我国全断面隧道掘进机的发展现状及发展趋势

我国盾构技术的愿景是实现数字化设计,模块化制造、智能化掘进、远程化管理;盾构的施工则实现无人化智能掘进,实现在办公室远程控制盾构操作.本文简述了我国全断面隧道掘进机的发展历程和发展现状,并阐述了未来的发展趋势.     

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。     

全断面岩石掘进机刀具布置设计方法

给出了全断面岩石掘进机的刀具布置设计方法,归纳出刀具布置的技术要求,并给出刀盘上不等刀间距的盘刀破岩量的估算方法。建立了带复杂性能约束的非线性多目标刀具布置优化模型,进而在该模型目标函数及其约束条件的耦合分析和解耦的基础上,给出刀具布置极径与极角计算的分阶段求解策略,并用演化算法进行了求解。以引进的某型号全断面岩石掘进机刀具布置问题为案例进行验证,并与原刀具布置设计方案进行对比,表明了该布置优化模型及其求解方法的可行性和有效性。     

全断面掘进机设计的初步探讨

论述２１世纪隧道施工的新技术,全断面掘进机的分类及应用,并对全断面掘进机的设计进行初步的探讨。     

中国首批最大直径全断面硬岩掘进机下线

<正>近日,成都南车隧道装备有限公司为兰渝铁路西秦岭隧道生产的两台直径10.23米的全断面硬岩掘进机竣工下线。这是我国目前生产直径最大的此类设备,     

粒径对全断面竖井掘进机出渣泵磨损特性影响研究

为探究大颗粒粒径对全断面竖井掘进机上出渣泵过流部件磨损特性的影响,基于SST双方程混合湍流模型、Finnie塑性冲蚀磨损模型对其进行数值模拟,获得了全断面竖井掘进机出渣泵过流部件的冲蚀磨损形态,分析不同颗粒粒径对叶片磨损程度的影响。模拟结果表明：磨损最严重区域在叶片吸力面;定量预测出叶片磨损强度随不同初始条件的变化规律;随颗粒粒径增大,颗粒与吸力面的碰撞几率降低,叶片吸力面磨损区域显著减小,磨损位置受颗粒粒径的影响明显,而后盖板的磨损面积几乎不变;全断面竖井掘进机上出渣系统在输送最大粒径超过100%的固相颗粒时,仍具有良好的可靠性和稳定性。大颗粒粒径仅对吸力面磨损程度影响显著,对后盖板影响不明显。     

全断面隧道掘进机刀盘裂纹尖端应力强度因子收敛性分析

针对全断面隧道掘进机刀盘裂纹损伤及寿命预测等工程问题,提出了基于子模型技术的应力强度因子求解方法,并用含裂纹的矩形钢板对该方法进行了验证,分析了裂纹网格参数对刀盘裂纹尖端应力强度因子的收敛性影响。结果表明,钢板的应力强度因子数值和理论计算结果最大相对误差为3.6%。同时得到了保证刀盘应力强度因子求解精度和效率的裂纹单元网格参数,为结构的裂纹扩展寿命预测提供了参考。     

基于数字样机技术的全断面掘进机仿真分析

介绍了数字样机技术。针对目前全断面掘进机的市场应用背景,讨论了它的工作原理并进行受力分析。以某EPB型土压平衡式全断面掘进机为例建立数字样机,并进行了工作过程的运动学仿真。运用CATIA的有限元分析功能,对掘进机中重要部件进行了结构分析和动态特性分析。     

基于LabVIEW的刀具磨损监测分形识别平台

将分形应用在刀具状态监测中,随着刀具磨损量的增加,刀具与工件之间的磨损加剧,振动信号的波形变化越来越不规则,信号的分形维数逐渐增大.盒维数和信息维数变化较小,但变化趋势明显;关联维数的变化相对较大,新刀的关联维数最小,报废刀的关联维数明显增大.识别结果表明,刀具在整个磨损历程中振动信号分形维数的变化规律,其大小能较好地反映刀具不同磨损状态,运用振动信号的分形维数可以有效实现刀具磨损状态的监测.     

矿用全断面掘进机冷却喷雾系统的设计分析

以中煤科工集团上海有限公司研制的煤巷全断面掘进机为例,介绍其冷却、喷雾系统的构成以及工作原理,计算并分析了冷却、喷雾系统的压力以及流量。通过工业性试验表明,该冷却、喷雾系统能够符合掘进机的工作要求,降尘效率显著提升,最终的使用效果良好。     

Wear Analysis of Disc Cutters of Full Face Rock Tunnel Boring Machine

Wear is a major factor of disc cutters’ failure. No current theory offers a standard for the prediction of disc cutter wear yet. In the field the wear prediction method commonly used is based on the excavation length of tunnel boring machine（TBM） to predict the disc cutter wear and its wear law, considering the location number of each disc cutter on the cutterhead（radius for installation）; in theory, there is a prediction method of using arc wear coefficient. However, the preceding two methods have their own errors, with their accuracy being 40% or so and largely relying on the technicians’ experience. Therefore, radial wear coefficient, axial wear coefficient and trajectory wear coefficient are defined on the basis of the operating characteristics of TBM. With reference to the installation and characteristics of disc cutters, those coefficients are modified according to penetration, which gives rise to the presentation of comprehensive axial wear coefficient, comprehensive radial wear coefficient and comprehensive trajectory wear coefficient. Calculation and determination of wear coefficients are made with consideration of data from a segment of TBM project（excavation length 173 m）. The resulting wear coefficient values, after modification, are adopted to predict the disc cutter wear in the follow-up segment of the TBM project（excavation length of 5621 m）. The prediction results show that the disc cutter wear predicted with comprehensive radial wear coefficient and comprehensive trajectory wear coefficient are not only accurate（accuracy 16.12%） but also highly congruous, whereas there is a larger deviation in the prediction with comprehensive axial wear coefficient（accuracy 41%, which is in agreement with the prediction of disc cutters’ life in the field）. This paper puts forth a new method concerning prediction of life span and wear of TBM disc cutters as well as timing for replacing disc cutters.     

TBM刀盘设计若干关键技术

刀盘设计是全断面岩石隧道掘进机的设计关键,是影响其掘进性能的决定性因素。综述了刀盘设计关键技术的研究进展,重点对盘形滚刀破岩机理、刀盘切削参数、围岩力学属性参数及试验、刀具破岩受力分析模型和施工预测模型、刀盘布局（含刀具布置）等方面进行了较系统的分析和总结。最后讨论了有待深入研究的问题。      

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T MB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...     

基于CSM模型的硬岩TBM滚刀磨损预测方法

为解决硬岩TBM在掘进时滚刀磨损检测难的问题,以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了TBM滚刀的破岩机理,并基于Colorado school of mincs(CSM)模型提出了一种新的滚刀磨损预测方法。通过滚刀与岩石相互作用的力学模型,利用刀盘比能预测了滚刀的磨损。结合秦岭隧道工程实例,对滚刀磨损水平进行了量化研究,预测结果与实际情况相符,从而验证了模型的有效性。     

全断面岩石掘进机智能选型方案生成系统

利用人工智能技术对全断面岩石掘进机进行优化选型，实现掘进机方案设计智能化。针对隧道掘进机选型领域知识的特点，在知识获取中分别应用两种不同的机器学习方法：实例学习和类推学习，形成了一种协同推理模型；采用Microsoft公司的可视化集成开发工具Visual Foxpro6．0在Windows平台上建立了知识库，开发了基于人工神经网络和范例推理系统的功能模块，建造了掘进机智能选型方案生成系统原型；通过案例对该系统进行了验证。将该系统应用在掘进机选型智能决策系统中，可以有效地指导掘进机的设计与选用。     

可视化仿真技术在全断面掘进机研究中的应用

针对全断面掘进机施工环境提出了一种可视化仿真系统整体框架和技术流程,开发具有人机交互功能的全断面掘进机可视化仿真系统。     

盾构掘进机异形断面隧道切削机构的奇异性分析

首次选择五杆机构作为盾构掘进机(TBM)异形断面隧道切削机构,较全面地分析了切削机构的奇异性条件,并指出了切削机构的瞬时运动不确定位置,为今后实际工程应用时,提供了理论上的指导.     

基于实例推理的全断面岩石隧道掘进机刀盘主参数设计方法

刀盘主参数设计是全断面岩石隧道掘进机的关键问题,是影响其掘进性能的决定性因素。刀盘破岩机理复杂,刀盘须针对围岩属性进行适应性设计,充分利用先前刀盘设计实例中积累的成功经验和数据至关重要。提出基于实例推理的刀盘主参数设计方法。给出刀盘设计实例的表示方法;根据实例属性特点,给出各种属性的局部相似度计算方法;针对取值为区间数的实例属性,提出一种基于属性值概率分布的区间相似度计算方法;运用组合修改实例的方法获得新刀盘的主参数设计方案。经工程应用实例设计表明,该方法设计结果较好。     

Experimental Study on Wear Behaviors of TBM Disc Cutter Ring in Hard Rock Conditions

ABSTRACT

To improve the wear resistance of disc cutters for tunnel boring machines (TBMs), this study is devoted to investigating the effects of rocks and cutter ring properties on the wear behaviors of disc cutters and the matching characteristics between the cutter ring properties and hard rocks. Cutter–rock wear tests were performed and the results show that the cutter ring properties and rock types significantly affect the cutter ring wear. The mass losses of cutter ring samples sliding against different types of hard rock are different and vary with the cutter ring properties because of the discrepancies in loads, vibrations, rock properties, and transition of the wear mechanisms. Finally, matching characteristics between the cutter ring properties and hard rocks are revealed.