大坡度斜井TBM溜渣试验研究及TBM优化设计

对山东文登抽蓄电站TBM渣片粒径、含水率、溜渣临界倾角等因素进行分析,对山东文登抽蓄电站TBM渣片粒径重新级配,开展利于出渣的渣片最优级配研究.基于试验结果,对斜井TBM刀盘、刀具布置、喷水及掘进参数进行优化,使斜井TBM出渣的粒径分布与含水率满足斜井自溜出渣的要求.研究结果对斜井TBM优化设计及掘进管理具有参考意义.     

基于耦合FDM-DEM方法的TBM滚刀最优化研究

为确定TBM盘型滚刀的最优布置,结合有限差分法(FDM)和离散元法(DEM)的优点,采用FDM-DEM耦合的数值模拟方法,对不同刀间距和贯入度条件下TBM双滚刀破岩过程进行三维动态仿真模拟,分析研究了不同滚刀配置对岩石破碎效果的影响。为了验证所提出方法的可行性和准确性,利用线性切割机(LCM)对科罗拉多红色花岗岩进行了切割试验,通过对比分析线性切割试验数据,验证了所提出方法的可行性。数值模拟结果表明：对于科罗拉多红色花岗,滚刀法向力和切向力会随着刀间距和贯入度比值的增加先减少后增大,当刀间距和贯入度的比值为20左右,滚刀法向力和切向力最小。线性切割试验和数值模拟结果均表明,当间距和贯入度的比值在17～20左右,岩石切割的比能量最低,此时TBM切割效率最高。文章提出方法的方法可以为TBM滚刀刀头配置提供重要依据。     

基于岩碴粒径分布规律的TBM破岩效率分析

岩碴的形状、大小及其粒径分布规律是综合反映TBM破岩效率的重要指标,也是TBM掘进参数与岩石性质的重要联系。根据盘形滚刀破岩机制,对TBM掘进岩碴进行了现场量测和筛分试验,获得了TBM岩碴尺寸特征和粒径分布规律。在此基础上,对实测岩碴尺寸和粒径分布数据进行了统计分析和理论分布函数拟合。分析了粗糙度指数与岩石强度、岩石耐磨性的关系,探讨了不同围岩等级下粗糙度指数随掘进推力的变化规律。研究结果表明:①片状岩碴的长轴与短轴之比约为1.5,而长轴与厚度之比则差别较大,其长轴、短轴和厚度均服从正态分布;②不同岩性条件下岩碴粒径分布均符合Rosin–Rammler函数分布;③岩碴粗糙度指数越大,TBM破岩效率越高;硬岩条件下岩碴粗糙度指数随单轴饱和抗压强度增大而减小,而中硬—软岩条件下则相反;④无论是软岩还是硬岩,岩碴粗糙度指数随岩石耐磨性增大而减小,岩石耐磨性越强,TBM破岩效率越低;⑤TBM破岩效率与围岩等级密切相关,可根据现场实测岩碴粒径分布规律,确定Ⅱ级和Ⅲ级围岩条件下TBM破岩效率最佳时的掘进推力区间。     

不同围压条件下TBM刀具破岩模式的数值研究

为了研究不同围压条件下TBM刀具在掘进施工过程中的破岩机理,基于2-D离散单元法,利用UDEC仿真软件建立了双把TBM刀具侵入岩石的仿真模型。在此基础上设计了一组数值试验,成功地模拟出了不同围压条件以及不同刀间距下岩石裂纹生成,扩展和岩石破碎的全过程。仿真结果表明：TBM刀具作用下岩石存在四种基本的破碎模式,它们的出现与围压以及刀间距有关;破碎模式对刀具的破岩效率,岩石破碎块度均有影响;随着围压的增加,最优刀间距增大,但围压超过一定值后,最优刀间距反而减小。     

TBM刀盘结构设计探究

分析探索了TBM刀盘设计的思路,总结了TBM刀盘布置设计时需要满足的功用,利用有限元方法对某工程案例中设计的刀盘进行了仿真验证,对进一步的优化方案提出建议。     

中铁十八局集团自主创新TBM技术获得国家专利

中国铁建十八局集团隧道公司大胆对TBM进行技术攻关。日前，该公司开发的“敞开式隧道掘进机TBM刀盘前刮碴装置”被国家知识产权局授予实用新型专利。不久前，“TBM刀盘整修”QC成果还获得“全国优秀工程建设优秀质量管理小组奖”。TBM隧道掘进机是目前国际长大隧道施工最有效的大型综合性施工机械。目前，中铁十八局集团拥有3台TBM隧道掘进机，隧道公司总经理邓勇说：“拥有不代表占有，中国人要挺直腰杆，就不能跟在外国人的后面。只有创新TBM，     

TBM典型刀盘刀具布置方法及软件实现

全断面隧道掘进机刀具在刀盘上的布置是掘进机设计中的关键技术之一。在研究国内外全断面岩石掘进机(TBM)刀盘上刀具布置方法的基础上,提出了一种在TBM刀盘上程序化的刀具布置方法,并编制出了具有刀盘不平衡力和不平衡力矩数值显示功能的分析模拟软件。从而为TBM刀盘上刀具布置提供了参考。     

TBM配套连续皮带洞外出碴综合技术

为了摸索出TBM在不同掘进段的最佳配套洞外出碴方法,本文结合兰渝铁路西秦岭隧道TBM在不同掘进段采取的不同洞外出碴方式,从出碴方法的选择到实践,最后进行效果验证,在施工组织、施工效率、经济指标等多个方面进行了详细分析和研究,最终提出了不同掘进段TBM配套连续皮带的洞外出碴综合技术,为今后类似工程施工提供参考。     

TBM刀盘推力与扭矩预测方法分析

通过分析TBM在施工推进中的受力组成,在此基础上,运用滚刀受力模型理论和经验公式计算刀盘推力、扭矩,并将其应用于实际工程隧道的TBM刀盘推力与扭矩预测。以实际工程为例,运用滚刀受力预测公式计算TBM刀盘推力和扭矩,并将理论计算值与TBM现场监测数据进行对比分析,结果表明:运用Rostami模型公式能够较准确地预测TBM刀盘推力和扭矩,适用于硬岩地质条件下TBM掘进参数预测,为TBM设计选型提供一定的理论指导。     

花岗岩地层中双护盾TBM掘进参数变化规律分析

TBM在掘进过程中,掘进参数在不同的围岩条件中需要不断地进行调整,合理选择掘进参数以满足施工安全与质量的要求。文章以青岛地铁4号线鞍山路站~错埠岭站区间双护盾TBM施工为背景,收集TBM总推力、刀盘扭矩、掘进速度、刀盘转速等掘进参数,并结合不同里程段花岗岩地层的单轴饱和抗压强度、完整性系数、抗拉强度、弹性模量、泊松比等岩体指标进行统计分析。通过掘进参数统计分析、各参数间单因素相关性分析、总推力与饱和单轴抗压强度和完整性系数间的回归拟合分析,得出TBM掘进参数变化区间与规律,为相似工程TBM掘进参数的预测提供参考。