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。     

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。     

土压平衡盾构机主轴承力学性能分析

对某型号盾构机主轴承所承受的外部载荷进行了分析,将所受倾覆力矩等价为一对大小相等方向相反的轴向力,分析并计算了各列滚子在各个力单独作用下所承受的载荷及产生的接触变形,并通过变形叠加的方式求解出第1,2列滚子实际的载荷分布,从而得出了各列滚子中受力最大滚子的承载量。最后,对各列受载最大的滚子进行了有限元分析,得到了滚子的最大接触应力及接触变形。     

土压平衡盾构机刀盘牛腿的有限元分析

采用有限元法对土压平衡盾构机的关键部件刀盘牛腿进行静力学分析,同时计算其在受力条件下的前6阶模态的固有频率、振型、相对位移的分布图。分析结果显示出受力薄弱区以及抗震薄弱区,为刀盘牛腿的静力学以及动力学优化提供必要的依据。     

土压平衡盾构机的隧道箱式变电站研究

介绍了土压平衡盾构机箱式变电站的总体布置、技术参数、IP防护等级以及主要特点。     

土压平衡盾构机刀盘电机控制系统的设计

为解决盾构机刀盘电机控制系统中存在的程序控制点多、逻辑复杂，易导致系统调试和维护不便的问题，将模块化编程技术应用于刀盘电机控制系统程序设计中。开展了刀盘电机控制系统结构分析，建立了刀盘运行状态和各个辅助系统之间的关系，提出了“将刀盘电机运行分成若干个状态，将各个辅助系统的条件采集过程设置为子程序”的状态机编程思想，子程序负责采集系统信息供给状态机决策使用，状态机完整描述了刀盘电机可能经过的各个状态并直接决定刀盘电机在该状态下所执行的动作。将该系统应用于实验型土压平衡盾构机中，并进行了大量的实验。研究结果表明，该系统完全满足土压平衡盾构机刀盘电机控制的需要，状态机编程可使整个程序构架更加清晰明了，易于调试和后期维护。     

微型土压平衡盾构机液压系统故障分析

以微型土压平衡(Earth Pressure Balance,EPB)盾构机推进液压系统作为研究对象,介绍了推进系统的工作原理,对混入空气后的油液黏度和有效体积弹性模量进行分析,建立了推进系统数学模型,并对混入不同百分比空气的系统进行仿真运算,得到了液压缸位移响应和速度响应随系统含气量变化的关系.研究表明:随着液压系统...     

土压平衡盾构机行星减速器热平衡分析

土压平衡盾构行星减速器热平衡分析对保证行星减速器的正常运行和盾构机的运行可靠性具有重要意义。忽略各构件内部温差对传热性能的影响,将传动系统各构件转换为节点,综合考虑各构件间的耦合关系,在对热传递过程中的热阻进行研究的基础上,基于热网格法建立行星传动系统的热平衡数学模型,并对土压平衡盾构机行星减速器的热平衡过程进行计算。结果表明,齿轮啮合次数对齿轮温升具有重要影响。将仿真结果与测试结果进行对比,结果验证了基于热网格法的行星减速器热平衡模型的正确性。     

土压平衡式盾构机土压控制的模拟实验

介绍了土压平衡式盾构机土压平衡的工作原理,在盾构模拟试验台上采用自整定PID对盾构密封舱内的土压力进行了实时控制。由模拟实验可知,在保持推进速度不变的情况下,通过对密封舱内土压力的实时监测来控制螺旋输送机转速的实时变化,可控制密封舱内土压力在设定的范围内,从而达到控制地表沉降、减少地表变形的目的。     

微型土压平衡盾构机刀盘开口率对排土率的影响

刀盘开口率是刀盘设计的关键参数,是决定盾构机是否稳定掘进的关键参数之一.在充分理解刀盘与开挖面相互作用的基础上,分析了开口率对排土率的影响,并推导出最大排土率与最小排土率的计算方法.根据该计算方法,研究了不同直径的刀盘在砂砾石地层掘进时,排土率随开口率变化的情况.分析结果表明:在砂砾石地层中直径为3m的刀盘开口率取值为70%~85%时有利于开挖面的稳定.     

基于CFD的土压平衡盾构刀盘开口分布特征研究

土压平衡(Earth pressure balance,EPB)盾构刀盘的开口率及开口分布特征的设计是刀盘地质适应性设计的关键技术之一,直接影响开挖渣土的流动性及盾构的掘进效率。针对不同掘进地质条件下盾构刀盘开口设计的复杂性问题,利用刀盘切削渣土被改良为"塑性流变状态"的特性,运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)理论,建立包括渣土、刀盘、土舱和螺旋输送机在内的CFD模型,利用实际工程掘进数据验证CFD模型计算结果的正确性与方法的可行性,在此基础上,分析获得给定地质条件下相同开口率不同开口分布特征的刀盘前后渣土的压力分布规律,以及刀盘开口分布特征对盾构机刀盘开挖渣土流动性能的影响作用关系,并通过回归分析,得到刀盘开口分布特征与刀盘前后渣土压力之间的映射关系。研究为高效、稳定掘进的土压平衡盾构刀盘拓扑结构优化设计提供方法。     

液压推进系统在土压盾构机上的应用分析

主要介绍土压平衡盾构机液压系统的组成和工作原理,以及液压推进系统在盾构机上的应用,详细介绍了盾构机上液压推进系统中推进油缸的选型和推力的计算。     

基于多系统协调的密封舱压力智能化控制

掘进面地层水土压力和密封舱压力相平衡是盾构机安全掘进的关键,密封舱压力控制是当前盾构研究的热点。研究根据场切深指数(Field penetration index, FPI)及扭矩切深指数(Torque penetration index, TPI)指标判断土体参数,实现地质的在线识别,为盾构机推力、扭矩和推进速度的设定提供依据。根据质量守恒定律并考虑盾构密封舱渣土的可松性,建立土压平衡盾构密封舱压力控制机理模型,并通过模型预测控制器进行多系统协调控制。对比常规比例-积分-微分(Proportion- integration-differentiation, PID)控制器,多系统协调控制具有更优的控制性能,使盾构机处于工况稳定,掘进快速,节能高效的理想状态。     

基于压力动态平衡的盾构密封舱压力控制方法

针对盾构密封舱压力系统缺乏机理模型,无法实现快速准确地压力控制问题,在密封舱压力控制机理分析基础上建立了密封舱压力动态平衡的数学模型。采用离散元法对密封舱压力场进行仿真,研究刀盘开口率、埋深等因素对密封舱压力传递关系的影响,分析了密封舱隔板压力与测点压力的映射关系,定义了密封舱压力传递系数,并在此基础上提出了密封舱压力控制的参考压力值设定过程。考虑密封舱压力系统机理模型的非线性与时变特点,提出密封舱压力的双变量最优控制策略。基于土压平衡盾构密封舱压力控制试验台对所提控制方法进行试验验证,研究结果表明：控制精度与速度均能满足适应地质变化的密封舱压力系统控制要求。     

土压平衡盾构机前盾应力分析及补强措施

根据盾构机工作的地质环境,结合前盾结构设计原则,计算前盾结构在实际工作中所承受的载荷。确定分析所需的边界条件后,为提高计算效率和分析精度,采用8节点壳单元,而为施加切向载荷采用表面效应单元。根据前盾结构应力分析的结果及内部空间布置要求,提出结构的补强措施,改进后的设计方案满足前盾工作的技术要求。     

土压平衡盾构机长距离穿越平瓦房施工

土压平衡盾构机因其施工安全可靠、适应地层广泛、对地层扰动较小、沉降易于控制等特点在城市地铁施工中被广泛应用,但盾构机参数的合理选择对隧道施工效果影响巨大。本文以北京地铁八号线隧道顺利穿越平瓦房区施工为例,介绍了盾构施工的相关技术措施及对地层的影响,为城市地铁施工提供了重要借鉴。     

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。     

基于BP神经网络的盾构土舱压力平衡控制仿真分析

神经网络可以对任意复杂的非线性关系充分逼近,可以学习和自适应不知道或不确定的系统,应用神经网络对盾构机土压平衡进行控制可以达到实时控制的目的。使用Matlab7.0神经网络工具箱可以实现盾构机土压平衡系统神经网络控制的模拟和仿真,对以后相关控制提供一定的理论依据。     

盾构掘进过程中隧道上覆地层松动土压力研究

针对盾构法隧道施工过程中如何合理地确定上覆地层松动土压力问题,提出基于极限分析理论的松动土压力计算方法。研究地层发生主动失稳时的破坏模式,假设地层为服从莫尔-库仑屈服准则的理想弹塑性体,构建由多刚性滑块构成的失稳破坏模型,考虑了黏聚力、地表超载和岩土重力对地层稳定性的影响,建立松动土压力极限分析模型。算例分析表明：在大埋深情况下,极限分析模型的计算结果与离心模型试验和数值模拟的结果相接近,计算精度优于传统的太沙基理论,合理地反映了土层拱效应作用。计算结果也表明：受土层拱效应影响,松动土压力同隧道埋深成正比,并趋于稳定值,计算精度也随着埋深的增大而提高;松动土压力与砂土内摩擦角成反比,且内摩擦角越大计算精度越高。