花岗岩球状风化发育区盾构施工特点分析

花岗岩发育地区球状风化体(俗称"孤石")的分布直接影响城市轨道交通工程的盾构施工。基于华南地区花岗岩球状发育区盾构施工工程案例,分析了在这一特殊地质环境下盾构施工在盾构机选型和盾构推进过程中参数控制相关问题,提出花岗岩球状风化体发育区盾构施工应合理选择盾构机,在孤石地层掘进时应控制掘进速度、刀盘扭矩、盾构机的推力,刀盘的贯入量以及刀盘的转速等施工参数,做到平稳掘进,减少对地层的扰动。     

盾构穿越特殊地层掘进施工技术应用分析

针对郑州地铁2号线盾构法掘进施工过程中遇到的大量的姜石和胶结层,造成盾构机掘进迟缓、刀盘易"结饼"、扭矩增大等变化.从盾构机流体部分、电气部分、刀盘及回转接头等方面提出了改良措施,并对改良后的盾构机掘进速度、刀盘扭矩、总推力等参数和之前的数据进行拟合,分析改良效果.由于掘进隧道相邻既有建筑物,在进行路面沉降动态监测的过程中考虑了遮拦效应的影响,以保证施工的准确及安全性.这些改良措施提高了土体的流塑性,保证了土压平衡的建立,土体进入及排出土舱速度得到有效缓解,有效降低了刀盘的扭矩,而且刀盘扭矩的变化幅度也逐渐趋于平缓,避免了刀盘扭矩过大超过额定扭矩及刀盘"结饼"等现象.     

硬岩掘进机刀盘载荷与撑靴接触界面刚度的耦合关系

在复合地质条件掘进时刀盘载荷与撑靴接触界面的耦合关系严重影响硬岩掘进机(TBM)动态特性.基于并联机构理论研究TBM推进系统的力传递特性,建立刀盘、机械系统和撑靴接触刚度耦合力传递模型,讨论了刀盘在复合地质条件下掘进时刀盘载荷波动与撑靴岩石接触界面刚度之间的耦合关系.结果表明,撑靴接触界面刚度随刀盘载荷增大而非线性增大;复合地层中,刀盘载荷波动,接触界面刚度也呈现相应的波动特性;两侧撑靴接触界面岩石软硬不同时,刀盘载荷均值和波动增加,接触界面刚度均值和波动加大,且较硬一侧增加幅度大于较软一侧减小幅度.     

单护盾TBM通过不良地质洞段应对措施探讨

单护盾TBM掘进施工在不良地质段,特别是在无自稳能力、地基承载力较差的软弱含水砂岩地层时,极易出现刀盘及盾体被卡、栽头等事故,影响TBM的正常掘进。本文以甘肃省引洮供水一期工程总干渠7#隧洞单护盾TBM在不良地质段掘进发生的停机故障进行分析,重点介绍该工程TBM在通过不良地质洞段时存在的部分问题及应对措施,为类似工程提供经验参考。     

盾构机复合岩土层掘进刀盘弯矩特性分析

针对盾构机在掘进过程中上软下硬的复合地质结构,建立了其刀盘截面圆模型,基于单个切削刀和盘形滚刀的切削机制,建立了复合岩土层掘进时刀盘平面内总弯矩分析模型,分析了与刀盘接触的撑子面内,不同软土面积分数的复合地质条件下,刀盘旋转掘进过程中的弯矩动态特性.结果表明:刀盘平面内2个方向的弯矩与刀盘旋转角分别呈正弦和余弦曲线关系;弯矩波动振幅随撑子面内软土面积分数的增加而降低;当刀盘截面圆内软土面积分数为50%时,其弯矩最大.     

全断面岩石掘进机连续性刀盘形变理论及应用研究

刀盘是全断面岩石掘进机上的关键核心部件.实际工程应用发现,全断面岩石掘进机作业过程中,盘形滚刀破岩作业效能低、设备振动大,与刀盘形变极不均匀关系密切.以弹性力学理论为基础,论文建立了全断面岩石掘进机作业刀盘的形变模型;考虑刀盘上盘形滚刀均匀布置,从而将作业刀盘看成面板上分布着均布载荷的弹性连续薄板;根据刀盘与其支撑大轴承的联接关系,确定刀盘支撑边界条件为夹支,从而对刀盘形变模型进行了求解.根据理论研究,论文提出了全断面岩石掘进机曲面刀盘概念——根据破岩地质条件,给刀盘以预变形,当刀盘在此地质条件下破岩作业时,刀盘产生弹性变形,从而使预变形消失,刀盘保持平面作业状态.论文建立的理论增强了刀盘作业刚度,使作业刀盘的极不均匀变形因其预变形基本能保持平面作业状态,有效提高了刀盘上盘形滚刀的破岩作业效能、降低了机器振动,从而为全断面岩石掘进机刀盘结构设计提供了借鉴.     

基于能量原理的TBM刀盘掘进参数与刀间距匹配特性分析

全断面岩石掘进机是立体化城市建设的重要隧道施工机械,其掘进参数(贯入度和刀盘转速)和刀间距的合理匹配是全断面岩石掘进机施工效能的关键因素,同时也是制约刀盘布局与拓扑结构设计的重要依据.基于能量原理,以刀盘转动产生的动能作为输入能量,以岩石破坏释放的能量与滚刀由于摩擦产生的摩擦功作为输出能量,借助CSM滚刀受力预测公式,建立包含地质参数、刀盘掘进参数、滚刀刀间距等多领域参数相匹配的TBM破岩能量守恒模型.应用此模型,以MB264-311-8030,mm TBM刀盘为工程实例,通过给定刀间距计算贯入度,最终得到最小比能约束条件下的刀盘开挖时的刀盘转速介于经文献查阅得到的刀盘驱动基本参数,说明从合理能耗考虑刀盘的掘进转速模型具有一定的工程意义,也为多参数耦合刀盘刀具布置优化设计提供了理论参考.     

基于复杂地质岩机作用的多维度隧道掘进机适应性评价方法

为了解决高强度高磨蚀硬岩地层TBM掘进“低效高耗”、断层破碎带地层“刀盘受困”、高地应力挤压性地层“护盾被卡”等隧道施工难题,基于TBM滚刀、刀盘、护盾与隧道围岩的相互作用,通过多个TBM法隧道工程数据统计分析,揭示了滚刀贯入度指数与岩体特性指标、滚刀破碎体积磨损速率与岩体特性指标、TBM设备利用率与断层宽度、围岩相对变形量与强度应力比的函数关系,建立了基于滚刀可掘性和耐磨性、刀盘受困和护盾被卡风险的多维度TBM适应性评价方法,为复杂地质隧道修建TBM工法选择、装备设计及施工难题的解决提供了量化依据。     

大直径盾构刀盘改造竖井施工技术

以北京地下直径线盾构的刀盘改造竖井施工为例,针对复杂边界条件下大直径盾构刀盘改造异性结构竖井的设计及施工进行探讨,就如何保证竖井结构安全,同时又能合理协调盾构施工进行了实践探索,并给出了可靠的解决措施,取得了成功,为类似工程提供参考借鉴。     

砂卵石地层土压平衡盾构掘进技术浅谈

随着地铁建设的蓬勃发展,土压平衡盾构机在全国得到了较为广泛的应用,但伴随而来的却是盾构掘进过程中遇到的地质情况越来越复杂,如果土压平衡盾构施工过程中不能进行很好的控制,极可能对周边环境产生较大影响,造成严重的后果和不良社会影响。兰州轨道1号线土门墩~西客站区间在掘进施工过程中采用"泡沫剂+膨润土+保压"掘进技术,有效地解决了盾构掘进过程中造成地表及建构筑物沉降过大、刀盘及螺旋机卡死、刀具磨损过大、刀盘扭矩及盾构机推力过大等问题,确保了该区间一次性顺利完成掘进,取得了良好的经济和社会效益。     

悬挂式双行开沟机刀盘结构的优化设计

针对双行开沟机的关键部件开沟刀盘进行了以刀盘质量最小为目标函数的优化设计,减轻整机的质量。优化结果表明,开沟刀盘最优的结构尺寸为:刀盘内径80mm,刀盘外径600mm,每个刀盘上安装12个刀片,刀盘厚度为7.6mm,比使用常规设计方法设贾的刀盘结构质量减轻32%,从而使机具在满足设计要求的同时,尽可能减轻整机质量。     

夹矸煤层条件下硬岩掘进机刀盘结构优化

为更准确地获得硬岩掘进机在夹矸煤层掘进过程中刀盘的受力情况,基于EDEM软件建立岩层夹矸模型,并联合ANSYS有限元分析软件对刀盘截割不同岩石工况进行受载分析,并采用ANSYS软件的Design Explorer模块对刀盘结构参数进行优化设计.研究结果表明,随着夹矸层比例的增大,硬岩掘进机刀盘承受的载荷越大,即需要提供的驱动载荷越大;随着夹矸层位置越靠近刀盘中心,硬岩掘进机刀盘承受的载荷越小,即需要提供的驱动载荷越小.通过优化设计使得刀盘最大等效应力比优化前应力值降低了77.3%;其最小寿命比优化前提高了85.6%,在很大程度上可以确保刀盘的安全使用性能.研究结论更好的模拟硬岩掘进机实际掘进时可能会遇到的多种复杂地质条件工况,解决传统分析时截割岩石属性单一等问题,为硬岩掘进机刀盘设计和改进提供依据.     

岩溶地区长大隧道综合立体式超前地质预报技术研究

隧道施工中对隧道掌子面前方一定范围内的地质情况进行超前探测和预测预报是保证隧道施工安全的金子山隧道岩溶富水区施工中,引进了TSP203隧道地质超前预报系统、地质雷达、红外线测水仪等先进仪器进行多途径超前地质预报.针对当前物理探测存在的多解性的特点,在施工实践中逐渐形成了以中长超前物探和超前水平地质钻探验证为主,辅以短距离地质素描超前分析和施工前超长炮孔加密确认的"多阶段、多手段、多层次"的"综合立体式超前预报技术".以此技术为依托对强岩溶区富水隧道施工进行超前地质预测、预报,成功地穿越了金子山隧道进口工区岩溶富水带.     

商用乘骑式割草车刀盘的模拟与改进

为提高商用乘骑式草坪割草车的性能,对具有单刀盘三刀结构的刀盘进行了改进.建立刀盘和刀片的三维结构模型并进行有限元模拟.在刀片旋刀式运动的理论分析基础上,确定其运动不平衡产生的激励类型.通过对刀盘进行动态响应分析,设计出改进的刀盘结构.创新设计的割草车刀盘增加了弧形曲面相连形状的钣金裙围结构,使得所设计的割草车刀片的刀尖速度不低于80 m/s,能够保证其具有较高的旋转频率以获得较大的出力,同时不会引起激烈的共振和较大的噪音,提高了割草的效果和效率.     

城市核心区域地铁盾构施工洞内解体技术研究

为解决盾构施工时因接收端条件受限而无法进行正常接收的问题,盾构往往只能在洞内进行解体。对目前国内外最新的盾构洞内解体技术进行了总结,并对各种方案的适用性和优缺点进行了对比分析,得出了目前不同洞内解体技术之间最主要的适用条件差别在于刀盘前部是否存在可操作空间的结论。针对刀盘前部可操作空间的差别,提出了两套适用性较强的优化方案组合,并通过施工因素、经济因素、工期因素等多方面综合分析考虑,论证了盾构洞内解体技术在当前城市地铁建设中的可行性。     

惠兴高速公路某段古滑坡体治理措施研究

惠兴高速公路镇宁至兴仁段地质条件复杂,属地质灾害多发区,施工不当极易引发生顺层滑坡、崩塌等地质灾害,本文以其中的一个古滑坡治理为例进行技术探讨。介绍了工程概况及滑坡区域基本工程地质条件,并详细进行古滑坡基本特征的地质调查分析,在此基础上进行滑坡整治设计。实践证明本工程的"三坡"咨询设计及古滑坡治理是成功的,对类似工程具有一定的参考价值。     

TBM的平面刀盘与两级刀盘的力学性能对比分析

为解决全断面岩石掘进机(TBM)大直径(10m)平面刀盘承受的破岩载荷、偏心载荷过大会造成刀盘大变形、主轴承损坏的问题,引入一种两级刀盘。基于应用在西秦岭隧道的平面刀盘,采用灰关联分析的方法设计了两级刀盘的结构;建立复合岩层条件下平面刀盘和两级刀盘的受力分析模型,对比分析了两种刀盘的破岩总推力和扭矩、刀盘径向不平衡力和倾覆力矩;建立均一岩层条件下两种刀盘的有限元模型,对比分析了两种刀盘的变形和应力分布。结果表明,两级刀盘的各级破岩总推力、扭矩、径向不平衡力、倾覆力矩、刀盘变形和最大应力均比平面刀盘小,说明两级刀盘有效地把破岩载荷分散到各级刀盘,同时提高了刀盘刚度,避免了刀盘应力过度集中,有效减小了刀盘的偏心载荷。     

阿尔玛勒涌水钻孔施工技术

近年来由于地质找矿的深入开展,钻孔的施工难度不断加大,尤其是复杂地质情况的钻孔越来越多,使得在施工中遇到很多困难。以前施工中遇到复杂地质孔可以降低要求或放弃,随着地质设计的要求越来越高,为达到设计目的有些复杂地质孔就必须去施工,为了完成地质设计任务也为了在复杂孔的施工中和为了以后的发展选此课题为活动内容。     

盾构掘进中刀具、刀盘损坏及维修措施探讨

盾构工程施工中,盾构机在掘进中的换刀、刀盘修复等盾构机掘技术是盾构施工不可缺少的工序,特别是经过硬岩地层地段,同时换刀、刀盘修复的技术质量也是能否完成隧道贯通的基本保障,对隧道工程建设的进度、贯通和安全有着一定的影响,作者以广州市轨道交通五号线【潭-员盾构区间】工程为实例,简要阐述盾构机在施工过程中的换刀、刀盘修复技术和部份经验,以作类似工程参考。     

盾构隧道施工因素对砌体结构房屋的影响

为了分析盾构隧道下穿砌体结构房屋施工因素的影响程度,采用正交试验设计方法,运用Midas-GTS有限元软件,建立了包括地层、盾构隧道和砌体结构在内的三维整体有限元模型,对不同影响因素条件下的盾构隧道下穿砌体结构房屋施工过程进行了数值模拟.以砌体结构房屋墙体所受到的最大拉应力增量作为评价指标,分析了盾构隧道下穿砌体结构房屋过程中掌子面支护压力、刀盘扰动范围和注浆层弹性模量对上部砌体结构房屋的影响研究结果表明:在盾构隧道下穿砌体结构房屋施工过程中,刀盘扰动范围对砌体结构房屋的影响最大,注浆层弹性模量影响次之,掌子面支护压力影响最小;如果不考虑地层扰动的影响,可能会低估施工对地表砌体结构房屋的影响程度,给建筑物的正常使用带来风险.