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。     

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。     

土压平衡盾构机刀盘刀具布置方法研究

研究土压平衡(Earth pressure balanced,EPB)盾构机刀盘刀具的布置方法,目的是为了确保刀具结构布置的合理性和实用性。依据刀具磨损的等寿命原则,提出确定刀具数量的磨损系数法和掘进系数法;针对具体施工问题,可预测盾构在开挖区间,刀具的磨损量以及许用磨损情况下刀具的掘进距离,为保障工程的安全顺利进行提供参考。基于阿基米德螺旋线布置方法,计算以刀具磨损的等寿命原则下,主切削刀的布置曲线;提出刀具平面对称布局原则,分析刀具的切削过程,得到单把刀具的实际切深;建立EPB盾构刀盘上先行刀的立体布局方法,计算得到先行刀的超前量;结合南京地铁二号线TA07标段,验证了刀具布置方法的正确性。研究内容和研究方法可为EPB盾构机刀盘的选型和设计奠定理论基础。     

超大直径盾构机刀具磨损规律及布置方法研究

针对超大直径盾构机工况的特殊性,研究了刀盘上刀具的磨损规律。依据建立的刀具磨损模型,预测刀具的掘进寿命,采用等磨损布置方法,使超大直径盾构机刀具的布置更加合理,为超大直径盾构的技术研究提供依据与参考。     

富水砂卵石地层盾构刀盘刀具配置的研究

成都的地层属于富水砂卵石地层,卵石含量达到80%以上,盾构掘进时对刀盘刀具的磨损异常严重,更换刀具带来的施工风险极大,刀盘刀盘刀具的磨损问题严重制约着地铁施工的进度。本文根据成都地铁1号线施工过程中对刀盘刀具的消耗、刀具的磨损型式进行客观的分析,提出能够适应成都地层需要的刀盘刀具配置。     

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。     

浅谈盾构机刀具的检测与更换技术

盾构隧道掘进机,简称盾构机,是一种隧道掘进的专用工程机械。盾构机的刀盘是破岩掘进的主要部件,但在掘进过程中容易损坏并需要及时更换。基于此,主要分析了盾构机刀盘上刀具的磨损检测技术以及拆卸更换技术,列举了多种盾构机刀具磨损检测的方法,逐一分析了每种方法的优势和不足,介绍带压和常压两种情况下的换刀作业,并以土压盾构施工为例详细介绍了带压换刀作业的具体流程和注意事项。     

盾构切刀磨损特性研究与实时监测

在分析盾构过程中切刀磨损失效和磨损类型的基础上,基于盾构切刀的受力分析和运动分析,引入了切刀磨损预测模型;建立了盾构切刀前角和切深对盾构切刀磨损量的相关关系;设计了切刀磨损在线监测系统,对磨损量进行实时监测。通过某过江通道盾构区间的实际工程,验证了盾构掘进参数和几何参数对预测模型的正确性。该模型具有预测掘进参数和切刀结构参数对切刀磨损量预测的能力,能够在一定程度上预测换刀时间。     

盾构机掘进中刀具损坏及维修措施

隧道工程掘进施工中,盾构机性能的稳定性直接影响掘进施工的效果。特别是在较硬的地段施工时,盾构机功能是否可以稳定发挥决定着隧道施工是否能保质保量完成。隧道掘进施工中,往往会给刀具、刀盘等带来一定的损害,掌握盾构机刀具损坏及维修管理措施,有助于促进隧道掘进施工顺利有序完成。介绍刀具损坏给盾构施工带来的影响,论述刀具损坏形式,就刀具检查、更换、维修等工作进行了全面的分析。     

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。     

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。     

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。     

基于PSO-BP神经网络的盾构刀具配置研究

盾构刀具在盾构机掘进过程中起着关键的作用,其配置选型是否合理决定着工程的成败。为了对盾构刀具进行合理的配置,根据盾构刀具的配置原则,针对盾构刀具配置的地质适用性,在粒子群优化算法(Particle swarm optimization,PSO)与神经网络算法(Back propagation,BP)的基础上提出智能配置方法。建立地质条件与盾构刀具类型之间的关系模型,并利用成功的盾构施工案例作为样本数据对该模型进行训练,训练后可以利用模型智能推荐盾构刀具配置方案。利用工程案例进行测试分析,将测试结果与实际配置方案进行对比,并与BP神经网络测试结果进行比较。测试结果表明,基于PSO-BP神经网络算法不但能够很好地实现盾构刀具配置方案的合理推荐,并且在计算精度和训练时间两个方面PSO-BP神经网络算法比BP神经网络算法都有显著提高。     

大直径盾构刀盘结构整体强度分析

盾构掘进机是一种广泛应用于隧道工程施工的大型机械设备。刀盘刀具是盾构掘进机的关键部件,因此盾构刀盘的强度设计十分重要。文中利用有限元软件建立盾构刀盘的有限元模型进行数值模拟,分析了在不同工况及不同设计方案下刀盘的受力状态,为盾构刀盘刀具优化结构设计提供参考依据。     

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。     

多地质条件下复合式土压平衡盾构刀群优化设计

复合式土压平衡盾构在实际施工时常出现刀盘结饼、刀箱堵塞等工程问题。针对掘进前方多种地质条件,采用动态切削模拟方法,从刀群切削效果角度对刀盘刀具布置合理性进行研究,为解决实际工程问题和盾构刀盘刀群的组合设计提供了参考。     

全断面隧道掘进机刀具异常磨损的识别分析

针对全断面隧道掘进机（TBM）施工过程中刀具过度磨损或异常磨损的识别问题，在分析TBM掘进效率影响因素和进行掘进状况无监督模式识别的基础上，利用现场掘进数据，得到场切深指数fFRI和切割系数C在不同掘进状况下的相互影响规律，据此提出以两者作为TBM刀具异常磨损的二维特征识别参量，确定了此空间中的刀具异常磨损决策阈值。TBM刀具磨损的预测和异常磨损识别方法的确定，对于保障TBM的安全掘进以及提高其利用率和经济性具有重要意义。     

基于数值仿真的盾构刀盘载荷影响因素分析

盾构刀盘在掘进过程中受到周围环境的影响工作状态随时改变,文章通过将盾构刀盘掘进过程简化为刀盘刀具掘土作用,采用数值方法对刀盘掘进过程进行了全物理过程仿真,分析了地质参数、施工参数以及结构参数等影响因素对处于稳定工作状态的盾构刀盘切削力及扭矩等动态掘进载荷分布的影响。     

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     

地下盾构过程中泡沫剂对刀具耐磨性的影响

在介绍目前地下盾构过程中泡沫剂的组成和使用原理的基础上,分析了泡沫剂的特性和作用以及泡沫剂加注系统,并通过模拟实验研究了泡沫剂浓度和工作压力对刀盘刀齿耐磨性的影响,最后介绍了在广州地铁施工现场中实测的泡沫剂使用效果。结果表明:在地下盾构过程中使用一定浓度、压力和流量的泡沫剂可以降低刀盘扭矩,减少刀具磨损,并达到提高掘进和出土效率的目的。