粉细砂-砾岩复合地层条件下大直径越江盾构刀具磨损

为了确保大直径泥水盾构下穿江底复合地层安全顺利施工掘进,对于刀盘刀具磨损的预测和监测至关重要。本文以武汉地铁8号线黄浦路站～徐家棚站越江盾构隧道工程为背景,结合现场调研与磨损数据分析,首先根据不同地层中的刀具磨损特点进行磨损情况分类,并从地质、施工等角度对磨损原因进行了归纳,将整个越江过程中的刀具磨损分为8类,并认为滚刀非正常磨损主要由三大主要原因构成;然后基于磨损系数,对不同刀具在不同地层以及不同位置的适应性进行了分析。结果表明：(1)在复合地层中刀具磨损大小排序为撕裂刀>滚刀>刮刀>齿刀,且刮刀对硬质中胶结砾岩适应性较差,对强风化以及弱胶结砾岩适用性优于其他刀具。(2)中胶结砾岩的存在会加剧磨损,且会给大直径盾构边缘刀具带来更大的磨损影响,而强风化砾岩和弱胶结砾岩则对磨损变化影响不大。     

富水砂卵石地层大直径盾构刀具的磨损与适应性

以北京地下直径线盾构隧道试验段工程为依托,基于现场实测数据,系统分析了富水砂卵石地层大,直径盾构施工刀具的磨损规律及磨损原因,并对不同类型盾构刀具在该地层条件下的适应性进行了研究.结果表明:地层中卵石和砂的含量变化明显且存在强度很高的胶结物是刀具产生严重磨损的主要原因;单刃滚刀除有一小部分偏磨损坏外,其余均未出现严重磨损,更换较少,对该地层具有较好的适应性;重型撕裂刀在短距离掘进后即发生刀头脱落的情况,对该地层的适应性差;正常掘进过程中,外周边滚刀掘进距离约为120 m,刀盘中间部分的滚刀掘进距离约为230 m,可据此数据确定合理的刀具检查及更换距离.盾构隧道试验段研究成果可为本工程后续施工起到重要的指导作用.     

富水砂卵石地层大直径盾构刀具的磨损与适应性

以北京地下直径线盾构隧道试验段工程为依托,基于现场实测数据,系统分析了富水砂卵石地层大,直径盾构施工刀具的磨损规律及磨损原因,并对不同类型盾构刀具在该地层条件下的适应性进行了研究.结果表明:地层中卵石和砂的含量变化明显且存在强度很高的胶结物是刀具产生严重磨损的主要原因;单刃滚刀除有一小部分偏磨损坏外,其余均未出现严重磨损,更换较少,对该地层具有较好的适应性;重型撕裂刀在短距离掘进后即发生刀头脱落的情况,对该地层的适应性差;正常掘进过程中,外周边滚刀掘进距离约为120 m,刀盘中间部分的滚刀掘进距离约为230 m,可据此数据确定合理的刀具检查及更换距离.盾构隧道试验段研究成果可为本工程后续施工起到重要的指导作用.     

长距离盾构隧道掘进的主要问题及发展趋势

对盾构隧道工程区间施工距离变化的现状进行梳理,基于4个典型的长距离盾构隧道工程实例,对盾构隧道长距离掘进中出现的刀盘刀具磨损、盾尾密封系统失效、管路磨损、复杂地层盾构开舱、地下对接等问题以及其主要技术原理、技术流程、适用范围及优缺点进行归纳总结,并对我国智能化快速施工技术发展进行了展望。     

狮子洋隧道围岩磨蚀性研究

岩石磨蚀性通常以岩石磨蚀性指数CAI(cerchar abrasivity index)值来表示,它是反映盾构刀盘和刀具磨损的重要指数。以广深港客运专线狮子洋隧道工程为背景,对同等风化程度下的岩石进行Cerchar磨蚀性实验和岩石矿物X射线衍射分析实验,确定岩石磨蚀性指数CAI值和岩石矿物成分,并对岩石矿物组成与磨蚀性指数CAI值进行相关性分析。研究结果表明,同等风化程度下的岩石,岩石矿物组成对磨蚀性影响较大,岩石矿物加权硬度值H与CAI值有非常好的线性关系,且线性相关性要高于岩石等效石英含量Qeq与CAI值的线性相关性,岩石矿物加权硬度值更能准确地反映岩石矿物组成对磨蚀性的影响。狮子洋隧道围岩中砂岩磨蚀性最强,对刀具的磨损较大。另外狮子洋隧道围岩含有大量的砂粒胶结物,盾构施工过程中会产生大量的石英含量较高的岩粉,这些岩粉进入循环的泥水中,会对盾构刀盘、刀具和泥水管道造成一定的磨损。     

复杂条件下的大直径泥水盾构掘进参数控制

对盾构掘进参数进行了详细试验,对不同地层条件下刀盘扭矩与刀具磨损情况之间的关系进行了详细分析,并探讨了盾构姿态的控制方法,同时对同步注浆参数及泥水循环系统做以简要介绍,总结了掘进参数、泥浆密度等在盾构掘进中的重要地位。     

超大型泥水平衡盾构施工的三维非线性模拟

根据超大型泥水平衡盾构的实际施工过程,以长江隧道东线工程为依托,采用非线性有限元分析软件ABAQUS,对超大型泥水平衡盾构在浅覆土工况下的施工过程进行准动态非线性有限元三维仿真模拟.模型比较全面地考虑了盾构施工过程中土体、盾构、管片和浆体之间的相互作用,较好地反映了泥水平衡盾构的实际施工过程.分析结果和现场实测数据作了对比,结果证实了该方法的有效性.     

复合地层双模盾构与复合盾构刀具磨损对比

软硬交替复合地层中可采用双模盾构和复合式盾构进行掘进施工。然而目前针对双模盾构和复合盾构在软硬交替地层中的适应性缺乏清晰明确的现场掘进数据进行对比验证，特别是施工参数和刀具磨损方面。本文基于深圳地铁12号线相似地层的三个相邻盾构区间工程，对比不同盾构机的盾构掘进施工参数、刀具服役情况及岩渣形态，分析刀具磨损的原因及特征，并进一步对比在长距离软硬交叠地层下EPB/TBM双模盾构和复合EPB盾构的掘进效能。结果表明：（1）双模盾构TBM模式在岩质地层中的推进速度可达到双模盾构EPB模式的2倍及复合EPB盾构的3倍。受土仓压力和刀盘转速影响，刀盘推力和扭矩差异较大的双模EPB模式和复合EPB盾构更易造成刀具异常磨损。（2）双模盾构TBM模式滚刀磨损速度更低，其刀具寿命是双模盾构EPB模式和复合EPB盾构的3~5倍，换刀时间占比约为后两者的1/2~3/8，EPB/TBM双模盾构总体掘进效能优于复合EPB盾构。（3）双模盾构TBM模式的岩渣中岩片更多且形状细长而扁平，在岩石地层中EPB/TBM双模盾构掘进效率优于复合EPB盾构。     

盾构切削混凝土刮刀受力和磨损的离散元数值模拟研究

随着城市隧道建设过程中盾构切削混凝土基础案例逐渐增多,研究盾构刮刀在切削混凝土过程中的受力和磨损对于保障盾构安全高效掘进、拓宽盾构机适用范围意义重大.在前期试验的基础上,利用离散元软件EDEM,对刮刀切削混凝土过程进行了数值模拟,研究了刀具参数（刀具前角、刀具后角、刀具形状）、试件强度、切削深度和切削速度对刀具受力的影响,并基于Archard模型探讨了刀具的磨损情况.计算结果表明,刀具前角越大,刀具受力越小;刀具后角和形状对其受力影响较小;试件强度、切削深度和切削速度越大,刀具的受力越大.数值计算得到的刀具切削力平均值与室内试验结果总体上有很好的一致性.刀具磨损情况最为严重的部位是刀尖;刀具前、后角越大,刀具磨损越严重;刀具磨损随切削深度、试件强度、切削速度的增大而增大.研究成果可为盾构刮刀设计和选型提供参考.     

超大直径泥水平衡盾构地表沉降控制关键技术

分析泥水平衡盾构施工引起地表沉降的机理,结合超大直径泥水平衡盾构施工实例,从切口压力、泥水指标控制及同步注浆管理等方面探讨超大直径泥水平衡盾构施工地表沉降的控制技术.结果表明:切口压力的设定对正面土体沉降量影响较大,在施工过程中应密切关注切口位置的地表沉降量并及时调整压力.对于超大直径泥水平衡盾构,单次压力调整不宜过大,切口压力波动不宜超过±2 kPa;采用双控同步注浆模式,以砂与粉煤灰为主要原材料的单液浆施工技术可以有效减小地表后期的沉降.     

多卵石隧道泥水盾构施工重难点及应对措施分析

多卵石隧道的施工在隧道施工技术中具有非常重要的地位。本文结合兰州轨道交通1号线隧道穿黄区段的施工,对多卵石隧道的泥水盾构施工过程中的重难点以及应对措施进行了研究。内容涉及到碎石机故障较多、安全门密封性不足、刀具磨损严重、泥浆管路磨损严重、积仓滞排风险高、大粒径卵石堵塞采石箱及泵进出口、失浆量大以及钢套筒接收和穿黄段击穿河底预防措施等。研究内容对相同类型的隧道施工,具有一定的指导作用。     

铣削高强度钛合金TC18的刀具磨损机理

采用无涂层和PVD涂层硬质合金可转位刀具对高强度钛合金TC18进行铣削加工,研究了钛合金TC18铣削加工过程中刀具的磨损形态和磨损机理.结果表明：在相同的加工条件下,采用PVD涂层硬质合金刀具加工TC18钛合金的寿命较长,前刀面主要磨损机理为黏结磨损和扩散磨损等,刀具失效形式为涂层剥落和随之而来的前刀面月牙洼磨损,后刀面除了黏结磨损和扩散磨损以外,还发生了磨粒磨损;无涂层硬质合金刀具的寿命较短,刀具的失效形式为崩刃.     

天然单晶金刚石刀具的磨损

对金刚石刀具的磨损和晶向选择问题进行了试验观察和理论分析。结果表明：金刚石石刀具的磨损形态主要有前刀面月牙注磨损、后刀面边界沟槽磨损、刀刃附近的光滑磨损带及刀刃处的微小劈裂磨损。     

近距离斜穿车站富水圆砾地层盾构换刀技术及刀具磨损分析

开仓换刀作业是盾构隧道施工中不可避免的技术难题之一,现以南宁市轨道交通5号线新—广区间盾构隧道工程为背景,针对盾构机在富水圆砾、泥岩复合地层中长距离掘进后连续穿越3道地连墙的工程特点,总结刀盘优化布局方案,详细介绍适用于该地层条件下的素桩加固辅以降水作业的换刀方案,并对换刀前后盾构掘进过程中产生的刀具磨损进行测量、分析,揭示了盾构在复合地层中掘进以及直接切削地连墙造成的刀具磨损规律,提出了盾构切削桩基时的合理换刀距离,为后续施工及类似工程提供一定的指导和借鉴。     

物探冲击器失效机理分析与改进

对物探冲击器失效分析认为,内缸套失效主要以变形和偏磨为主,活塞失效主要集中在外表面的磨损和冲击端面疲劳破坏,磨损的主要形式为粘着磨损和磨料磨损。提出了提高冲击器使用寿命的具体措施并进行了活塞热处理工艺试验研究。     

泥水盾构在几种特殊地段中的施工技术

在施工过程中,本人结合实际,分析和探讨泥水盾构在几种特殊地段中施工的技术要点和措施,形成一篇盾构施工技术总结,以便对今后盾构施工进行借鉴和参考。     

陶瓷刀具硬态车削铁基烧结合金的磨损性能

通过对Al2O3／(W，Ti)C陶瓷刀具硬态车削铁基烧结合全的试验研究，分析了刀具的磨损特性及机理，探讨了切削参数、材料特性对刀具磨损的影响．结果表明：Al2O3基陶瓷刀具是硬态车削铁基烧结合金的一种较理想的刀具材料，其主要磨损机制为伴随有微崩刃和剥落的磨粒磨损和粘附磨损；当切削速度过高时，刀具的破损为主要失效形式．     

泥水盾构环流泵站故障的应急解决方案

分析大型泥水盾构在长大隧道运用中出现泥浆泵站故障频率高、处理时间长等特点,结合广深港客运专线狮子洋隧道项目施工的实际情况和泥水盾构设备设计理念,提出了大型泥水盾构泥浆泵站故障的3个解决方案及实际应用,大大节约了故障处理时间,有效控制了隧道污水排放的风险,适用于类似泥水盾构项目。     

双盾构下穿秦淮河施工监测数据分析和数值模拟研究

以南京地铁三号线泥水平衡盾构下穿秦淮河施工为背景,对施工期的监测数据进行分析整理,揭示了双盾构下穿秦淮河施工沉降的规律.同时采用有限元中的渗流应力耦合算法对双盾构下穿秦淮河的施工过程进行模拟,对双盾构下穿秦淮河施工的沉降规律进行验证,以此揭示双盾构隧道下穿河流的一般规律,为以后的工程实践提供借鉴.     

简易车刀刃磨装置的设计

为了减少或防止硬质合金车刀手动刃磨时产生振碎及刀具角度不能准确控制等缺陷,结合工作实际,设计了一种简易的车刀刃磨装置。详细介绍了简易车刀刃磨装置的设计过程、使用方法及优缺点。