TBM刀盘弹性变形研究

刀盘是全断面岩石掘进机的关键部件,通过螺栓联接到刀盘大轴承并成为主机的重要组成部分。由于螺栓和刀盘都属弹性材料,刀盘与其轴承间的支撑联接关系在掘进过程中对刀盘形变有决定性影响,因此,论文通过对刀盘弹性变形理论模型的构建,分别给出了刀盘在简支和夹支支撑条件下的中面弯曲弹性变形方程并通过刀盘外载荷确定给出了两种支撑条件下刀盘变形曲线;通过有限元分析发现,刀盘的实际支撑应介于简支和夹支之间,其中简支约占12%～16%,夹支约占84%～88%,而刀盘弹性变形最大处位于其中心r=0.28 m的圆域内。此结论为全断面岩石掘进机施工过程中刀盘形变分析提供了借鉴。     

全断面岩石掘进机盘形滚刀的受力分析

根据全断面岩石掘进机盘形滚刀破岩的空间运动特征，建立了盘形滚刀工作时的惯性力表达式、盘形滚刀的实际破岩力与推压力之间的关系式，并分析对平面刀盘、锥面刀盘及球成刀盘上盘形滚刀的受力状况进行了比较。这将为刀盘型式的合理选择和刀盘最佳推力的确定提供可靠的理论依据。     

正、偏楔形盘形滚刀破岩作业载荷对比研究

盘形滚刀是全断面岩石掘进机(TBM)上的关键核心部件,其与岩石的相互作用直接影响TBM的掘进效率和工程成本。研究发现盘形滚刀外形对其与岩石的相互作用有较大影响。论文首先建立了正楔形盘形滚刀作业对象岩石的Drucker-Prager弹塑性模型和正楔形盘形滚刀与其相互作用模型,并用罗科斯巴勒盘形滚刀破岩力预测理论对所建模型进行了验证;以此为基础,论文还建立了偏楔形盘形滚刀与其作业对象岩石的相互作用模型,并分别模拟研究了正楔形盘形滚刀和偏楔形盘形滚刀与岩石的相互作用,从而发现正楔形盘形滚刀在不同安装半径和切深条件下的垂直力、侧向力和滚动力都大于偏楔形盘形滚刀,且偏楔形盘形滚刀在小安装半径和大切深条件下,其破岩载荷较正楔形盘形滚刀减小量较大。论文研究结论为偏楔形盘形滚刀设计理论的工程应用提供了重要参考。     

隧洞塌方引起的TBM刀盘被卡事故风险评估

隧道掘进机(TBM)在节理岩体中掘进,刀盘可能被困;为了减少损失,进行风险评估很有必要。通过刀盘被困理论分析可知,刀盘被卡与否取决于扭矩与阻力矩的关系;阻力矩大小由塌方高度决定,根据塌方高度的随机特性,结合概率理论建立了刀盘被卡概率计算公式。同时,根据塌方产生的阻力矩的大小和TBM刀盘参数,将刀盘被困的后果分为5个等级,并结合概率等级提出了刀盘的风险评价矩阵。通过工程实例计算,验证了研究结果的合理性。     

全断面岩石掘进机及其在我国的发展与应用

本文介绍了全断面岩石掘进机的工作原理及其类型，分析了全断面岩石掘进机的一些优点，阐述了掘进机在我国的发展、研制及其应用情况。     

全断面岩石掘进机施工要素和发展模式

阐述了全断面岩石掘进机施工的３个要素，介绍了在我国即将用全断面掘进机施工的工程，地我国全断面掘进施工工作了回顾和展望。，推荐了几个可供选择的国外掘进机公司的产品。     

全断面岩石隧洞掘进机在特殊地质洞段的施工

全断面岩石隧洞掘进机应用的主要制约因素是对不良地质条件适应性差,在一定程度上限制了其快速发展与推广运用。结合国内多个工程建设实例,对全断面岩石隧洞掘进机在各种不良地质洞段处理,如在土质、泥质岩层、膨胀岩、断层及断层影响带、岩溶洞段等的施工方法进行了探讨和总结。     

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。     

全断面岩石掘进机施工费用计费分析方法

目前,我国还没有一套与国内计费系统相匹配的实用TBM施工计费方法。对全断面岩石掘进机施工费用计费的基础数据来源以及费用分析方法的论述,简要介绍了适合我国计费体系的全断面岩石掘进机施工计费分析方法,对完善适合我国计费体系的TBM施工费用计费方法,具有重要的参考价值。     

全断面岩石掘进机(TBM)技术研究与开发

全断面岩石掘进机(TBM)技术研究与开发是"南水北调工程成套设备研制"项目的课题.课题以满足南水北调西线工程建设需要为目标,以辽宁大伙房工程和新疆艾比湖流域生态与环境保护工程为依托工程,针对国产全断面岩石掘进机存在的问题,结合深长隧洞特点和具体工程地质条件,展开TBM关键技术研究.课题由TBM总体设计技术及主机的研究与开发、超前地质探测预报和处理技术及设备研究和TBM后配套系统的研究与开发3个专题组成.     

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。     

引汉济渭工程秦岭隧洞TBM的刀具选型试验

引汉济渭工程秦岭输水隧洞TBM施工遭遇超硬岩石,在试掘进阶段进度严重滞后于合同计划指标。为了减少刀具更换时间、促进施工进度,将刀具选型试验作为突破口。通过利用各厂家提供的刀具进行TBM试掘进,将每家2把刀具交叉安装在相应刀位上,在试验过程中进行磨损量测试、岩石抗压强度测试。从这两项指标定量分析刀具选型,结合过渡区域刀具磨损量及速率、面刀区域刀具磨损情况、整刀使用寿命、极限磨损情况、2 km试掘进阶段刀具消耗情况,综合评价各类型刀具性能。结果表明,受掌子面平整度、岩石强度及石英含量影响,不同部位的磨损量、变形都存在较大差异,尤其不同处理工艺的刀具,其耐磨值和稳定性决定着TBM的掘进速度。研究成果对超硬岩隧洞TBM刀具的选取具有一定的参考价值,也对刀具材料的研究提供了基础数据。     

复合地层土压平衡盾构施工技术研究

以苏州轨道交通3号线为工程实例,研究土压平衡(EPB)盾构在复合地层中的施工技术。苏州轨道交通3号线何山路站至苏州乐园站区间隧道通过108 m"上软(土)下硬(岩)"的复合地层,工程风险极大,需在设计和施工阶段采取必要的风险控制措施。在设计阶段:通过改变隧道纵坡,缩短复合地层段长度;通过改良TBM刀盘设计,优化机械运行参数,实现盾构机械参数和地层物理参数的匹配;通过对隧道上部松散土体静压注浆加固和在建筑物与隧道间安装隔离桩,控制地层变形和保护邻近建筑物;采用三维数值模拟预测隧道开挖引起的地层变形和建筑物沉降,为工程决策提供依据。在施工阶段:对于软土、复合地层和硬岩段采用不同盾构运行模式和掘进参数;掘进过程采用六个主要参数指标进行控制;采用在盾构机前方开挖竖井进行损坏刀箱、刀具的更换。施工监测显示:实测地表和建筑物沉降与三维有限元预测、Peck经验公式预测结果吻合良好,地表沉降控制在2. 0cm以内,邻近建筑物沉降控制在3 mm以内。工程的顺利实施为国内其他类似复合地层隧道盾构掘进工程提供有益借鉴。     

TBM滚刀破岩机理与影响因素数值模拟研究

为研究全断面岩石掘进机(TBM)滚刀破岩机理与破岩效果影响因素,采用颗粒流程序(PFC)建立滚刀破岩模型,通过单轴压缩与巴西劈裂试验结果,标定PFC程序参数,模拟滚刀破岩过程并对岩石强度、围压等破岩效果影响进行研究分析。结果表明:滚刀破岩历经前期压密、中期挤压剪切、后期挤压张拉破坏的组合破岩模式,整个破岩过程中滚刀出现反复加-卸荷交替及跃进破岩现象。岩石强度过高难以产生径向裂纹、强度过低侧向裂纹扩展不明显,破岩效果均不佳,TBM滚刀只对于中等强度范围内岩石较为合适。围压影响裂纹生成与扩展,较高时将抑制径向裂纹发育,降低破岩整体效果。研究成果可为TBM选型及滚刀设计提供一定参考。     

Flexural-gravity waves due to unsteady motion of point source under a floating plate in fluid of finite depth

The paper deals with the theoretical investigation of the straight unsteady motion of a point source submerged into the liquid of finite depth below the floating ice plate. The formulae describing the plate deflection and obtained with the help of integral and asymptotic methods are numerically analyzed with respect to velocity and submergence depth of point source, basin depth, ice plate thickness and Young’s modulus.

     

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。     

基于Fisher模型围岩稳定性分析方法

TBM是已经从原始的人工钻爆法发展为半自动化施工的成套型机械设备,然而未能实现完全自动化的根本原因在于隧洞围岩稳定性需要地质工程师现场勘认后进行支护处理。TBM掘进中操控室得出的主推力、刀盘转速、贯入度、平均扭矩等相关参数,是反映刀盘最直接的原始数据,与掌子面围岩稳定性密切相关,利用Fisher判别法将这4组非平衡数据转化为一维线性关系,总结出的围岩稳定性判别函数,全面提高掘进效率。     

按大挠度理论对四边固支矩形钢面板弹塑性调整系数的进一步探讨

本文通过对弹塑性调整系数α的规范值、按弹塑性薄板理论确定的值、按弹性薄膜理论确定的值以及有限元计算和实验研究结果的全面分析，指出了四边固支钢面板的极限承载力应按承受弯应力、剪应力和中曲面内应力的大挠度中等刚度板的屈服模式确定；并且在确定弹塑性调整系数。合理值时，应考虑到材料的强度储备和该结构的极限承载力两个方面；从而求出了更切合实际的弹塑性调整系数α的理论值，供设计和修订规范时参考。