泥水平衡盾构刀盘掘进对比及优化建议

通过对南宁地铁3号线青秀山站-市博物馆站地质情况和盾构掘进情况的调研,重点对比分析左右线两种刀盘的设计理念、左右线两种刀盘掘进效果。从刀盘的结构形式、刀盘开口率、刀具的布置、刀具的磨损、刀盘喷口的布置形式等方面进行分析,提出在类似地质条件下刀盘刀具设计优化方案,为在类似地质条件下刀盘设计提供优化建议。     

黏性地层面板式土压平衡盾构刀盘泥饼堵塞试验研究

面板式土压平衡盾构机在黏性地层中掘进时刀盘容易出现结泥饼问题,泥饼形成后会覆盖刀具、堵塞刀盘开口,从而降低刀盘的掘进效率,甚至使得盾构机完全丧失掘进能力,给盾构隧道施工带来严重影响。首先介绍了刀盘与土颗粒之间的黏附机理,通过自制的面板式刀盘掘进模拟装置开展了室内试验,研究了盾构掘进速度和刀盘扭矩的变化规律及其与刀盘堵塞之间的相关关系。研究表明:刀盘堵塞是一个连续渐进的过程,土颗粒首先在刀具密集处黏附聚集,然后逐渐扩大形成泥饼;泥饼形成后会覆盖刀具,降低刀具对地层的贯入度,并堵塞开口,降低渣土通过效率;在掘进参数上面主要体现为刀盘扭矩增大、盾构掘进速度减慢、排土顺畅度降低;刀盘开始结泥饼后,刀盘扭矩的增长符合三次多项式函数关系,掘进速度呈指数型降低;试验同时表明,土体含水率对刀盘结泥饼及堵塞具有显著影响,当其接近塑限时,泥饼最容易形成,盾构掘进效率最低,刀盘开口堵塞风险最大。研究成果对于评估黏性地层面板式土压平衡盾构掘进刀盘结泥饼及堵塞的风险具有借鉴意义。     

可以在岩层中掘进的土压平衡盾构机--深圳水库截排工程φ4.65m隧道施工实践

在复杂地层特别是在含有中风化岩的硬质地层进行盾构掘进，其刀盘刀具的形式、刀盘的开口率、扭矩匹配、刀盘的密封、刀盘前的注浆系统及盾构的出土形式，是施工成败的关键，新设计的复合式土压平衡盾构成功地满足了工程的需要。     

富水砂卵石地层盾构机选型与参数优化分析

针对西安地铁六号线长距离隧道盾构下穿富水砂卵石地层，结合已有的掘进技术经验，对选型主控因素进行了分析，确定了该区域盾构掘进选用土压平衡盾构机的选型方案。内容着重对6 m直径的V字坡隧道工程选用的盾构机外径、刀盘、刀具进行了理论计算与设计；结合现场实测数据的反馈，结果表明对盾构姿态、掘进速度、同步注浆等掘进参数不断优化，有效解决了刀盘结泥饼、刀具磨损等施工问题。     

不截流条件下长距离穿湖盾构的选型及控制参数研究

湖底富水砂砾黏土地层具有水压高、渗水性强、地下水径流通畅和补给迅速以及自稳能力较差、卵石粒径大等特点,盾构在不截流条件下长距离和小半径曲线穿湖施工常面临由于大粒径卵石排除困难、刀盘和刀具磨损严重、盾构机卡壳、管片损伤、地层扰动造成的塑性区隆沉开裂和贯通、停机进行刀盘刀具更换或修复难度大等风险。本文以北京地铁14号线盾构隧道下穿朝阳公园北湖和南湖工程为背景,对盾构机选型中的外径、刀盘开口率、刀具磨损量、刀盘扭矩和排土量等重要参数进行了计算分析和合理性验证。同时提出了辐条式土压平衡盾构在富水砂砾黏土地层中长距离下穿湖泊的合理掘进参数和相关控制措施,并通过井下监控和地面监控实时跟踪盾构机掘进姿态来保证盾构顺利掘进。最后工程实践表明辐条式土压平衡盾构在富水砂砾黏土地层应用可行。     

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。     

北京南水北调工程小直径盾构的针对性设计

以北京市南水北调配套工程河西支线第八标段工程为背景,针对隧道穿越卵石含量多且卵石粒径大的特点,对小直径土压盾构在刀盘结构、刀具布置、主驱动配置、螺旋输送机结构、渣土改良系统等方面进行针对性设计。指出应对大粒径卵石地层,小直径盾构采取配置大开口率的辐条式刀盘、抗冲击和抗磨损的刀具、大功率高承载的刀盘驱动、带式大直径螺旋输送机,以及有效的膨润土和泡沫渣土改良系统等方案,可有效提高施工效率,降低施工风险。     

盾构周围土压力的试验研究与数值模拟

建立大型盾构模拟试验平台和直径为φ1．8m的盾构机模型，在软土、砂土及砂砾土层中进行盾构模型的掘进试验，在试验中分别采用刀盘开口率为30％和70％的盾构模型进行模拟掘进。模型盾构掘进过程中，监测系统实时采集推力、土舱压力和刀盘扭矩等盾构推进的各种工作参数，重点对模型盾构周围土压力变化及刀盘开口率对土舱内外土压力的影响进行研究。另外，还研究2种不同刀盘开口率对于盾构的推力和刀盘扭矩的影响，并建立模拟盾构掘进的有限差分模型。该模型考虑刀盘开口率的影响，获得盾构周围土体中土压力的动态变化曲线，并将土压力的实测值和计算值进行比较。     

大粒径卵砾石地层盾构刀盘选型及适应性评价

大粒径卵砾石地层是北京地铁修建过程中开挖难度最大的地层之一,给土压平衡盾构施工造成了一系列的难题。刀盘是土压平衡盾构的重要构件之一,合理的刀盘结构型式是大粒径卵砾石地层土压平衡盾构高效、可靠运行的前提。为了找出适用于大粒径卵砾石地层的刀盘结构型式,以北京地铁九号线盾构工程为背景,开展大粒径卵砾石地层土压平衡盾构开挖原型试验,基于"北京地铁盾构施工实时管理系统"和"北京地铁建设安全风险技术管理体系"收集盾构关键施工参数,以现场掘进试验数据有基础,对盾构掘进效能、盾构关键参数地层适应性及刀具磨损情况进行了对比研究。研究结果表明:1)大粒径砂卵石地层辐条式刀盘适应性更好,掘进效率更高,对刀具的磨损控制更为有利;2)辐条式刀盘可适当增大开口率至55%~65%;3)大粒径卵砾石地层,辐条式刀盘比面板式土压力控制更加稳定;提高盾构掘进速度的同时,应注意盾构土压力的控制,合理的盾构推进速度应为20~60mm/min。     

贵阳灰岩地层地铁盾构施工技术研究

贵阳地区主要为中风化灰岩地层，岩石强度较高、地下水位高，盾构施工面临施工效率低、刀具磨损快、盾构掘进姿态不易控制等不利情况。以贵阳市轨道交通3号线一期工程师范学院站—东风镇站为工程背景，针对盾构施工的实际需要，通过对盾构机进行改造（采用复合式盾构设计，配置高强度复合刀盘、提高主驱动功率及扭矩等）为在灰岩地层掘进提供保障。统计隧道右线前200环掘进参数和管片轴线偏差数据，对区间隧道盾构作业掘进参数、注浆参数以及配套机械设备作业适应性进行研究，同时对施工质量全过程开展分析，总结并完善对应的施工与管片质量控制措施，以适应贵阳灰岩地层盾构机改造及快速施工。     

海底岩溶地层盾构刀盘刀具设计及应用

针对海底岩溶破碎带复杂地层,大直径泥水盾构施工过程中存在刀具易异常损坏、带压换刀作业效率低风险大、刀盘振动和结构偏载受力频繁等问题,结合大连地铁5号线跨海隧道,通过分析隧道穿越地层情况,针对性选型设计一种12m级全断面滚刀及刮刀常压更换新型复合刀盘,中心滚刀采用了较小刀间距布置,正面及边缘采用19寸双轴双刃滚刀,加强了常压滚刀刀座及刀具抗冲击设计,并通过有限元对刀盘结构强度刚度进行校核验算。工程应用表明,刀盘刀具具有较好的地质适应性,可为类似越江跨海隧道地层盾构刀盘刀具选型设计提供一定参考。     

无水砂卵石地层盾构施工常压开仓刀盘改造技术

土压平衡盾构机的刀盘开口率直接影响着盾构施工过程中的渣土排放率以及开挖面压力平衡情况。某输变电工程采用盾构法施工,在掘进过程中出现盾构机刀盘扭矩过大、过载频繁、掘进速度慢、刀盘磨损严重、泡沫和膨润土用量增大、渣土含水量增大、千斤顶推力增大、排出渣土变热等现象。经过咨询专家,查找、分析原因,确定上述问题是由于刀盘开口率低,破碎的渣土未能及时进入土仓,固结在刀具、辐条等部位形成泥饼而导致的。项目部及时对盾构机刀盘进行改造,增大刀盘开口率,解决了上述问题,刀盘改造的成功经验可以为类似工程提供借鉴。     

盾构刀盘力学参数预测分析及运用研究

盾构刀盘力学参数预测可提高刀盘计算校核精度，也可为盾构施工参数调节提供技术支持。结合中铁工程服务有限公司开发的盾构云平台，应用深圳地铁14号线某区间左线掘进数据，基于理论分析提炼影响盾构工程中推力及转矩的工程参数，并通过灰色关联度分析方法计算相关参数与推力、转矩之间的关联度。采用BP神经网络，建立以地层参数、刀盘参数和掘进参数为输入，盾构推力和刀盘转矩为输出的预测模型，并利用盾构云数据完成模型的训练及优化。基于刀盘力学分析流程，结合载荷预测模型和刀盘设计参数化建模系统，建立盾构刀盘参数预测和力学分析功能集成平台，以实现刀盘设计仿真分析的自动化。     

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。     

南昌地铁盾构刀盘选用及刀具配置分析

盾构机是一种机、电、液、通讯高度集成的用于隧道施工的大型工程机械设备,隧道的开挖是通过盾构刀盘的旋转完成,刀盘选型的合适与否,是盾构施工成败的关键因素之一。通过介绍刀盘的结构型式、不同刀具的适用地层;在刀盘形式确定后,根据不同区间的水文地质特性,合理调整先行刀具的型式,以满足刀盘、刀具与掘进地层的适应性,减少施工风险,保证盾构掘进的顺利进行。     

南宁富水圆砾地层施工盾构耐磨设计

南宁地铁1号线某标段采用土压平衡盾构施工,盾构区间地层以富水圆砾地层为主,圆砾含量高达95.81%,盾构施工需要解决刀盘、刀具、螺旋机的耐磨问题。土压平衡盾构在圆砾含量如此之高的地层中掘进国内外尚无成功实例,本文针对这一问题进行了分析,提出了刀盘、刀具及螺旋机的耐磨设计方法。     

土压平衡盾构刀盘结构探讨

刀盘是盾构的主要工作部件,不同地质地层应采用不同的刀盘结构形式及刀具布置,刀盘及刀具的好坏关系到盾构施工的成败,影响盾构掘进的速度和效益,文章结合广州和南京地铁工程重点介绍了海瑞克公司土压平衡盾构刀盘的功能、刀盘类型及刀具配置。     

地铁长大盾构隧道施工关键技术措施

地铁长大盾构隧道施工中,盾构单次掘进距离长,对设备的可靠性、刀盘、刀具、螺旋输送机、盾尾刷等部件的耐磨性等要求更高,穿越风井、风道等施工技术环节多,结合北京地铁工程实例分析施工难点,通过盾构设备评估、增加刀盘检修措施、更换刀具、增加螺旋输送机耐磨措施、增铺道岔、选用合适的过站方式等综合技术措施,实现盾构安全平稳高效掘进。     

小盾构机大开口率刀盘与刀具配置

广州市某电力隧道工程采用盾构法施工，隧道内径3500mm、外径4100mm，采用直径为4．35m复合式泥水盾构进行施工，盾构刀盘采用36％的刀盘开口率，满足盾构施工需求。     

IHI盾构机刀盘的维修技术

盾构施工中,盾构由刀盘旋转靠刀具切割岩土体并由油缸向前推进,从而实现连续的机械化隧道掘进。由于施工过程中地质情况复杂,盾构掘进中刀盘和刀具会随着掘进出现不同程度的损坏和磨损,因此在施工的必要阶段要对盾构刀盘进行必要的维修和养护。论述了减小盾构刀具磨损,保证土压平衡盾构机长距离掘进的措施;介绍了维修所需要的设备和材料,以及应注意的问题。