EPB盾构机土仓压力分布有限元数值模拟

结合某地铁施工实例,采用有限元方法数值模拟了土压平衡盾构机的土仓压力.通过计算刀盘开口率不同的土仓压力分布,建立了盾构机土仓的承压隔板压力与开挖面压力的关系,研究了刀盘开口率对盾构机土仓压力分布的影响.通过回归分析,得到刀盘开口率与压力传递系数之间的映射关系.数值模拟结果表明,有限元模拟结果与现场观测值基本一致.     

浅析盾构机刀盘的设计

刀盘是盾构机最重要的零部件之一,笔者通过实际工程及理论分析,阐述了盾构机刀盘设计过程中刀盘本体结构的关键设计要素,分析了刀盘刀具的选择及刀具布置,给出了进行刀盘强度计算所需的扭矩与推力的计算方法,为盾构机刀盘设计提供了一定的参考与借鉴。     

盾构机掘进过程中受力平衡分析

对盾构机进行受力平衡分析对于有效地控制地表变形和降低盾构掘进过程中的能源消耗是十分重要的.采用解析方法研究了盾构机掘进过程中的受力状态;研究了掘进工作面土压力、盾壳摩擦阻力和刀盘切刀贯入阻力的解析计算方法.研究表明,掘进工作面土压力阻力大约为盾壳与周围土体摩擦阻力的一半;而刀盘切刀贯入阻力为掘进工作面土压力阻力的20%左右.     

盾构机刀盘磨损修复技术的应用实践

刀盘是机械化盾构机的掘削机构,具有开挖地层、稳定开挖面、搅拌渣土等功能,并承受大扭矩、大推力和冲击载荷的作用,其工作状况非常恶劣。因此,刀盘在盾构推进过程中将会不可避免地出现磨损。通过工程实例,介绍了盾构机刀盘磨损修复的技术应用。     

盾构机刀盘所受载荷的分析现状

由于盾构机在地下施工,不易测量到刀盘所受载荷的数值,因此在对盾构机进行力学分析前需要先对盾构机刀盘的载荷进行分析。从荷载的解析分析和数值分析2个方面介绍了国内在盾构机刀盘方面的力学研究现状,并深入浅出地介绍了盾构机刀盘力学分析的基本思路。对盾构机刀盘的力学分析及结构设计具有一定的指导意义。     

盾构力盘虚拟样机优化设计与研究

盾构刀盘是盾构机的关键部件，不同的地质地层应采用不同刀盘结构形式和刀具布置，刀盘和刀具的好坏关系到盾构施工的成败，将直接影响盾构掘进机的速度和效益。     

刀盘摩擦力矩研究

盾构机刀盘转矩主要由刀盘前表面上的摩擦力矩、刀盘背面上的摩擦力矩、刀盘圆周面上的摩擦力矩和刀盘切削土体的转矩组成。通过对摩擦力矩经验公式分析和对地层的剖析,形成了更加严谨的理论依据。运用土体力学与几何物理公式,梳理出更加合理的计算方法。经实例验证,该方法较为准确,可以作为实际设备设计、校核和评估的参考标准。     

盾构机刀盘推力试验研究

针对盾构机施工现场环境恶劣,难以直接测量其刀盘推力的问题,提出了一种试验和有限元仿真相结合的测量方法。首先建立了盾构试验样机,搭建相应的试验装置,以该样机实际切削工况作为边界条件进行有限元仿真,分析刀盘及胸板上的应力分布,并以此确定试验时应力采集点的位置。对比试验结果和仿真分析,建立采集应力和样机刀盘推力之间的关系。试验结果表明,测得推力与液压缸实际推力平均误差为 6.69%。该试验方法为类矩形盾构机刀盘推力的测量提供了理论依据。     

一种新的盾构机土仓压力控制模式及其实验研究

为解决盾构机土仓压力控制的快速性和稳定性问题,提出了一种新的控制策略。该控制策略将螺旋输送机的旋转速度和盾构机的推进速度作为可控变量,采用优化算法实现盾构机土仓压力自适应控制。研究表明：由于刀盘的直径比螺旋输送机的直径大很多,因此通过补充调整盾构机的推进速度控制土仓压力会更有效。试验结果表明,与单独控制螺旋输送机转速控制土仓压力方法相对比,土仓压力控制的快速性和稳定性都得到了提高。     

基于PLC及变频技术的盾构机刀盘系统控制

针对液驱盾构机在大断面城市地铁施工中效率差、噪音高、系统复杂、泵站占用空间大等特点,提出采用西门子PLC结合变频器控制电机驱动刀盘转动的系统。该系统操作简单、运行稳定,能耗小、易维护,可以提高刀盘转动效率、降低启动转矩,简化盾构机后方设备及改善隧道内环境。     

过江泥水盾构常压进仓作业施工技术

以第一条下穿赣江南昌地铁1号一期工程秋中区间隧道工程为依托,该工程中成功完成常压进仓下刀具检查及更换、破碎机维修、刀盘冲洗及冲刷系统改造,极大保证了盾构机的使用安全及效率。结合工程实际施工情况,介绍泥水盾构机在过赣江底常压进仓作业的技术要点及注意事项,为类似工程提供参考。     

盾构机刀盘刹车压力与温度的 关联性研究

针对盾构机刀盘刹车液压系统压力异常增高的问题,在分析刀盘刹车液压系统工作原理的基础上,通过理论分析计算、AMESim仿真以及试验,研究了温度对刹车压力的影响。结果表明,温度升高是造成刹车液压系统压力异常增高的主要原因。该结论对后续优化盾构机刀盘刹车液压系统,以及其他机型刀盘刹车装置的设计具有借鉴意义。     

盾构机刀盘驱动高承压密封试验平台设计测试研究

主驱动密封作为盾构机刀盘驱动的核心部件,其仍然长期依赖进口,这使得国产盾构机驱动的设计一直处于被动地位。为了推动刀盘驱动密封的国产化,打破盾构机关键部件的进口垄断,本文对驱动密封试验平台研发进行阐述,验证国产驱动密封的耐压性能、可靠性和稳定性,以期可为国产驱动密封的应用提供数据支撑。结果表明：试验平台能满足目前市场上多翅型密封及VD型密封两种主流密封形式在高工作压力下的试验需求,研制的密封圈在1 MPa工作压力下密封性能良好,其性能达到预期的效果。     

全断面硬岩地层盾构卡机原因分析与脱困措施

盾构机在全断面硬岩地层掘进时,姿态恶化导致盾周或盾尾与地层或管片间摩擦力大大增加、因刀具磨损导致开挖直径不够,会造成盾构机被卡,尤其在小半径曲线上更容易被卡。对卡机原因进行系统分析,对不同程度的盾构机被卡,采用了不同的有针对性的脱困措施。轻微卡机可采用加大推力或后置辅助油缸的方式脱困;卡机严重时采用刀盘前方爆破开挖作业洞室,反向沿盾壳周边密排钻孔或爆破开挖的方式脱困,爆破处理遇富水、破碎岩块时需要做必要的支护,以此确保施工安全。     

基于粗糙集与BP神经网络的盾构机刀盘故障预测

为实现对盾构机刀盘的故障预测,提出一种基于粗糙集理论与BP神经网络相结合的盾构机刀盘故障预测法。首先应用粗糙集理论的基于动态层次聚类的离散化算法对刀盘历史数据离散化处理,然后利用改进的基于差别函数的属性约简算法约简决策表,将冗余属性从决策表中删除,把经过约简的数据作为输入端输入BP神经网络,构建故障预测模型,最后以盾构机刀盘故障预测为例进行试验验证。结果表明,该模型能有效缩短训练时间,提高预测效率,具有较高的预测精度,在实际工程应用中具有良好的应用价值。     

泥水盾构带压进仓气密性分析

大直径气垫式泥水平衡盾构机在掘进过程中,在不同的地质条件下对盾构机的刀具都会有不同程度的磨损,尤其是在以砂卵石为主的地层中,盾构机的刀盘、刀具更易磨损,为了保护盾构机刀盘不能被轻易磨损,保证其使用寿命,需要经常带压进仓对磨损的刀具进行更换,但大直径泥水盾构带压进仓作业,需要开挖仓内有良好的气密性来保证仓内的气压稳定,如何防止开挖仓内的高压气体逃逸是解决该问题的关键。通过对北京铁路北京站至北京西站地下直径线2标工程采用的12.04m泥水平衡盾构的带压进仓换刀的工程实例,对如何解决带压进仓作业的气密性问题进行了详细的介绍,希望对类似工程有借鉴作用。     

盾构机模拟试验台中的刀盘驱动液压系统

盾构机模拟试验台既可用于各种工作装置的功能模拟,又可用于控制系统的逻辑关系模拟,其中的液压系统为各种工作装置提供动力。同时又是控制系统的主要控制对象。模拟试验台中的液压系统由刀盘驱动系统、推进系统及模拟加载系统组成,以下就川盘驱动液压系统的设计方案与工作原理作出简单介绍。     

全断面岩石掘进机非连续刀盘形变理论及应用研究

全断面岩石掘进机破岩作业过程中,刀盘的弹性变形是振动大、盘形滚刀破岩作业效能下降的主要原因之一。在分析刀盘结构的基础上,提出并建立了全断面岩石掘进机刀盘的弹性变形模型;考虑刀盘中心一般设置中心滚刀,从而将刀盘看成非连续弹性薄板,并以刀盘支撑为夹支及其边缘自由为边界条件,对刀盘弹性变形模型进行了求解。通过实例应用,发现了全断面岩石掘进机破岩作业过程刀盘弹性变形的不均匀性,从而提出了曲面刀盘的概念并提出此曲面刀盘可在刀盘设计、研制过程中实现,从而为增加刀盘刚度、降低全断面岩石掘进机破岩作业振动及提高盘形滚刀破岩作业效能的刀盘设计提供了借鉴。     

黏性矿物中刀盘扭矩及掘进总推力建模与试验研究

主要研究了掘进机刀盘作业土质的特性及刀盘扭矩和掘进总推力。在分析完离子型稀土矿物土质的特点后,建立了掘进机刀盘结构模型,然后根据刀盘结构模型建立了刀盘扭矩及掘进总推力的数学模型,最后依据刀盘结构模型建立刀盘扭矩和掘进总推力的试验模型。并通过研究掘进机在离子型稀土矿矿物土质中刀盘扭矩和掘进总推力的变化规律,得出不同刀盘结构参数对刀盘扭矩和掘进总推力的影响。研究结果表明,试验所得刀盘扭矩和掘进总推力与所建立数学模型得出的结果相差小于10%,从而验证了所建立的数学模型的正确性;根据建立的数学模型可知刀盘开口率及刀盘正面与切向夹角是影响掘进机刀盘扭矩和掘进总推力的重要参数。最后通过分析实验结果得出适宜的刀盘结构参数。     

全断面岩石掘进机刀盘面板振动分析

通过对全断面岩石掘进机刀盘结构的分析,定义了刀盘面板边界力学条件,通过分析其弯曲特点,给出了刀盘面板自由振动方程,从而建立了刀盘面板固有振动频率计算式并揭示:在全断面岩石掘进机刀盘面板材料一定的条件下,其固有振动频率只与刀盘面板厚度有关,且成正比例关系。研究结论为全断面岩石掘进机工程应用及刀盘设计提供了借鉴。