泥岩砂岩交互地层盾构掘进速率的多元回归分析预测

基于现场掘进试验和岩石点荷载强度试验，对泥岩砂岩交互地层条件下越江隧道盾构掘进速率预测进行了研究。利用现场采集的数据，运用多元回归分析的方法，主要分析了盾构掘进速率与岩石点荷载强度及刀盘推力的关系，分别构建了泥岩和砂岩地层盾构掘进速率的预测模型。在两种地层条件下，盾构掘进速率均随岩石强度的增大而降低，随刀盘推力的提高而增大，掘进速率与刀盘推力、点荷载强度均呈指数函数关系。该模型参数少、形式简单、使用方便，预测精度较好。经过简单变换，模型还可用于推求地层的岩石强度。     

泥岩砂岩交互地层盾构掘进速率的多元回归分析预测

基于现场掘进试验和岩石点荷载强度试验,对泥岩砂岩交互地层条件下越江隧道盾构掘进速率预测进行了研究。利用现场采集的数据,运用多元回归分析的方法,主要分析了盾构掘进速率与岩石点荷载强度及刀盘推力的关系,分别构建了泥岩和砂岩地层盾构掘进速率的预测模型。在两种地层条件下,盾构掘进速率均随岩石强度的增大而降低,随刀盘推力的提高而增大,掘进速率与刀盘推力、点荷载强度均呈指数函数关系。该模型参数少、形式简单、使用方便,预测精度较好。经过简单变换,模型还可用于推求地层的岩石强度。     

复杂岩石地层盾构掘进效能影响因素分析

基于现场掘进试验和岩石点荷载强度试验,对泥岩、砂岩交互地层条件下泥水盾构的掘进效能及其影响因素进行研究.利用现场采集的数据,运用回归分析的方法,主要分析盾构掘进效能与岩石强度、刀盘推力及刀盘扭矩的关系.研究成果表明,岩石强度越高,刀盘每转切深和掘进速率就越低,二者呈幂函数曲线关系;随着刀盘推力的增大,切深呈幂函数关系增加;而随着刀盘切深的增加,刀盘扭矩则呈线性增加.对比两种地层的掘进特性,相对而言,泥岩地层掘进效能较高,但需要较大的扭矩,而在砂岩地层掘进需要较大的推力才能获得理想的掘进效能.     

复杂岩石地层隧道掘进机操作特性分析

为提高掘进效率,改进掘进机与地层的匹配性设计,对掘进机的操作特性进行研究。基于重庆越江隧道盾构掘进试验,分析复杂岩石地层盾构刀盘扭矩、刀盘推力及转速的参数选用原则,在此基础上,分析主掘进参数与切深的关系。随后,对不同地层条件下刀盘扭矩与推力之间的匹配性进行分析,绘制了刀盘扭矩与推力之间的操作特性曲线,并用于分析和制定不同地层条件下的主掘进参数匹配方案。对于较软的泥岩,刀盘扭矩先达到最大值,而推力却不能发挥其最大能力;岩石强度增高,所需推力增加,在发挥扭矩能力的前提下,推力也能发挥其功能,从而使二者达到最佳操作关系;若岩石强度过高,推力保持在最大值,但切深很浅,滚刀旋转阻力减小,刀盘扭矩很难发挥最大能力。因此,应视地层软硬,根据刀盘推力与扭矩的操作特性对刀盘的主掘进参数进行合理设计,并在掘进过程中实时调整其匹配关系。     

高强度全断面极硬岩盾构隧道掘进施工技术

针对硬岩岩石强度平均134MPa,最高达到264MPa的施工难点,对选用的土压平衡复合盾构进行技术改造升级及合理配套,效增强了抗冲击性和耐磨性,同时对掘进过程中盾构掘进参数变化的原因进行分析,总结出硬岩岩石强度平均134MPa,最高264MPa高强度全断面极硬岩盾构隧道掘进最佳参数控制范围,有效避免了盾构机卡壳、卡螺旋机抱死、刀盘抱死或者严重磨损刀盘等不良现象的发生.     

高强度全断面极硬岩盾构隧道掘进施工技术

针对硬岩岩石强度平均134MPa,最高达到264MPa的施工难点,对选用的土压平衡复合盾构进行技术改造升级及合理配套,效增强了抗冲击性和耐磨性,同时对掘进过程中盾构掘进参数变化的原因进行分析,总结出硬岩岩石强度平均134MPa,最高264MPa高强度全断面极硬岩盾构隧道掘进最佳参数控制范围,有效避免了盾构机卡壳、卡螺旋机抱死、刀盘抱死或者严重磨损刀盘等不良现象的发生.     

复杂地层中泥水盾构掘进技术

结合西气东输二线长江盾构越江段工程,经过对复杂地质岩性及实际情况研究,系统分析了越江隧道泥水平衡盾构施工的适应性,这将直接决定和影响盾构隧道的施工成本、进度及安全风险。通过对开挖面稳定性控制、掘进参数调整及信息共享的研究,成功解决了在上软下硬地层中的掘进及盾构姿态难控制的难题。     

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。     

不同围岩地质条件下盾构掘进效能评价方法

考虑盾构掘进过程中掘进机与围岩的耦合作用,提出反应掘进参数和地质条件综合作用的盾构掘进效能评价指标体系。将岩石磨蚀性指标K_CAI作为围岩可掘性评价指标,构建围岩可破量模型,提出适用于盾构施工的围岩可掘性分级体系。通过对盾构掘进效率研究,提出盾构掘进指数K_STI以反应盾构掘进能耗,基于对盾构施工大数据的分析,确定了不同围岩分级下掘进指数合理区间并进行分级评价。综合围岩可掘性分级和盾构掘进指数分级体系建立盾构掘进效能评价方法,并对盾构掘进效能评价划分为1~7个等级。以广州地铁3号线大石-汉溪区间的地质条件和掘进参数为例,进行了盾构掘进效能评价,验证了该效能评价方法的正确性,为盾构掘进参数的设定提供理论参考依据。     

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。     

高强度基岩爆破预处理泥水盾构掘进特征研究

泥水盾构在高强度基岩地层中掘进,盾构自身刀具无法有效破岩,采用基岩爆破预处理的控制钻爆法能严格控制破碎碴块体量,提高刀具破岩能力,但盾构施工过程中,掘进参数与岩石之间关系非常复杂。以台山核电站取水隧道为背景,对现场获得的工作数据进行挖掘,分析基岩爆破前后地层中盾构刀盘推力、刀盘扭矩及掘进速度的参数的选用特点。在此基础上,引入参数转换量FPI、TPI指数及比能进行研究,研究表明,未经处理基岩地层,岩石强度过高,刀盘推力先达到最大值,但切深很浅,扭矩很难发挥最大能力;经爆破处理后,基岩岩体受到不同程度破碎,盾构机推力及扭矩能有效发挥其功能,掘进效能提高。因此,在盾构机的工作负荷范围内,应依据基岩岩体破碎效果,调整刀盘推力和扭矩,使之更好地适应地层,力争达到高效安全的掘进目的。     

盾构隧道施工盘形滚刀推力分布规律研究

 盾构掘进时,刀盘由油缸推压到工作面上,滚刀与岩石之间产生相互作用。为研究各滚刀推力分布规律,分析影响滚刀与岩石相互作用的影响因素,指出掘进过程中滚刀推力分布主要与岩石刚度有关。假设滚刀与岩石弹性点接触,建立刀盘与岩石相互作用的三维弹性支点力学模型并进行了简化,运用有限元方法对其进行分析与比较。研究表明,刀盘上各滚刀的推力分布并不均匀,滚刀布置稀少处的推力较高,面刀推力均比边刀推力高出40%～60%。相同的刀盘形式,滚刀布置方式不同,其推力分布差异较大。最后,运用蒙特卡罗有限元方法,分析岩石刚度变化对滚刀推力分布的影响,岩石越软,滚刀推力分布越均匀;反之,滚刀推力分布的均匀性越差。在硬地层中掘进时,个别推力高的滚刀磨损严重,换刀频繁,影响了施工进度。因此,该部位的滚刀布置值得进一步研究。     

Predicting penetration rate of hard rock tunnel boring machine using fuzzy logic

Predicting the penetration rate of a tunnel boring machine (TBM) plays an important role in the economic and time planning of tunneling projects. In the past years, various empirical methods have been developed for the prediction of TBM penetration rates using traditional statistical analysis techniques. Soft computing techniques are now being used as an alternative statistical tool. In this study, a fuzzy logic model was developed to predict the penetration rate based on collected data from one hard rock TBM tunnel (the Queens Water Tunnel # 3, Stage 2) in New York City, USA. The model predicts the penetration rate of the TBM using rock properties such as uniaxial compressive strength, rock brittleness, distance between planes of weakness and the orientation of discontinuities in the rock mass. The results indicated that the fuzzy model can be used as a reliable predictor of TBM penetration rate for the studied tunneling project. The determination coefficient (R ²), the variance account for and the root mean square error indices of the proposed fuzzy model are 0.8930, 89.06 and 0.13, respectively.     

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...     

皖南红层软岩崩解特性试验分析

采用皖南地区3种红层软岩开展了室内"饱水-干燥"循环(湿-干循环)条件下的崩解试验.研究了不同湿-干循环次数下岩石的崩解现象和特征;分析崩解物的颗粒粒径分布随湿-干循环次数的变化规律;对浸泡岩样的水溶液离子浓度进行测试,同时对经历不同湿-干循环次数的岩样开展扫描电镜(SEM)试验;探讨软岩的崩解机理,比较分析不同岩石崩...     

浅埋软岩隧道式锚碇稳定性原位模型试验研究

为了研究高拉拔荷载作用下浅埋软岩(泥岩)隧道式锚碇的稳定性(强度特性、变形规律及长期稳定性),以某在建的长江大桥隧道式锚碇工程为依托,开展了缩尺比例为1∶10的浅埋软岩(泥岩)隧道式锚碇原位模型试验(蠕变试验、极限破坏试验)。研究发现:浅埋软岩(泥岩)隧道式锚碇具有较高的承载能力,在设计荷载甚至在高于设计荷载几倍的荷载作用的情况下,其蠕变变形呈现出基本上趋于稳定的趋势,具有一定的长期稳定性。其破坏模式为锚塞体上方的岩体破裂成块体状,锚塞体下方沿与岩体接触面产生整体错动,破坏的下边界为锚塞体与岩体的接触带,锚塞体混凝土未发生破坏。此外,还探讨了在高拉拔荷载作用下,锚塞体地表围岩蠕变变形的空间分布规律以及锚塞体地表围岩、深部围岩各部位的变形规律。研究成果可为类似的工程提供参考和借鉴。     

土压平衡盾构掘进对上软下硬地层扰动研究

 采用Ф800 mm模型盾构开展室内掘进试验以研究土压盾构掘进对上软下硬地层的扰动特征,试验充分考虑土压盾构动态施工全过程的影响。建立与室内掘进试验对应的离散元模型定量分析软土超挖现象并挖掘其他地层扰动信息。研究结果表明：土压盾构在硬岩地层中掘进时地表沉降曲面呈现向软土侧展开的“扇面”状;进入上软下硬地层后地表沉降值与范围均急剧增加,沉降曲面呈现自上而下逐渐收缩的“漏斗”状,硬岩侧收缩速度快于软土侧;上软下硬地层地表位移小于均质软土地层,而地中沉降显著大于后者;上软下硬地层地中沉降槽宽度参数沿深度方向呈指数增加,硬岩占断面比例越小,地中沉降槽宽度参数越大。相同埋深条件下,上软下硬地层地中沉降槽宽度参数小于均质软土地层。硬岩占断面比例越大,渣土中砂土所占比例与相应理论值差异越明显。地表水平位移在竖向沉降槽曲线反弯点处最大。研究可为土压盾构在上软下硬地层施工提供参考。