全断面岩石掘进机

采用掘进机开挖水工隧洞 ,国外已属成功的经验 ,我国也早二十世纪 60年代中期就开始了研制工作。为了加快水电建设地下开挖工程的施工速度 ,水电部自 1 966年起 ,由上海勘测设计院机械设计室设计 ,上海水工机械厂制造了我国第一台Φ 3.4m隧洞掘进机 ,开始了试验研究工作。以后上海水工机械厂又陆续研制了Φ5 .8m、Φ5 .5 m、Φ6.8m三种不同直径的掘进机。至 1 979年 9月、以上几台机器分别在杭州玉皇山、保叔山、云南西洱河、北京落坡岭、贵州猫跳河工地结合工程共进行了五次试验 ,其中在石灰岩、白云质灰岩、凝灰质流纹斑岩中共掘进65 6m,…     

全断面硬岩掘进机刀盘结构改进设计

刀盘是全断面硬岩掘进机(简称TBM)的核心工作部件,其结构设计对TBM掘进性能有很大影响。以辽西北供水项目的 TBM刀盘为研究对象,建立等效刀盘几何模型和有限元模型,依据典型载荷工况在刀座上施加滚刀额定三向载荷,分析不同载荷工况下结构应力及变形分布情况,发现在法兰与支撑筋的焊接部位出现刀盘最大应力(146MPa),支撑筋与法兰连接处应力存在大幅度的突变,这与该焊接面积过小有关,故增加法兰与联接筋的焊接面积,提出刀盘结构改进方案,改进后结构最大等效应力降低56%,改进效果明显,为TBM刀盘的结构设计提供参考依据。     

开式全断面掘进机

秦岭隧道是中国乃至亚洲第一大长隧道,地质条件复杂。秦岭隧道的挖掘设备是引进Wirth公司的隧道挖掘机,Wirth公司是隧道挖掘机的专业生产厂家,本文介绍了秦岭隧道工程引进的开式全断面隧道掘进机。     

基于智能算法的全断面掘进机刀盘优化设计

分析了全断面掘进机刀盘的破岩机理,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优化数学模型,采用智能算法开发了一种针对盾构刀盘上刀具布置规律的优化程序,以EPB(Earth Pressure Balance)6.28型全断面掘进机刀盘为例进行了优化设计.通过对两种刀盘刀具磨损性能的比较分析,数据结果表明与原刀盘相比新设计的刀盘具有更加良好的实用性.     

全断面岩石掘进机刀具布置设计方法

给出了全断面岩石掘进机的刀具布置设计方法,归纳出刀具布置的技术要求,并给出刀盘上不等刀间距的盘刀破岩量的估算方法。建立了带复杂性能约束的非线性多目标刀具布置优化模型,进而在该模型目标函数及其约束条件的耦合分析和解耦的基础上,给出刀具布置极径与极角计算的分阶段求解策略,并用演化算法进行了求解。以引进的某型号全断面岩石掘进机刀具布置问题为案例进行验证,并与原刀具布置设计方案进行对比,表明了该布置优化模型及其求解方法的可行性和有效性。     

全断面隧道掘进机刀盘裂纹尖端应力强度因子收敛性分析

针对全断面隧道掘进机刀盘裂纹损伤及寿命预测等工程问题,提出了基于子模型技术的应力强度因子求解方法,并用含裂纹的矩形钢板对该方法进行了验证,分析了裂纹网格参数对刀盘裂纹尖端应力强度因子的收敛性影响。结果表明,钢板的应力强度因子数值和理论计算结果最大相对误差为3.6%。同时得到了保证刀盘应力强度因子求解精度和效率的裂纹单元网格参数,为结构的裂纹扩展寿命预测提供了参考。     

全断面岩石掘进机

简要介绍全断面岩石掘进机的结构、基本功能及工作循环。     

全断面岩石掘进机刀盘简介

介绍了刀盘的结构形式、运动特性、力学特性及滚刀在刀盘上的布置原则等，对以后独立开发设计刀盘装置有一定的参考意义。     

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。     

基于实例推理的全断面岩石隧道掘进机刀盘主参数设计方法

刀盘主参数设计是全断面岩石隧道掘进机的关键问题,是影响其掘进性能的决定性因素。刀盘破岩机理复杂,刀盘须针对围岩属性进行适应性设计,充分利用先前刀盘设计实例中积累的成功经验和数据至关重要。提出基于实例推理的刀盘主参数设计方法。给出刀盘设计实例的表示方法;根据实例属性特点,给出各种属性的局部相似度计算方法;针对取值为区间数的实例属性,提出一种基于属性值概率分布的区间相似度计算方法;运用组合修改实例的方法获得新刀盘的主参数设计方案。经工程应用实例设计表明,该方法设计结果较好。     

TBM刀盘设计若干关键技术

刀盘设计是全断面岩石隧道掘进机的设计关键,是影响其掘进性能的决定性因素。综述了刀盘设计关键技术的研究进展,重点对盘形滚刀破岩机理、刀盘切削参数、围岩力学属性参数及试验、刀具破岩受力分析模型和施工预测模型、刀盘布局（含刀具布置）等方面进行了较系统的分析和总结。最后讨论了有待深入研究的问题。      

隧道掘进机刀群与盘体支撑筋耦合布置设计

刀盘是全断面隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)的关键部件,TBM刀盘系统设计直接关系掘进效率和可靠性。刀盘系统设计的关键是复杂岩石边界下刀群布置设计与刀盘盘体结构设计,二者相互耦合,相互影响。分析刀群与盘体支撑结构之间空间位置耦合以及支撑结构与刀盘强度刚度之间的非线性耦合关系,建立刀群与盘体支撑结构耦合布置优化模型,提出多子系统协同进化的刀具适应性布置与盘体结构耦合设计方法。以引洮工程为例进行验证,结果表明：支撑筋初始安装角与刀盘强度、刚度之间存在非线性函数关系,多子系统协同进化方法求解出的刀群与支撑筋耦合布置方案的最大等效应力、最大变形量、不平衡力矩、不平衡力、顺次角度等指标相比原方案降低了30%以上,以此证明提出的耦合优化模型及其求解方法的可行性和有效性,可为TBM刀盘系统设计提供一定的借鉴与方法支撑。     

硬岩掘进机盘型滚刀回转破岩仿真研究

硬岩掘进机上盘形滚刀在实际破岩过程中既随刀盘公转,又绕自身轴线自转,是一个复杂的运动过程。滚刀在破岩过程中受到的作用力的计算是进行刀盘设计和推进系统设计的重要依据。针对硬岩掘进机盘型滚刀破岩过程分析和计算的复杂性,应用ABAQUS软件中多体动力学原理建立滚刀组合回转破岩的有限元模型,模型中采用无限元网格施加无反射边界条件,消除模型大小对仿真结果的影响。通过分析计算滚刀破岩中所受的作用力,研究了滚刀回转破岩的刀间距及相位差。仿真结果表明,对于所选用的岩石类型,其最优刀间距为60mm,此时滚刀受到的滚动力最小,破岩质量最大,破岩比能最小;相邻滚刀的最佳相位差为120°,破岩质量最大,比能最小。研究为硬岩掘进机上刀盘刀具的布局研究奠定了基础。     

Wear Analysis of Disc Cutters of Full Face Rock Tunnel Boring Machine

Wear is a major factor of disc cutters’ failure. No current theory offers a standard for the prediction of disc cutter wear yet. In the field the wear prediction method commonly used is based on the excavation length of tunnel boring machine（TBM） to predict the disc cutter wear and its wear law, considering the location number of each disc cutter on the cutterhead（radius for installation）; in theory, there is a prediction method of using arc wear coefficient. However, the preceding two methods have their own errors, with their accuracy being 40% or so and largely relying on the technicians’ experience. Therefore, radial wear coefficient, axial wear coefficient and trajectory wear coefficient are defined on the basis of the operating characteristics of TBM. With reference to the installation and characteristics of disc cutters, those coefficients are modified according to penetration, which gives rise to the presentation of comprehensive axial wear coefficient, comprehensive radial wear coefficient and comprehensive trajectory wear coefficient. Calculation and determination of wear coefficients are made with consideration of data from a segment of TBM project（excavation length 173 m）. The resulting wear coefficient values, after modification, are adopted to predict the disc cutter wear in the follow-up segment of the TBM project（excavation length of 5621 m）. The prediction results show that the disc cutter wear predicted with comprehensive radial wear coefficient and comprehensive trajectory wear coefficient are not only accurate（accuracy 16.12%） but also highly congruous, whereas there is a larger deviation in the prediction with comprehensive axial wear coefficient（accuracy 41%, which is in agreement with the prediction of disc cutters’ life in the field）. This paper puts forth a new method concerning prediction of life span and wear of TBM disc cutters as well as timing for replacing disc cutters.     

盾构机铰接密封模拟台架的设计及应用

大型盾构机的铰接密封是盾构机的关键功能部件之一。设计盾构机铰接密封模拟台架,并介绍其设计方案及结构。该台架能模拟盾构机铰接密封的实际工况,能完成实际工况下铰接密封的密封性能测试,并可分析影响铰接密封件性能的主要因素,为判别密封产品的质量和开发更好的密封件产品提供数据依据。     

全断面岩石掘进机智能选型方案生成系统

利用人工智能技术对全断面岩石掘进机进行优化选型，实现掘进机方案设计智能化。针对隧道掘进机选型领域知识的特点，在知识获取中分别应用两种不同的机器学习方法：实例学习和类推学习，形成了一种协同推理模型；采用Microsoft公司的可视化集成开发工具Visual Foxpro6．0在Windows平台上建立了知识库，开发了基于人工神经网络和范例推理系统的功能模块，建造了掘进机智能选型方案生成系统原型；通过案例对该系统进行了验证。将该系统应用在掘进机选型智能决策系统中，可以有效地指导掘进机的设计与选用。     

盾构掘进机异形断面隧道切削机构的奇异性分析

首次选择五杆机构作为盾构掘进机(TBM)异形断面隧道切削机构,较全面地分析了切削机构的奇异性条件,并指出了切削机构的瞬时运动不确定位置,为今后实际工程应用时,提供了理论上的指导.