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。     

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。     

上软下硬复合地层盾构施工技术及控制策略研究

针对上软下硬地层盾构施工关键难点,依托和燕路过江通道某区间盾构隧道工程开展研究,首先介绍该区段上软下硬地层的地层分布,探究盾构施工技术的主要难点,然后通过施工中记录的掘进参数,分析掘进换刀前、后主要掘进参数的波动情况,基于推进平均速度、刀盘转矩、总推力以及管片浮动的变化情况,探究掘进过程中掘进参数控制方式,最后针对上软下硬复合地层的施工关键问题给出相应的控制策略,可为类似盾构施工工程提供建议。     

基于盾构掘进参数分析的隧道围岩模糊判别

以重庆主城越江排水隧道工程的地层条件为背景,基于施工现场盾构掘进试验,运用模糊数学方法,对盾构掘进过程中隧道围岩状况判别的理论和方法进行了研究。结合盾构掘进的特点和刀盘切割岩石的基本原理,提出了比推力和比扭矩的概念,建立了不同围岩条件下的比推力(SF)和比扭矩(ST)模糊集合,探讨和揭示了刀盘比推力和比扭矩的关系,刀盘推力、扭矩及切深与地质条件的相关性及与不同围岩状况、盾构掘进状态的对应关系。研究表明,若比推力与比扭矩以较高的水平同步、均匀变化,说明盾构在较硬的均匀地层中掘进;若比推力与比扭矩均较小且同步、均匀变化,说明盾构在较软的均匀地层中掘进;若比推力与比扭矩的变化出现比例异常,则暗示盾构正在穿越断层破碎地段或遇到障碍物或盾构姿态不良等。该方法减少了盾构在此类地层下掘进的盲目性和停机次数,提高了掘进效率和施工安全度,可用于盾构隧道施工围岩状况的适时、定性判别。     

珠海城际轨道交通工程大直径土压平衡盾构施工参数试验研究

盾构掘进过程不可避免地会对地层产生扰动,合理的选取盾构掘进参数对控制地层变形和提高掘进效率至关重要。珠海城际轨道交通工程采用大直径土压平衡盾构机掘进,采用现场试验和数值模拟的方法对全断面淤泥质土断面的土仓压力进行了现场的掘进试验和数值分析,利用现场实测数据对土仓压力对地面沉降的影响、不同土仓压力比情况下的推力进行了研究,并探讨了盾构机由全断面淤泥质土地层进入上软下硬地层扭矩和推力的变化情况。     

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。     

大直径泥水盾构常压可更换滚刀非正常磨损成因分析及应对措施

为明确大直径泥水盾构常压可更换滚刀非正常磨损的成因,解决大直径泥水盾构在复合地层中掘进时滚刀非正常磨损的问题,以武汉地铁某越江隧道工程为研究背景,总结了该工程盾构在上软下岩复合地层中掘进时滚刀非正常磨损类型,基于工程基本情况,分析了造成滚刀非正常磨损的原因。从滚刀的设计装配及选型、滚刀的配置及安装工艺、盾构施工参数3个方面提出了具体的改进措施,后期施工表明:采取的措施可有效延长滚刀使用寿命,改进效果十分显著。     

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.     

土压平衡盾构软硬不均地层掘进控制策略

上软下硬地层掘进盾构施工中极易出现地表沉降、刀具磨损等的难题,如何在上软下硬地层中控制掘进参数、判断刀具磨损及仓内状况是盾构施工管理的重点,本文结合广深地区上软下硬地层施工经验,对上软下硬地层盾构掘进策略进行总结分析,明确控制要点。     

盾构隧道穿上软下硬地层掌子面顶推力优化研究

上软下硬复合地层是盾构施工中经常遇到的一类地质状况,在这种特殊地层条件下进行盾构施工有很多难点,结合深圳地铁7号线穿越上软下硬交界地层的工程实例,采用数值模拟的计算方法,对盾构隧道穿上软下硬复合地层(“由软入硬”及“由硬入软”)掌子面各分区内顶推力进行优化分析,结果表明:在盾构掘进穿越上软下硬地层的过程中,适当减小上部分区内千斤顶推力并增大下部分区顶推力的措施可以有效减小“由软入硬”段管片应力(S1减小2.76%~3.1%、S3减小3.39%~3.46%),并得出掌子面上中下分区内千斤顶推力的比例在8∶13∶18~10∶13∶16范围内较为合理。但这种调整盾构姿态的措施会使地表沉降出现增大趋势,而在实际工程中则可以适当增大土仓压力来抑制地表沉降的增大。     

软土地层土压平衡盾构施工参数的模型试验研究

我国沿海经济发达城市及一些内陆中心城市正在兴建或筹建地铁,这些地区的地下广泛分布着较厚的软黏土沉积层。为研究土压平衡盾构在这种软土地层中施工的适应性,以上海地铁M8线某区间隧道工程为研究背景,采用室内模型试验的方法,开展在不同埋深、不同刀盘开口率、不同推进速度以及不同螺旋机转速等情况下的盾构掘削模型试验。通过对试验结果的整理与分析,得出土仓压力与排土效率、单位时间排土量与推进速度、推力和扭矩之间的内在联系,以及隧道埋深、刀盘开口率、推进速度对推力和扭矩的影响。这些结论的取得为盾构施工参数之间及其与地层特性之间的适应性理论提供了有益的帮助,并为更好地指导软土地层盾构隧道的设计与施工服务。     

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.     

上软下硬地层隧道稳定性因素及影响研究

采用正交试验以及极差分析法比较隧道跨度W、埋深h、高跨比λ、隧道开挖技术以及机械掘进尺寸对施工工程因素作用下上软下硬地层隧道稳定性的影响。当软硬地层组合不同时,比较W、h、λ和地层隧道的软硬地层分界面中关键的位置参数β同地层隧道上部较软的地层参数D_s与地层隧道下部较硬的地层参数D_x对这三者同隧道地质因素以及隧道工程因素彼此相互作用为上软下硬地层隧道在稳定性方面所产生的一系列影响。研究只有h因素变化时对上软下硬地层隧道稳定性的影响,并分析了隧道的破坏演化规律。研究结果表明:W和埋深h属于隧道工程因素给上软下硬地层隧道自身稳定性造成影响的因素里面最关键的,影响第二的是高跨比λ;当隧道在开挖后自身稳定时,W是影响地质因素、工程因素共同作用下隧道稳定性的主要因素,反之是D_s软硬分界面改变了上软下硬地层隧道的破坏模式,当为深埋隧道时,上部较软地层是最薄弱的地方,实际工程中要加强支护。     

超大直径盾构下穿棚户区沉降控制技术研究

超大直径盾构下穿老旧棚户区微扰动施工控制是地下工程实践中面临的重要难题。本文以武汉地铁8号线黄浦路站—徐家棚站区间盾构下穿棚户区项目为工程背景,首先对提出全断面粉细砂层注浆加固工艺并进行浆液配比实验给出最佳浆液配比,并对盾构施工过程进行实时监测监控,根据工程具体情况对盾构机下穿掘进参数进行分析,最后提出超大直径泥水盾构穿越棚户区施工的控制措施。研究结果表明:袖阀管注浆加固工艺对超大直径盾构下穿的老旧棚户区具有较好的保护作用,现场试验确定最佳水灰配比为0.8∶ 1;盾构穿越过程中地表沉降纵向变化呈近似U型分布,横向变形出现明显沉降槽,加固棚户区老旧结构基础最大隆起值为15 mm,建筑结构整体先隆起后减弱,且沉降值控制在15 mm以内;盾构机总推力和刀盘扭矩、盾构机总推力和土舱压力、出土率和土舱压力具有变化规律一致性。研究结果为揭示超大直径盾构下穿老旧棚户区施工过程对地层和地面建筑结构的影响规律提供参考和依据。     

天津地铁北站北-铁东路站区间盾构机选型研究

针对天津市地铁二期工程3号线北站北-铁东路站盾构区间的工程地质情况和施工条件,就其盾构机的选型进行了分析。在分析中,对盾构机的刀盘、刀具的形式以及布置等进行了阐述,同时时推力、刀盘驱动扭矩、主驱动功率、推进系统功率、螺旋输送机出土能力以及注浆能力等关键参数进行了计算。最终确定选择加泥式土压平衡盾构。实践证明该盾构机选型是合理的。     

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。     

盾构带压开仓作业控制要点

在地铁盾构法隧道施工过程中,因地质条件复杂,特别是碰到上软下硬地层,对刀具磨损特厉害,经常需要开仓进行换刀作业,采用带压开仓作业对施工工艺要求较高,在地质条件差的情况下,建压和保压容易失败,仍存在很大的风险性。本文根据工程实例,通过采取开仓前准备、开仓过程控制、刀具更换、监控量测等各种安全技术措施顺利完成换刀作业,希望对相同或相近的盾构开仓作业起到借鉴作用。     

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。