中铁装备岩石隧道掘进机在郑州下线

<正>1月26日,中国中铁装备集团的"直径8.03m全断面岩石隧道掘进机"在郑州下线。硬岩掘进机(TBM)广泛用于山体隧道掘进,每台造价2~3亿元人民币。过去,中国TBM大量依靠进口整机或技术。此前,除德国维尔特公司外,德国海瑞克和美国罗宾斯公司是世界掌握TBM技术和生产能力的三大企业。国内TBM专家茅承觉说:"TBM是集机、电、液及自控于一机的先进大型设备,自行研制的TBM虽能实用,但实际掘进进尺效率很低,对中硬岩月进尺只有80~200 m,而国外先进TBM对     

TBM滚刀在不同加载方式下的破岩机理研究

针对全断面岩石隧道掘进机(TBM)工作中刀具选型和刀盘中滚刀布局的问题,采用光滑粒子流(SPH)方法和有限元方法复合建模,对TBM常用的V型和常截面(CCS)盘形滚刀分别在同时加载和顺次加载两种情况下的破岩机理进行数值试验研究,得到了两种不同截面滚刀在不同加载顺序下破岩的动态过程和滚刀侵入过程中岩石裂纹的产生和扩展过程.研究结果表明:V型滚刀顺次加载下的破岩效果好于同时加载,CCS滚刀顺次加载时有利于大块岩屑的形成.     

TBM盘形滚刀破岩接触区受力分布

根据全断面岩石隧道掘进机(TBM)盘形滚刀破岩的特点,采用光滑粒子流(SPH)方法和有限元方法混合建模,对TBM常截面(CCS)盘形滚刀破岩过程进行三维数值试验研究.得到了不同贯入度情况下滚刀破岩时受到的正压力、滚动力及其分布规律,并利用CSM模型对试验结果进行了验证.最后得到了盘形滚刀破岩接触区内压力的分布规律,为TBM盘形滚刀的设计及应用提供参考.     

TBM的刀具改性与辅助破岩技术研究现状

硬岩掘进机(TBM)主要依赖滚刀-岩石界面的滚压作用进行隧道掘进作业,滚刀刀圈磨损严重、更换频繁,严重影响TBM掘进效率.本文介绍了TBM滚刀破岩原理与典型失效形式;从滚刀材料改性和结构优化角度归纳总结了TBM刀具改性的研究现状,指出单纯的滚刀改性优化对TBM掘进效率的提升作用有限;进而介绍了水射流、超声、激光和微波等外加物理场辅助破岩技术的研究进展;最后,从岩石力学性能化学弱化角度探讨了辅助破岩技术的新思路.     

基于TOC/TRIZ集成的TBM钢拱架拼装机构减振设计

TBM钢拱架是用于隧道掘进开挖最重要的支护构件之一，其安装效率对隧道的稳定性及人员的安全性有着重要影响。为了减小TBM在隧道掘进过程中产生的振动造成钢拱架拼装系统安装效率低的不利影响，文中将约束理论(Theory of Constraints, TOC)和发明问题解决理论(Theory of Inventive Problem Solving, TRIZ)进行融合，应用于钢拱架拼装机构的减振设计。首先，采用TOC对钢拱架拼装机构的不合理约束进行系统分析；然后，运用TRIZ求解输出多种设计方案，结合工程实际对不同方案进行评估分析；最后，提出合理的问题解决方案。通过TOC/TRIZ理论的融合应用解决了钢拱架拼装机构的振动问题，为相关隧道工程装备的设计提供了参考。     

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     

兰州水源地双护盾TBM应对不良地质技术

正随着我国经济实力的上升,以及我国西部大开发战略中的重点调水工程等实施,极大地促进隧道掘进掘进机(以下简称TBM)使用市场。针对兰州市长年以来自来水供水单一、且唯一取水口上游及周边石化企业布局的现状,按照省委、省政府安排部署,兰州市政府决定实施兰州水源地建设工程[]。双护盾TBM是一种极具代表性的隧道开挖设备,它可以实现TBM掘进与衬砌支护(即管片支护)同步进行,其施工是一个相对钻爆法即快     

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。     

小断面TBM施工中的刀具损耗分析

在TBM施工过程中,刀具是岩石隧道掘进机施工的主要消耗件,对隧道施工的顺利进行和施工成本有很大影响。如能对刀具的消耗进行有效控制,将会很大程度上提高TBM施工效率和降低工程成本。以越南某水电项目TBM施工为背景,通过对刀具失效形式进行研究,并对刀具非正常损坏形式及损坏原因进行了分析。由此可知,刀具损耗受刀具质量、围岩条件、设备运行状况、施工环境等因素影响较大。结合TBM施工过程中所采取的相应措施,为今后TBM施工中降低刀具消耗率提供参考。     

新型TBM螺旋槽滚刀破岩性能及接触行为研究

全断面隧道掘进机(TBM)是用于长大隧道建设的关键装备,在川藏铁路等国家重大战略工程中发挥着重要作用。但TBM在硬岩地层施工中仍然面临所需推力大、掘进速度慢、滚刀损耗严重等问题,亟待解决。尝试探索基于滚刀表面结构设计调控刀-岩接触的可行性,设计了一种新型螺旋槽盘形滚刀。使用直线切割破岩实验研究不同贯入度和岩石种类下新型滚刀的破岩性能,并利用颗粒流离散元数值仿真对其破岩机理进行阐释。结果表明,滚刀表面的螺旋槽设计可以显著地降低破岩时切削力,而对生成的岩石碎片总体积无明显影响,因此可以显著减小滚刀做功,降低破岩比能,提高破岩过程的能量利用效率。其机理在于螺旋槽有效地优化了岩石内应力分布,使得同一滚刀前后相邻的刃齿在沟槽下方岩石中形成拉应力区,该部分岩石未与滚刀直接接触形成岩石粉末,而是由拉裂纹互相贯通形成岩石碎片,即减少了岩石粉末数量、缓解了岩石过度破碎程度,最终达到了降低切削载荷和破岩能耗的效果。     

TBM滚刀切削温度对破岩效率影响的研究

TBM滚刀破岩效率是衡量非开挖工程中滚刀破岩性能的关键指标,而切削温度又是影响TBM滚刀破岩的关键因素。为了深入研究切削温度对滚刀破岩效率的影响,运用ABAQUS有限元软件,模拟分析滚刀在不同温度时的复杂非线性动态响应过程。研究结果表明:在(50~300)℃范围内,随着温度的升高,滚刀和岩石的力学性能发生改变。滚刀受力先减小后增大,岩石破碎体积持续增大,导致滚刀破岩比能先减小后增大。155℃为滚刀理想切削温度,破岩效率最高。研究结果为TBM滚刀切削温度的选择研究提供了一定的理论依据。     

基于子模型法对TBM刀盘的结构强度分析

刀盘是隧道掘进机(TBM)开挖岩石的核心部件,其由于整体尺寸大,刀柄安装位置倒角小,一般有限元整体分析很难获得该位置的准确应力,也就无法确定估算设计结构的强度和可靠性。因此,为解决由于TBM刀盘整体尺寸大、现实条件很难对其进行网格细化和网格质量的保证,而造成的有限元分析时间长、分析精度低等问题,应用子模型法对TBM刀盘进行结构强度分析,通过验证两模型分析结果收敛趋势的一致性和两模型局部优化分析对比,证明了子模型法的可靠性和可行性,也表明了子模型法为刀盘等大型构件的强度分析提供了新的方法,对今后的大型构件有限元分析具有一定的参考意义。     

多点分布载荷作用下TBM刀盘裂纹萌生寿命预测

隧道掘进机(TBM)是用于隧道掘进的大型复杂工程机械,刀盘是TBM的关键部件承载数十把滚刀与岩石作用。掘进时的反力和扭矩作用在刀盘上容易产生裂纹降低寿命,刀盘的寿命制约着TBM的寿命。为了研究刀盘的寿命,提出了综合运用多体动力学和有限元计算刀盘动应力的一种方法并使用此方法计算了刀盘的动应力,计算结果与实测数据的均值误差仅为13%。对动应力进行统计计数并按照幅值的分布规律将其分为八级,结合材料的应力-寿命曲线对刀盘裂纹萌生寿命进行了预测,预测结果表明刀盘的裂纹萌生寿命为84天。裂纹萌生寿命预测结果可以为TBM刀盘的抗疲劳设计提供参考,也可以为安排施工检修周期提供依据。     

敞开式岩石隧道掘进机液压系统故障排查三例

正1.推进液压系统(1)故障现象1台某型号敞开式岩石隧道掘进机(TBM)在硬岩隧道掘进施工过程中,其主推进缸无杆腔压力只能加载到11.5MPa,导致掘进困难。(2)故障排查根据该机主推进液压系统工作原理,检查主推进液压系统液压油管连接情况,结果主推进变量柱塞泵、控制阀组、推进缸之间的液压油管连接正确、无泄漏。对主推进变量柱塞泵进行憋压测试,测试结果为该泵的出口压力达到     

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。     

铁路长大隧道TBM施工关键要素

TBM是集机械、电气、液压、自动控制等技术于一体的大型隧道施工机械。与其他的隧道施工方法相比,TBM施工法具有施工速度快、质量安全可靠,施工过程工厂化、机械化、自动化程度高等特点,极大地改善了隧道施工条件和作业环境。目前TBM主要分为敞开式TBM、双护盾TBM和单护盾TBM,分别适用于不同的地层。本文以中天山项目为例,探讨铁路长大隧道TBM施工关键要素。     

基于多个隧道掘进机工程数据回归分析的滚刀磨损评价方法

为了评价不同隧道工程围岩对隧道掘进机(TBM)滚刀磨损的影响,解决滚刀磨耗难以准确预测的问题,基于北疆供水二期、吉林引松供水、陕西引汉济渭、大瑞铁路高黎贡山、深圳地铁10号线等多个隧道(洞)工程TMB滚刀磨损数据,选取岩石单轴抗压强度、岩石等效石英含量、岩石磨蚀性指标、岩体完整性指标、滚刀破岩体积磨损速率等参数进行数据回归分析。结果表明：岩石磨蚀性指标与单轴抗压强度和等效石英含量的乘积成对数函数关系,滚刀破岩体积磨损速率与岩体完整性系数和岩石磨蚀性指标的乘积成指数函数关系,滚刀刀圈寿命与岩体完整性系数和岩石磨蚀性指标的乘积成负指数函数关系。并并在此基础上,建立了岩石磨蚀性和滚刀磨损性的分级评价准则。     

基于VUMAT方法的TBM滚刀破岩仿真与试验

针对隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)刀盘设计过程中的滚刀间距确定问题,基于ABAQUS平台,采用用户定义子程序(User Material Subroutine,VUMAT)方法,编制了考虑损伤断裂和混合强化的岩石本构模型,进行了滚刀破岩过程的仿真计算。通过回转切削破岩试验,验证了仿真模型。使用经过验证的仿真模型开展成组计算,研究了刀间距对滚刀破岩法向力、滚动力和比能的影响,发现法向力和滚动力随刀间距增大而线性增大,TBM切削硬质砂岩的最优刀间距介于70~80 mm之间。     

铁建重工 ZTT7565型双模式斜井TBM

正产品亮点具有盾构和TBM 2种模式,能够适应软岩、硬岩和复合地层不同地质的开挖掘进,是长距离大坡度斜井施工的创新之作。该设备集开挖、衬砌、出渣、运输、通风、排水等功能于一体,同时具有盾构和TBM 2种模式,通过模式转换,能够适应软岩、硬岩和复合地层等不同复杂地质的开挖掘进。该机具有施工安全性好、施工速度快、隧道成型质量高、     

TBM—3^#输送机皮带曲线运行防跑偏方案及实施

简要介绍了用于桃花铺1号隧道施工的TBM在通过隧道进口段曲线时3#胶带输送机运行时存在的问题及其分析,提出了防跑偏的措施和实施方案,可供同类问题借鉴.