复合地层中掘进的盾构机刀盘动态驱动转矩研究

复合地层掘进扭矩载荷突变是造成盾构机掘进过程中堵转停机的直接原因,考虑盾构机刀盘驱动变频调速电机特性、转矩传递过程中齿轮啮合刚度及齿侧间隙等非线性因素,建立冗余驱动的盾构机刀盘切削系统机电耦合动力学模型;针对典型复合地层地质条件,对盾构机在上软下硬地层掘进过程中刀盘驱动转矩动态特性进行仿真分析。结果表明,在软土体积百分比为70%复合地层中,掘进扭矩载荷显著高于50%软土百分比复合地层;盾构机在由50%软土百分比地层掘进进入70%软土百分比地层过程中,刀盘驱动电机负荷瞬间增大,甚至超出其工作极限,电机无法稳定工作,容易导致堵转发生,该结果可以部分解释我国昆明上公山隧道施工中频繁出现堵转事故的原因,为盾构机复杂地质条件下顺应性设计提供指导。     

敞开式TBM掘进途中主轴承更换方案研究

TBM在我国隧道施工中应用已有二十几年,其中出现过TBM主轴承故障导致工程工期延误的案例。文章从TBM掘进施工途中主轴承损坏被迫更换的实际出发,系统阐述了主轴承更换的总体土建方案及换装作业顺序,着重介绍了刀盘固定、主轴承运输、换装作业等,对今后TBM施工途中主轴承发生故障时更换与处理节省时间具有一定的指导意义。     

超大直径盾构机主驱动密封带压更换技术

随着盾构施工技术的日渐成熟,盾构机作为核心设备被越来越多的投入到地铁、高铁隧道施工中。针对济南黄河隧道施工中,使用的超大直径复合式泥水平衡盾构机盾构机主驱动密封失效问题,经过现场检查、制定方案,最后在粉质黏土地层中采用带压进仓方式,成功完成了超大直径盾构机主驱动密封的更换,国内首次实现了自主带压进仓更换主驱动密封,具有较为深远的意义。     

高磨蚀地层TBM刀盘洞内快速修复技术

<正>全断面岩石掘进机(TBM)用于长大隧道施工中具有快速、安全、高效等钻爆法不可比拟的优势,但TBM一旦遭遇高磨蚀地层,刀盘刀具的更换与修复将花费大量的成本,如穿越秦岭的西康铁路秦岭隧道,用于滚刀的费用高达掘进机施工费用的1/3,因此,TBM刀盘刀具磨损与修复问题已得到了学术界和工程界的高度关注。对于刀盘刀具磨损与修复的问题,国内的     

全断面岩石掘进机刀盘结构主参数的优化设计

全断面岩石掘进机(TBM)刀盘是TBM的核心部件,其结构参数设计是其核心技术之一。论述以青海隧道的TBM刀盘结构设计为背景,考虑青海隧道地质岩石边界条件,根据相关的刀盘结构参数设计的复杂工程技术要求,建立了刀盘结构主参数优化设计模型,以刀盘结构强度和刚度为优化目标,采用近似相应面模型建立刀盘结构强度和刚度分析的近似模型,进而采用多目标遗传算法对刀盘主要结构参数进行优化。与原TBM刀盘结构设计方案进行对比表明,本文获取到的刀盘主结构优化设计参数具有更好的刀盘结构刚度和强度,可以改善刀盘主轴承受力状况,延长主轴承寿命和滚刀寿命,可以为工程师在进行刀盘结构设计时提供刀盘的主结构参数,提高刀盘结构的强度和刚度性能。     

不良地质下的敞开式TBM设备设计改造与应用

新疆某工程敞开式TBM在掘进过程中突遇不良地质,由于大量破碎围岩进入刀盘引起“卡机”,且撑靴处出现塌方,无法提供推进反力。为有效解决此类问题,增加钢管片支护设计,对敞开式TBM原有刀盘驱动、护盾、辅助推进、钢管片拼装器、超前钻注一体机等方面设计改造,大大加快了TBM设备应对不良地质段的掘进速度。敞开式+单护盾双模TBM相互转换模式,可轻松应对各类围岩掘进施工。     

盾构机刀盘支撑法兰密封位的修复

土压平衡式①6140型盾构机刀盘支撑法兰与主驱动连接处有一道端面密封，用于防止泥砂进入轴承内。在长期的运转过程中，其刀盘支撑法兰密封位极易出现磨损。     

TBM刀盘地质适应性设计方法及其应用

刀盘是全断面硬岩掘进机(TBM)的核心部件,其结构的地质适应性是决定TBM掘进效率的关键因素。根据TBM刀盘制造企业设计的实际需要,制定了刀盘设计基本流程,结合掘进地质条件、刀盘结构参数和掘进参数,建立了刀具布置、开口、盘体设计等关键参数计算模型,提出相应的TBM刀盘地质适应性设计方法。将TBM刀盘设计方法应用于某供水工程,对该工程所用TBM的刀具布置参数、刀盘驱动性能与掘进参数以及刀盘结构参数进行地质适应性设计,并对设计方案进行了力学性能和出渣性能仿真分析。研究结果表明,刀盘设计方法能有效实现刀盘结构、刀具布置以及相关掘进参数地质适应性设计,所设计的刀盘力学性能满足施工要求。目前该刀盘在引水工程中累计已掘进12 km,工作状态良好。     

复合岩层TBM刀盘外部载荷的确定

TBM在工作过程中地层结构的多变性导致刀盘受力的复杂性,针对刀盘受力问题以TBM刀盘掘进沈阳地铁二号线复合地层为研究条件,基于SolidWorks建立了简化的刀盘三维模型和岩石截面分层模型,构成破岩系统模型。利用CSM滚刀预测模型计算了滚刀在不同岩层下所需的破岩力,合算出掘进实际地层时刀盘所需推力。在ADAMS环境中对刀盘破岩过程进行动力学模拟,通过提取盘面上所有滚刀载荷和刀盘惯性载荷来确定整个TBM刀盘掘进过程中的载荷时间历程。     

一种EPB&TBM双模盾构机刀盘结构设计及有限元分析

针对隧道掘进区间长、地质情况差异较大、地层变化复杂、单一模式的盾构机刀盘已难以适应掘进任务的情况,设计一种适应于EPB(土压平衡)和TBM(硬岩掘进机)两种模式的盾构机刀盘结构,详细介绍了两种模式下刀盘转换流程,对刀盘结构进行了受力特性有限元分析,获得了刀盘的应力及变形情况.结果表明,双模刀盘满足强度和刚度的要求,能适...     

基于动力稳定性的全断面岩石隧道掘进机刀盘临界推进速度研究

推进速度是全断面岩石隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)的重要设计参数。其值过小将降低机械的掘进效率;过大将引起刀盘的大幅振动,导致联接螺栓超常松动、引起主轴承塑性变形与断裂,严重影响施工安全。为确定推进速度的临界值,引入非线性弹簧单元模拟破岩过程中滚刀与岩石的相互作用,采用有限元法对刀盘掘进过程进行动态仿真,得到了在不同岩层中掘进时保证刀盘动力稳定性的推进速度临界值。所得结果可为合理设计TBM推进速度,有效控制刀盘振动,减少振动破坏,提升TBM的地质适应性和施工安全性提供参考。     

复合式TBM施工的设备材料成本管理和控制

正铜锣山隧道属于重庆市轨鼓通6号线的二期工程,双线隧道,单洞全长5630m,其中地质条件复杂,穿越煤层、瓦斯、岩溶发育带、石膏岩、断层带和都市生活密集区,地质有软有硬,传统单一的TBM掘进机不能满足施工要求,为此从美国罗宾斯公司引进了复合式TBM。复合式TBM整合了硬岩掘进机与盾构机的优点,适应地层更加广泛。在铜锣山隧道施工过程中,复合式TBM配件材料达2000多种,如何进行设备配件及材料的成本控制,是一项全过程高效配合、有计划的工作。     

TBM刀盘电动-液压同步驱动系统研究

基于TBM刀盘驱动系统的工作原理,分析了不同刀盘驱动方式的优缺点,提出了采用电动-液压同步驱动方式,实现大扭矩的刀盘驱动。工程应用表明,这种方法实现了TBM刀盘电动和液压的同步驱动,为TBM刀盘驱动系统的改进提供参考。     

硬岩TBM滚刀安装方式设计分析

全断面硬岩掘进机（TBM）主要依靠安装在刀盘上的盘形滚刀对开挖面的岩层进行滚压破碎,在TBM施工过程中,滚刀极易磨损、更换空间狭小,换刀操作困难.文中就现有施工过程中所用的滚刀安装方式进行分析对比,设计一种新型的滚刀安装方式,以满足在TBM施工中能够快速、方便地更换滚刀的要求,提高了TBM整机施工效率.     

复合地层下盾构刀盘的扭矩分析

在隧道掘进过程中,刀盘扭矩的计算关系到工程的进度及质量,由于复合地层地质情况多变,其扭矩计算比软土地层更为复杂,软土地质情况下的公式仅适用于计算叶片的搅拌扭矩,然而复合地层中复杂的软硬地质变化会同时影响刀盘与地层的摩擦阻力矩、地层的抗力扭矩和刀盘正面与地层的摩擦力矩。为了更进一步完善复合地况下的盾构刀盘扭矩计算方法,针对复合地质情况进行了一定的研究分析,并以此为依据制定了复合地层下的扭矩计算方法。     

基于AMESim的盾构刀盘负载敏感系统仿真研究

盾构机刀盘驱动系统的核心是液压系统。针对盾构施工中不同区域的地层差异性，为使盾构刀盘液压驱动系统节能减耗，采用负载敏感泵作为主驱动液压系统的动力源，利用AMESim软件搭建系统模型，并通过某型盾构机在软土和砂土两种不同地层下负载随机变化的情况，分别模拟系统全功率运行、80%功率运行和60%功率运行下，系统效率及能耗的变化情况。结论证明，软土地层为提高系统效率，减小能耗，宜在全功率模式下运行，而砂土地层宜在60%功率模式下运行。     

TBM主驱动润滑密封系统的对比分析

本文从TBM主轴承密封结构形式出发,总结了三种有代表性的主驱动润滑密封系统,对其优缺点进行对比分析,并阐述了EP2润滑密封系统的设计思路,以期为密封系统的设计提供技术借鉴和新思路。     

基于数字样机技术的隧道掘进机刀盘破岩机理分析

针对隧道掘进机(TBM)刀盘设计中刀具布置规律优化的问题,分析了TBM刀盘的破岩机理,建立了TBM工作时的刀具受力模型,并提出了如何提高刀盘破岩性能的方案。构建了带复杂约束的多变量非线性目标数学模型,并采用智能算法开发了一种针对刀盘上刀具布置规律的优化程序。针对EPB6.28m型TBM刀盘上的盘形滚刀建立了破岩仿真有限元分析模型。在滚刀工作时的实际工况条件下进行了岩石压痕试验与线性切槽试验的仿真分析,获得了该盘形滚刀工作时的压力—贯入度关系以及最优刀间距范围,为TBM刀盘和盘形滚刀的参数设计以及刀具布局优化提供了参考。     

硬岩TBM刀盘载荷谱编制方法研究

TBM刀盘载荷谱研究是其疲劳寿命分析的基础,可为TBM刀盘及各部件寿命预估、实验室模拟实验、强度分析与计算和可靠性设计提供依据。对TBM刀盘工况进行了分析,阐述了TBM刀盘载荷谱研究的基本过程,介绍了TBM刀盘载荷谱的编制方法,并对其发展趋向作了展望。     

TBM刀盘自动装配系统开发

全断面掘进机刀盘(TBM)是TBM的核心部件,TBM刀盘模型装配过程耗费设计人员大量的时间,不仅降低了刀盘整体设计的效率,还会由于操作人员对各类三维软件的不熟悉而降低刀盘装配的可靠性,因此对TBM刀盘自动装配进行系统开发很有必要。对工程上常见的几类典型结构刀盘装配体模型进行Solid Works二次开发做了研究,运用C#语言在Visual Studio 2010环境下进行Windows界面开发,最终开发出TBM刀盘自动装配系统的Solid Works插件,该系统具有自动装配和干涉检查功能,保证了自动装配后的刀盘模型准确、可靠。