成都富水砂卵石地层盾构掘进关键技术

成都地区属于较为典型富水砂卵石地层,主要特点为卵石级配不连续且粒径较大,再加上地下水丰富,该地质条件为世界公认的不适合盾构施工区域。经过成都地铁多年施工探索,积累了大量富水砂卵石盾构施工经验及控制措施,针对成都地铁富水砂卵石地层盾构施工常见问题,从刀盘配置、掘进参数以及渣土改良等方面,对盾构施工常见问题控制措施进行论述。     

砂卵石地层盾构机刀盘故障分析及结构优化研究

盾构机刀盘在富水砂卵石地层中施工易出现卡死故障,且刀盘磨损较为严重,通过正滚刀布局优化、增加支撑靴和加宽环筋板等结构优化措施,可有效改善刀盘在不同工况时的工作性能,为砂卵石地层盾构施工提供借鉴。     

基于PFC3D的北京砂卵石地层盾构刀盘选型及刀具布置数值模拟研究

砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层及强磨蚀性地层,盾构在该类地层中掘进通常会面临刀盘、刀具磨损严重,盾构推力与刀盘扭矩偏高且波动幅度大、地层变形不易控制等问题。砂卵石地层盾构掘进效率的高低及地层控制的好坏,刀盘选型及刀具配置是关键。以北京地铁新机场线“磁各庄站～1#风井”盾构区间为工程依托,利用PFC3D数值模拟及现场测试相结合的手段,研究刀盘开口率、刀具组合高差、先行刀刀间距等参数对盾构掘进效率及地层变形的影响。研究结果表明：相同掘进参数下大开口率辐条式刀盘比小开口率辐板式刀盘具有更好的掘进速度,小开口率辐板式刀盘掘进时引起的地表变形更小,对周围地层的扰动范围也更小;先行刀与切削刀的组合高差为70 mm时盾构掘进效率较高且扭矩较低;先行刀刀间距设定为300 mm时,盾构有较好的掘进效率和较低的刀盘扭矩。工程实践表明;要实现砂卵石地层盾构长距离高效掘进,大开口率辐条式刀盘设计及大高差梯次化刀具布置是基础,高贯入度、低转速的掘进控制是关键。研究结果可为类似工程的盾构刀盘选型与刀具布设提供借鉴。     

砂卵石地层微型土压平衡盾构机刀盘刀具布置方法研究

刀盘是微型土压平衡盾构机的关键部件,刀盘刀具类型、数量及合理布置决定着盾构设备的破岩能力,直接影响刀具使用寿命、盾构设备的掘进速度和掘进距离。根据北京某砂卵石地层的地质特点,确定了刀盘刀具的选型与选材;依据刀具磨损的等寿命原则和阿基米德螺旋线布置方法确定了主切削刀和先行刀的布置曲线与刀具数量。直径为3m的微型土压平衡盾构机,在砂卵石地层中,刀盘布置主切削刀数量为38把,先行刀数量为15把,先行刀超前主切削刀的超前量为30mm。通过ANSYS软件对刀盘的力学性能进行了分析,结果表明刀盘受力与变形状况良好,满足设计要求。     

土压平衡顶管机刀盘的改进与实践

以西安市东月路雨水管道工程现场施工为例,分析了在西北地区不同地层条件下土压平衡顶管机刀盘磨损严重原因,提出了该地层条件下刀盘刀具合理布置方式、刀具形状改造方案,所提出的刀具布置方式和刀具形状等技术措施通过现场施工作业证明,刀盘刀具在连续施工条件下使用寿命从6天提高到30天。     

盾构机刀盘磨损的修复工艺及预防措施探讨

<正>1台土压平衡盾构机在上软下硬地层掘进过程中,其刀盘和刀具磨损严重,具体如下:刀盘中心直径2.7m范围内刀盘面板及辐条均严重磨耗,4把双联中心滚刀及其刀箱全部掉落,8把正面滚刀及其刀箱全部掉落,6把切刀及其刀座严重磨损,其他刀具也存在不同程度的磨损。由于该刀盘已无法进行正常掘进,所以我们专门开挖了竖井,在竖井内进行刀盘修复。     

盾构机在长距离高磨蚀性岩层中刀具磨损的数据分析

盾构机作为地铁区间施工的大型设备在国内城轨施工领域广泛应用,本文拟通过对高磨耗地层长距离掘进过程中盾构机滚刀磨损数据的统计分析,总结出相关地层刀具的破坏规律,提出有针对性的预防措施,为相关施工提供经验借鉴。     

硬岩地层盾构掘进滚刀磨损机制与预测方法研究

硬岩地层采用盾构法全断面掘进时,常出现刀具严重磨损、偏磨、刀箱破裂、崩刃等工程问题,导致工期延长、增加维护成本。因此,探索刀具磨损机制和科学控制,对于保证连续长距离的安全施工具有重要意义。通过分析刀具在岩层中掘进的磨损情况,基于磨损摩擦学的原理,提出刀具磨损包括疲劳磨损、磨粒磨损及粘着磨损三机制共同作用的原理。以徐州市某地铁线路盾构区间段工程数据为样本,对比分析了采用本方法得到的刀具磨损值、长短时记忆算法（LSTM）的机器学习预测值,以及实际磨损值的对应关系,提出了减小刀具磨损和延长刀箱寿命的施工控制措施。结果表明,本方法与传统方法相比,极大地提升了刀具磨损预测的精度,减小开仓时间,提升了掘进效率。     

非开挖机械

GJ20042100 土压平衡盾构刀盘结构探讨[刊,中]/何其平∥工程机械.—2003,34(11).—10～16刀盘是盾构的主要工作部件,不同地质地层应采用不同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。图7表3GJ20042101 DZ1245水平定向钻液压系统[刊,中]/游善兰∥建筑机械化.—2003,24(11).—46～47     

复合式土压平衡盾构机刀盘性能综合评价方法

复合式土压平衡盾构机刀盘对复合地层的适应性决定了施工的安全性和经济性。由于刀盘结构的多样性以及施工环境的复杂多变性,不同类型的刀盘在应对不同地层时,其综合性能表现不一,目前仍缺少对其综合性能进行评价的有效方法。在考虑刀盘性能影响因素多层次、多方面和相关联性的基础上,从刀盘的结构性能、刀具布置性能、力学性能、经济性、安全可靠性和环境适应性等方面,建立刀盘性能评价指标体系。根据刀盘递阶层次结构评价模型特点,提出一种基于模糊数学与评价理论,以模糊层次分析法计算刀盘指标权重,通过模糊综合评价和模糊优劣解距离决策法对刀盘进行综合性能评价的方法。结合长沙某地铁施工标段地质条件,选取四种常见的复合式土压平衡盾构机刀盘方案,进行评价确定最终方案,并通过工程实例验证本方法的合理性和有效性,为施工过程中的刀盘方案选型决策提供一种新方法。     

复合地层下盾构刀盘滚刀刀具的布置与优化

盾构滚刀刀具直接与岩土接触并进行切削。在复合地层下,滚刀布置的优劣和刀具的寿命与盾构掘进性能的好坏有着直接的联系,影响着盾构的施工效率。以滚刀的布置规律为基础,结合工程实例,分析了某复合地层下影响盾构滚刀刀具布置的关键因素和盾构刀盘刀具的轨迹曲线,并对刀盘的力学性能进行了校核,最后利用遗传算法对滚刀刀具的布置进行了优化,实现了刀盘滚刀刀具布置的最优化。研究结果为复合地层下盾构刀盘刀具的合理布置提供了理论依据,同时也保证了盾构施工的安全性,对提高刀具的使用寿命具有重要的科学意义与工程价值。     

上软下硬地层盾构法施工技术

上软下硬地层的地质条件特殊,于该处组织地铁施工时难度较大,常伴有质量或安全层面的问题。以地铁工程为背景,根据现场上软下硬地层的基本特点,分析施工过程中存在的主要问题,如盾构掘进效率低,盾构姿态偏差、刀具异常磨损,开舱换刀难度大等,进而对盾构法施工技术在其中的应用展开探讨,阐述具体技术要点,最终保证了工程的整体质量。     

西安地铁施工盾构机刀盘形式的选择

刀盘是盾构机的重要组成部分之一,刀盘及刀具选择是否合适会直接影响盾构机的切削效果和掘进速度,甚至关系到盾构施工方案的成败。本文结合西安地铁一、二号线盾构机施工中所用刀盘形式的优缺点分析,进而提出合理的选择建议。     

夹杂巨型卵石碎石层大直径长距离顶管施工控制措施

天津滨海新区东海路东壹区规划雨水泵站工程采用顶管施工工艺,设计管道直径3000mm,管道长度1.77km,属于大直径长距离顶管施工。在施工过程中,部分管段出现夹杂巨型卵石碎石层这一特殊地质结构,造成顶管机刀盘严重磨损、施工效率大大降低。为了改变这一现象,从工程实际出发,提出从触变泥浆配合比优化、中继间技术、刀盘适应性改造以及螺旋出土机改造四个方面进行施工控制,确保了顶管施工的顺利贯通。相关施工控制措施可为类似地质条件下的大直径、长距离顶管施工提供借鉴。     

复合地层中大直径盾构刀盘刀具的选型与优化

近年来大直径盾构施工技术飞速发展,国内各大城市大直径盾构隧道工程相继开工建设,大直径盾构施工有着很大的发展前景。在实际的施工过程中大直径盾构机刀盘刀具的选型至关重要,很多工地由于刀盘刀具的选型不适合该工程,在掘进中出现了很大的困难,带来严重的经济损失,甚至出现人身伤亡事故。本文结合广深港狮子洋隧道盾构刀盘刀具的选型与优化,说明刀盘刀具对复杂地层的适应性等方面的重要性以及刀盘刀具优化的各种方法。     

面向结构性能的砂卵石地层盾构刀盘优选

为了探究北京地铁砂卵石地层条件下最优的刀盘结构,提出了4种典型的刀盘结构型式,分析了刀盘在掘进过程中所受载荷并进行计算,针对每种结构型式分别建立了盘体厚度为350 mm、400 mm和500 mm的有限元分析模型,得出了每种刀盘的应力分布图。对结果进行分析比对,发现辐条式刀盘的辐条最大应力和云腿最大应力均低于辐板式刀盘,直云腿刀盘结构性能优于斜云腿刀盘,最后优选出砂卵石地层条件下结构性能最优的刀盘结构和尺寸为辐板式直云腿厚400m m的刀盘。     

土压平衡盾构螺旋输送机配置选型研究

螺旋输送机是土压平衡盾构的排土装置,是土压平衡盾构的重要组成之一。它具有排渣、形成土塞保持土仓内土压稳定、通过控制排土速度实现动态土压平衡稳定开挖面三大功能。根据不同的施工水文地质条件,对螺旋输送机进行正确地配置选型,是盾构方案设计过程中的关键环节之一。若配置不当,将会造成喷涌、磨损、无法在掘进中途维修等严重后果,导致盾构施工无法正常进行。在介绍螺旋输送机工作原理、受力特征的基础上,结合不同的盾构施工水文地质条件对螺旋输送机配置选型进行分析研究,提出了土压平衡盾构螺旋输送机配置选型标准,并重点讨论针对复合地层的螺旋轴耐磨块结构设计。最后以成都为代表的砂卵石地层为例对该地区地铁隧道盾构施工的螺旋输送机进行配置选型。     

盾构机刀盘的应急修复

S-169型盾构机(TBM)在进行例行检查时发现,周边刀及其安装基座、部分紧挨周边刀的齿刀及其基座均磨损严重,遂决定对刀盘本体和刀具安装基座进行应急焊接修复,在修复的同时,还对部分刀盘本体表面的耐磨层进行了堆焊处理。     

砂卵石地质条件下地铁盾构刀盘结构磨损及优化分析

砂卵石地层具有密实度高、饱和抗压强度大的特点,是盾构刀盘产生结构磨损的重要因素.以土压平衡式盾构机为例,对穿越砂卵石地层情况下刀盘的磨损情况进行了现场实测分析,并根据检测结果,提出了有针对性的改进和优化措施,可为高效刀盘设计与盾构施工提供借鉴.     

冲击对DG7药芯焊丝堆焊层性能的影响

北京地区地铁施工时，盾构机刀具受到高应力作用下的冲击、磨粒磨损，损耗严重，进口刀具仅能掘进250m。针对盾构刀具的修复，研制了DG7药芯焊丝。修复后的刀具在工程试验中的再使用寿命达到780m。本文通过不同质量的铅球对DG7药芯焊丝堆焊层进行冲击，考察了其硬度、组织及耐磨粒磨损性能变化。