TBM隧道掘进法出渣系统优化配置分析

目前,采用全断面隧道掘进机(Tunnel Boring Machine)进行快速施工已成为总的发展趋势。在相呒的条件下,其掘进速度约为常规钻爆法的4～10倍,最佳日进尺可达150m;此外,还有优质、安全、经济、有利于环境保护和劳动力保护的优点。我国从20世纪80年代后期开始从国外引进TBM进行工程施工,比如甘肃引大入秦水利工程,铁道部秦岭Ⅰ号特长隧道等重点工程。     

隧道掘进超前地质预报技术的比较与选择

隧道掘进机作为一种高效、安全的隧道施工没备,近年来在隧道工程中得到愈来愈多的应用,已成为一种发展方向。然而,TBM对不良地质条件的适应性较差,这些不良地质不仅会对TBM的掘进产生较大影响,导致TBM掘进作业时间利用率降低,甚至还可能出现TBM损坏和难以顺利通过的情况。如云南天生桥水电站引水隧洞、意大利戈森萨铁路隧道以及奥地利坎波岁索铁路隧道,在TBM通过断层带时都遇到过TBM刀盘被卡、坍塌、涌水等事故,     

一种新型TBM掘进机构试验台的PID闭环压力控制系统设计与研究

针对TBM掘进机液压系统压力易受液压油压力和温度变化的扰动,压力的精准控制比较困难,以前期研究搭建的混联式掘进机构试验台的掘进机构为研究对象,采用PID闭环控制方式,利用西门子S7-1500 PLC逻辑控制器,应用PID调节比例溢流阀开口度,控制系统的压力;再利用压力传感器的检测与变送,将液压系统的压力反馈回PLC,建立闭环压力控制系统,控制连续变化推进器和支撑器的系统压力,实现了对TBM掘进机试验台液压系统压力的精确、稳定和自动控制。同时,为了保护实验台的液压缸及相关硬件设备,运用MatLab的Simulink建立数学模型,进行了PID参数Kp、Ki、Kd的优化,进一步提高了混联式掘进机构试验台的性能。     

地铁工程盾构机(TBM)测量定向的研究

在地铁工程的盾构机测量定向中,最主要的是确定出盾构机内棱镜在无仰俯无旋转情况下的局部坐标,然后根据实测数据就可以计算出盾构机头部、中部、尾部中心的三维坐标,计算出它们的偏差从而达到控制盾构机姿态的目的。     

滚刀滑移状态下的受力与磨损仿真分析

为探究滚刀滑移状态下破岩的受力与磨损的变化规律,基于离散单元法,建立了同时考虑滚刀自转和绕刀盘公转的滚动圆周切割模型。定义了一个滑移率参数η用于描述滚刀的滑移状态,对不同滑移率工况下滚刀破岩受力和磨损进行了对比分析,并结合工程实例对数值仿真结论进行了验证,结果表明:数值仿真中垂直力FV和滚动力FR在CSM模型计算值附近波动,两者较为吻合,表明了本文模型的合理性。数值仿真结果表明,随着滑移率η的增大,垂直力FV呈轻微减小趋势,滚动力FR明显变大,从滚动破岩到滑动破岩,垂直力FV降幅为23.6%,滚动力FR增幅达83.7%,滑动破岩将导致滚刀偏磨。工程实测数据表明,刀盘上大量滚刀处于正常磨损状态时,主要表现为推力增大。大量滚刀处于偏磨状态时,主要表现为扭矩增大,其中偏磨滚刀占比19.05%和28.57%时,扭矩增幅分别为55.85%和261.51%。滚刀正常磨损和偏磨均大量存在时,表现为扭矩推力同步增大,其中偏磨滚刀占比21.43%时,扭矩增幅为80.89%。数值仿真和实测数据表现出较高的一致性。综合4次开仓换刀结果,可将刀盘扭矩增幅超过50%作为判定大量滚刀发生偏磨的重要依据。     

双护持TBM施工中处理不良地质和设置止浆环的初探

万家寨引黄工程南干线隧洞,利用双护盾TBM施工隧洞,具有隧洞长,埋深大,地质条件复杂等特点,对效多不良地质构构造,对工程结构稳定不利,处理也困难,另外,隧洞内豆砾石灌浆时,如能设置止浆环,对提高灌浆质量有重要意义,为解决这些问题,提出了利用空腹管片衬砌技术方案,针对断层,裂隙处理设置混凝土塞的措施,对侧辟溶洞建立处理工作面的方法,用此方法还可以在I－II围岩中临时安装空腹管片,在完成对TBM的支撑作用后拆除管片,岩壁喷混凝土。     

TBM盘形滚刀刀圈新材质DQ50钢的研制

通过对 TBM刀圈新材质 DQ5 0钢的研究 ,总结出 DQ5 0钢满足硬度和耐磨性要求的最佳热处理工艺 ,讨论了对 DQ5 0钢刀圈硬度和耐磨性产生影响的各种因素 ,并采用最佳热处理工艺参数进行了产品试制 ,硬度达到了 HRC5 7以上 ,并进行了现场试验 ,经试验硬度、韧性及耐磨性达到了 WIRTH公司的水平 ,可以替代 WIRTH公司的刀圈而进行国产化的批量制造     

双护盾TBM在软弱地层中的掘进模式选择

 双护盾岩石掘进机(TBM)采用双护盾模式掘进时,支撑靴的支撑压力常会造成围岩的破坏进而引发其他事故,针对青海“引大济湟”工程中双护盾TBM在软弱地层中掘进模式的选择问题,提出模拟双护盾TBM掘进过程的三维有限元模型,分析支撑压力作用下围岩的破坏机制及不同地应力分布情况下支撑压力对软弱围岩的影响。分析结果表明,支撑压力作用下围岩的破坏形式主要为剪切破坏和拉裂破坏。在浅埋自重应力场下,当侧向压力系数l＜1时,支撑压力一般会使软弱围岩的塑性区有较大程度的扩展,且在隧洞埋深较小时还可能造成大面积拉裂区的出现;其次,对支撑压力导致塑性区扩展的围岩临界强度的分析表明：在自重应力场下应采用单护盾模式或掘进参数降低的双护盾掘进模式掘进。在埋深较大且地应力侧向压力系数l≥1时,支撑压力对围岩的影响相对有限,一般不会导致新塑性区的产生,但可能造成旧塑性区的进一步破坏,此时,可谨慎地采用双护盾模式掘进。     

TBM推进系统键合图建模与动态仿真

针对TBM推进系统的机电液耦合特性,为了弥补传统建模方法在多能域建模问题中的诸多不便,采用键合图建模方法建立了TBM推进系统的数学模型,推导了系统的状态空间表达式,并搭建了系统的同步控制模型。利用MATLAB软件对推进系统的同步控制进行了仿真,通过与试验结果对比验证了数学模型的正确性和可行性。     

深埋隧道TBM卡机机理及控制措施研究

当前TBM在中国应用越来越广泛,然而TBM在深埋软弱岩石隧洞中施工时,很容易发生护盾被卡事故,造成严重后果,因此对其卡机机理及控制措施研究很有必要。首先,基于Hoek-Brown准则圆形隧道围岩流变变形研究成果,考虑管片衬砌支护和掌子面效应,提出了护盾区域围岩变形计算模型;其次,根据上述变形计算模型和围岩、护盾变形协调条件,建立了停机和连续掘进两种工况下卡机状态判断模型,两种模型均考虑了围岩流变效应;再次,在卡机机理研究成果基础上,进行了卡机控制措施的研究。推导了临界预留变形计算公式;同时提出了预留变形和超前支护相结合时临界超前支护强度的计算模型;最后,将卡机判据和临界预留变形量及超前支护强度理论在工程算例中进行了应用。