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。     

软硬交互岩层顶管施工技术研究

针对软岩和硬岩交替出现的复合地层,设计了一种采用闭式液压驱动刀盘的泥水平衡顶管机,能够实现刀盘在软岩地层和硬岩地层中,低速模式和高速模式的自由切换。通过现场应用试验,验证了该型号顶管机可满足在软硬交互岩层中的施工要求,在不同地层中均能够保持较为稳定的工作状态。     

上软下硬复合地层盾构施工地表沉降控制研究

上软下硬复合地层施工具有较大难度,而且需要耗费大量时间,在实际施工中主要采用盾构法,以确保开挖面的稳定性,但是由于地层地质、施工条件等影响,导致工程施工中出现地表沉降问题。基于此,本文针对施工中盾构施工地表沉降的监测、合理布设监测点及相应的控制措施进行了分析研究,通过控制盾构推力、注浆,改良地层等措施,保障了施工的稳定性,为后续工程建设做好了铺垫工作。     

针对软土地层基岩凸起大直径盾构刀盘选型分析

随着TBM和盾构设备在铁路、地铁、电力、水利、城市交通等施工领域的运用,隧道工程已向长距离、超埋深、高水压、大直径等方面发展,同时也增加盾构施工难度,对设备的系统配置要求越来越高。特别在大型城市市区内施工,建筑物密集、隧道埋深浅、周边环境复杂,更加大了工程施工风险和施工难度。确保工程安全快速施工,前期在设备选型配置阶段进行设计及分析至关重要。本文以某道路改造工程为依托,从地质详勘分析、复合刀盘设计、刀具选择、类似工程施工参考进行分析,实现盾构在上软下硬、基岩凸起段地层中的长距离安全快速掘进,为区间的盾构设计、盾构施工提供依据。     

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...     

融入复杂地层动态识别的盾构施工地表沉降预测方法研究

针对盾构掘进过程中无法全面动态感知地质信息引发的难以精确预测地面沉降问题,提出了一种融入动态地层识别的地面沉降预测方法,该方法基于XGBoost动态地层识别模型,利用盾构施工参数对地层变动情况进行反向推演,明晰了地层变动时施工参数的变化规律;通过基于BP-SVR的地面沉降预测融合模型最终得到距开挖面不同距离处的地面沉降量与地层情况、掘进参数的内在关联关系,从而实现了复杂地层自适应的地面沉降量准确预测。在某地铁施工区间590环数据验证下,所提的地面沉降预测方法相比传统预测方法具有更高的预测精度。     

变约束条件下硬岩掘进机推进系统动态特性

硬岩掘进机在复合地质条件掘进时刀盘的波动载荷引起撑靴支撑刚度的变化,它们的耦合严重影响硬岩掘进机动态特性。应用Lagrange法建立硬岩掘进机推进机械系统动力学模型,研究岩石变形和不同撑靴支撑刚度下TBM进行直线和曲线推进时动态特性响应。结果表明,直线掘进时,岩石的变形和失效导致TBM掘进速度发生变化,掘进方向的位移变小,曲线掘进时撑靴与岩石的接触刚度变化对运动特性影响更为明显。     

上软下硬地层盾构法施工技术

上软下硬地层的地质条件特殊,于该处组织地铁施工时难度较大,常伴有质量或安全层面的问题。以地铁工程为背景,根据现场上软下硬地层的基本特点,分析施工过程中存在的主要问题,如盾构掘进效率低,盾构姿态偏差、刀具异常磨损,开舱换刀难度大等,进而对盾构法施工技术在其中的应用展开探讨,阐述具体技术要点,最终保证了工程的整体质量。     

硬岩掘进机可掘进性分级性能预测模型的建立及实施

硬岩掘进机(TBM)性能预测是关于掘进机选型、设计和施工的核心问题。文中基于复杂地质条件下TBM掘进性能分级预测的前期研究工作,提出依托样本数据,建立在不同岩体可掘进性等级条件下,以特定岩体掘进指数(SRMPI)为性能预测指标,融合地质、施工等领域参数的TBM性能预测模型。在此基础上,通过模型细化和科学推导得到TBM其他系统级性能指标,从而建立完备的TBM性能预测体系。将所建模型应用于兰渝铁路西秦岭隧道工程的某一施工标段,预测结果验证了该模型的科学性、有效性和指导施工的可操作性。     

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。     

臂式掘进机现状及其在遂道施工中的应用

目前,隧道施工方法主要有钻爆法和综合机械化掘进法（简称“综掘法”）。机械化施工具有效率高、作业环境好和安全性高等特点,是会后隧道施工的必然趋势。掘进机皇综掘法的主要设备,是一种集切割吉石、装载、转运石碴、降尘等多种功能于一体的大型高效联合作业机械,具有连续掘进、无爆破震动、对围岂振动小、减少超挖、节约衬砌材料等优点。掘进机又分为全断面和部分断面掘进机。在大断面、长距离硬岂隧道的掘进中,全断面掘进机（ＴＢＭ）发挥了重要作用。例如,世界著名的英吉利海峡海底隧道就是用１１台全断面掘进机完成的;我国“西康”铁蹈中的奏岭隧道即采用两台德国产ＴＢ８８０Ｅ全断面掘进机施工,单台平均月进尺３１２ｍ,最高日进尺４０．５ｍ,取得了很好的施工效果。但是全断面掘进机作业线投资偏高,对隧道围岂地质和断面适应性差,影响了其使用的广泛推广。臂式掘进机是一种部分断面掘进机,其截割臂可以上下、左右自由摆动,能切割任意型状的隧道断面。臂式掘进机集开挖、装碴和自动行走于一身,进退自如,操作灵活,对复杂地质适应性强,便于支护,可以适应中、软岩隧道不同的施工方法,因此是中小型中、软岩隧道的理想开挖工具。     

TBM在中部引黄工程中的应用

山西省中部引黄工程深埋长隧洞的涌水具有涌水量大、水头压力高、补给丰富等特点,同时施工中不断会出现断层、涌水涌泥、岩溶、软岩、岩爆和煤层等现象,因此工程采用双护盾TBM掘进.以山西省中部引黄工程中某标段TBM隧道为背景,分析了引黄工程TBM隧道穿越断层破碎带、富水段,长距离、大坡度反坡排水等一系列施工重难点,并从隧洞掘进...     

复合式土压平衡盾构机开挖面稳定作业机构

在使用盾构机进行隧道施工过程中,稳定的开挖面可防止由于开挖引起地下土层失稳、地表隆起或地面塌陷等现象,是实现隧道安全高效掘进的关键要素和主要控制目标。ZTE6250型复合式土压平衡盾构机针对复合地层设计,具有良好的地层适应性,能够快速有效地完成隧道掘进任务。     

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。     

复合式土压平衡盾构机在特殊地质段的掘进方法

随着国民经济的发展,越来越多的城市地铁及地下工程采用先进的盾构法施工,复合式土压平衡盾构机作为主要机型得到了广泛的应用.同时因为盾构机刀盘和刀具对地层的适应范围很窄,当遇到地质情况发生突变时,掘进会受到很大的影响,甚至会造成设备的严重损坏.如何快速、准确地判断地质条件,选择合理的掘进模式和掘进参数,尤其是如何顺利、安全的通过地质特殊的地段,成为制约盾构施工水平上一个新台阶和拓展盾构使用范围的瓶颈.     

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.     

土压平衡盾构螺旋输送机配置选型研究

螺旋输送机是土压平衡盾构的排土装置,是土压平衡盾构的重要组成之一。它具有排渣、形成土塞保持土仓内土压稳定、通过控制排土速度实现动态土压平衡稳定开挖面三大功能。根据不同的施工水文地质条件,对螺旋输送机进行正确地配置选型,是盾构方案设计过程中的关键环节之一。若配置不当,将会造成喷涌、磨损、无法在掘进中途维修等严重后果,导致盾构施工无法正常进行。在介绍螺旋输送机工作原理、受力特征的基础上,结合不同的盾构施工水文地质条件对螺旋输送机配置选型进行分析研究,提出了土压平衡盾构螺旋输送机配置选型标准,并重点讨论针对复合地层的螺旋轴耐磨块结构设计。最后以成都为代表的砂卵石地层为例对该地区地铁隧道盾构施工的螺旋输送机进行配置选型。     

TBM驱动系统在不确定地质下的动力学分析

为了研究不确定地质情况下的全断面岩石掘进机(TBM)驱动系统的振动响应差异性以及如何根据不同地质情况选择合理的驱动形式,提出一种不确定地质下的TBM驱动系统动力学分析方法。首先,建立了地质等效模型及典型工况模型,并由集中质量法建立TBM驱动系统的多自由度耦合动力学模型。然后,根据不同地质情况并结合区间理论得到与地质情况相对应的各工况的区间载荷,并将区间载荷代入动力学模型,求解得到不确定地质和各工况情况下的各驱动形式的动力学响应。最后,通过对比最大推力工况下不同驱动形式下的动力学响应区间得到:(1) TBM掘进时,当地质均为复合岩层时,对称分布形式的驱动形式较为稳定。(2)当地质为均质岩层时,均匀分布形式较为稳定。(3)随着地质中硬岩数量的增多,驱动系统的布置形式对于振动的影响也在逐渐增加。     

基于力学分析的TBM掘进总推力预测模型研究*

提出一种基于力学分析的全断面岩石隧道掘进机(Tunnel boring machine,TBM)掘进装备总推力的预测建模方法。在TBM装备掘进过程中,总推力的影响因素多且复杂,主要包括施工地质条件、装备结构特征、装备掘进状态等几类核心参量。从分析装备与地质间相互作用的力学特征入手,通过求解滚刀与岩石接触弧线上岩石单元体的极限应力状态,建立能反映地质、操作等关键参量影响的刀盘破岩力计算表达式。在刀盘载荷分析基础上,补充考虑装备护盾、后续设备等部件上作用的载荷分量,建立TBM装备掘进总推力预测模型,并结合我国两个典型工程案例对所建模型进行分析与验证。进一步引入单位贯入度对应总推力值,作为讨论TBM载荷地质适应性的指标,近似剥离操作参数的影响,分析载荷与地质参数间的内在相关关系。分析结果表明,在各个地质参数中,单轴抗压强度是对掘进总推力起到核心影响的关键地质参数,与单位贯入度对应的总推力间存在近似的线性关系。本工作可对不同地质条件与不同操作状态下,TBM装备掘进总推力进行预估计算,为装备载荷的优化设计与智能控制提供参考依据。