研究

济南地区存在富水闪长岩地层,其强度离散性大,了解其性质对于盾构选型、刀盘配置及盾构 掘进施工等具有重要意义。以济南地铁Ｒ２线长途汽车站地铁站在建基坑附近钻芯获取的不同风化闪 长岩作为研究对象,通过电镜扫描实验在微观层面观察其结构和矿物组成,利用岩石耐崩解实验在宏观 视角分析其遇水崩解的发展程度,并根据单轴及三轴压缩试验得到相关力学指标,分析其对盾构掘进能 力的影响,可为盾构在类似地层中施工提供参考。     

地铁区间隧道超薄覆土下大直径盾构始发与接收技术

针对超薄覆土条件下大直径盾构始发与接收对土体扰动大、盾构机掘进参数及姿态难控制、地面沉降坍塌等施工安全风险问题,提出了采取地面袖阀管注浆加固、端头地层素混凝土换填、洞门大管棚超前加固和盾构掘进参数控制的措施,建立了地铁区间隧道超薄覆土下大直径盾构始发与接收技术。该技术成功应用于成都地铁18号线天～龙区间的始发与接收,地表沉降最大值仅为2. 9 mm,确保了施工安全。     

TBM施工中岩石可钻性测试与评价技术综述

岩石的可钻性是评价TBM隧道施工难易程度的重要指标,其测试方法必须与TBM的设计与施工过程相匹配。因国内的TBM研发及施工技术起步较晚,岩石可钻性测试与评价方法仍以国外的技术为主。通过大量查阅国内外文献,基于常用掘进效率预测模型的需要,从岩石硬度、脆性和磨耗性3个方面对岩石可钻性指标测试与评价技术进行了较为详细的介绍。基于这些测试方法的试验成果,为我国TBM的刀盘设计、刀具磨损及掘进速率的预测提供了基础资料。建议尽快建立我国TBM可钻性实验室及相应数据库。     

盾构技术与南水北调中线穿黄隧洞工程

本文简要介绍了盾构机技术和国内外发展概况，以及南水北调中线穿黄隧洞工程及其地质情况。对泥水式盾构机应用于穿黄隧洞的施工进行了探讨。针对盾构法穿黄隧洞施工应开展的前期工作提出了建议。     

穿黄工程深厚覆盖地层下高压旋喷土体加固施工工艺比选

南水北调中线工程穿黄隧洞盾构始发端头高喷加固主要保证破除洞门处竖井地下连续墙时的安全和在盾构机进入掘削面之前能使地层自稳及防止地下水流入,存在加固效果、成桩直径等难点,为确保盾构机始发施工的安全,通过多种高喷工艺试验进行高压旋喷土体加固施工工艺及施工参数的比选。经试验分析,最终选定双高压旋喷桩地基加固技术并对技术参数进行了优化。     

双护盾隧洞掘进机的原理及其应用

介绍限双护盾全断面隧洞掘进机的发展及其在世界地下工程中的应用历史，阐述了该机与预制混凝土管片衬砌的作用原理、设备性能及其配套等，详细介绍了这套系统在甘肃省引大入秦Ａ号隧洞中应用时的施工布置与组织。     

TBM采用大直径滚刀掘进的优越性

扼要地介绍了挪威硬岩TBM掘进速度与刀具磨损的研究成果及大直径滚刀在大伙房水库输水工程中的应用情况。研究和实践都表明,采用大直径滚刀掘进的优越性在于:大直径滚刀推力大,破岩能力强,掘进速度快;降低刀具损耗,进而降低工程成本;延长刀圈寿命,减少掘进过程中的换刀频次,从而提高TBM的利用率。采用大直径滚刀是大断面硬岩TBM的发展方向。     

中国首台单护盾TBM设备优化改造研究

甘肃省引洮供水一期工程总干渠7号隧洞围岩主要由上第三系Ⅴ类软-极软岩组成,采用单护盾TBM开挖掘进施工,针对围岩特性、设备运行状况与功能缺陷,以及遇到的各类问题,对设备主机机头刀盘及盾体进行了全面优化技术改造,并重点对盾体前伸护盾结构进行了三维有限元分析。施工实践表明:设备优化技术改造获得成功,技术性能得到全面提升,有效提升了施工效率、质量及安全,取得平均月成洞进尺1 094.0 m的优异成绩,创造了中国首台单护盾TBM在含水疏松粉细砂极软岩地层中的开挖掘进施工记录。可为各类盾构机的设计制造和工程运用提供良好借鉴。     

破岩机械垂直破岩力的设定理论研究

通过盘形滚刀侵入岩石的压痕试验得出岩石的跃进破碎参数。基于这些破碎参数建立破岩机械器具的垂直推力的预测公式及破岩机械工作点的设定理论，提高了刀具垂直破岩力预测的精确性，同时为减轻破岩机械的振动、噪音、粉尘的产生及破岩刀具的磨损提供了理论基础。     

上软下硬地层隧洞开挖面极限支护力及变形规律

确定隧洞开挖面极限支护力最值在隧洞开挖中极为重要。当盾构机通过上软下硬复杂地层时,若隧洞开挖面支护压力控制不当,极易引起隧洞开挖面失稳,对施工安全构成巨大威胁。针对上述状况,采用引入孔隙水压力修正后的计算模式对某盾构隧洞开挖面极限支护力进行了理论计算,并利用数值模拟方法对上述计算结果进行了验证。对复杂地质条件下盾构施工引起的开挖面变形及开挖面前方地表沉降、隆起规律进行了分析。相关成果可为复杂地质条件盾构隧洞开挖面极限支护力最值的确定及安全施工提供依据。     

盾构下穿复杂区间隧道数值模拟及施工关键技术研究

在城市地铁网的建设过程中,经常出现盾构隧道下穿建筑物、小半径曲线及浅覆土等工程施工重难点。为确保盾构机在推进过程中的不间断运行和沿线风险源的安全,结合天津地铁1号线双林站—李楼站盾构区间的施工实践,针对风险源的特点,提出了盾构始发与接收端头加固方案、区间隧道盾构掘进施工方案等详细措施,并运用MIDAS/GTS有限元软件建立了盾构区间—土体—既有上地站的协同作用整体模型,模拟了盾构区间施工过程,得出协同作用整体模型下既有上地站站房及其独立基础应力及位移变化规律,保证盾构隧道下穿过程中各项风险源的安全。研究成果可为今后类似工程提供借鉴和参考。