漂石地层土压平衡盾构刀具磨损特性

漂石地层是典型的非均质土层,具有强度高、磨蚀性强的特点,盾构在漂石地层中掘进时刀具磨损十分严重。以北京地铁16号线榆树庄站～宛平城站盾构工程为背景,研究了盾构在漂石地层掘进的刀具磨损规律,结果表明:撕裂刀的磨损量随轨迹半径的增大而增大,刀盘大圆环附近的撕裂刀由于刀盘局部开口的减小,其平均磨损量远高于相邻轨迹上的刀具;由于大粒径漂石的碰撞作用,约有55%的刮刀出现合金块破损,刀盘大圆环附近所有刮刀均出现合金块破损的现象;不同轨迹上刮刀的平均磨损量变化趋势与出现合金块磕破的刮刀占比的变化趋势一致。研究结果可为类似地层条件下的刀盘结构选择、刀具布置提供参考。     

土压平衡式盾构掘进顶推力和刀盘扭矩理论研究

利用盾构技术对隧道工程进行掘进施工时,盾构的顶推力和刀盘力矩的大小是控制隧道掘进的两个重要参数,将直接影响掘进过程的难易程度和时间进度。基于土压平衡盾构的原理,运用数学方法和力学平衡法,从理论上分析研究盾构刀盘力矩和顶推力的影响因素,并进行理论推导和计算,根据依托工程的实测值,对比分析顶推力和刀盘扭矩理论计算值与实测值的差异,验证了理论推导和计算结果的正确性,为盾构技术的进一步发展提供理论参考。     

土压平衡盾构改良渣土屈服应力分析

屈服应力是反映材料和易性的重要特征参数之一.依托武汉地铁6号线老关村出入段盾构隧道工程,开展室内盾构渣土塌落度试验,推导考虑塌落度桶形状效应的渣土屈服应力改进预测模型,进而分析不同含水率、不同掺入比和不同角砾含量条件下渣土屈服应力变化规律.结果表明:角砾黏土的塌落度试验值与含水率、泡沫剂掺入比和角砾含量呈正相关关系;通...     

软土地区土压平衡盾构反扭矩分析

基于土力学基本原理,综合考虑覆土、盾构自重及未脱开管片自重、千斤顶反力因素等产生的阻滞力矩,推导出在软土地层中盾构施工反扭矩理论计算方法。通过杭州软土地区盾构地铁区间实例分析,发现理论计算反扭矩为实测切削扭矩18.9到16.0倍,表明在盾构切削施工过程中,反扭矩足够保证盾构正常掘进而不会有产生侧翻的可能。在盾构始发掘进时,虽然理论计算反扭矩大于实测切削扭矩,但是安全系数较小。提出一种简单有效防止侧翻的措施并应用于实践。由于软黏土的黏滞特性,在刀盘切削扭矩作用下盾构体轻微回转,通过反向调整切削方向可以消除盾构回转角。     

基于前馈-反馈复合控制的盾构土压平衡控制

为使盾构土压平衡控制系统既有较高的土压力控制精度又能及时消除推进速度波动对土压力产生的干扰,在现有土压平衡控制系统基础上,提出基于推进速度前馈-密封舱压力反馈的土压平衡控制系统.建立密封舱土压力数学模型,根据模型描述的推进速度、螺旋输送机转速和密封舱土压力之间的关系,通过推进速度前馈环节得到螺旋输送机转速相应的改变量,在推进速度波动对密封舱压力造成干扰之前进行补偿.同时,系统中的土压力反馈环节可以进一步消除其他干扰因素造成的土压力控制误差,提高系统稳态精度.利用在盾构实验台上采集的实验数据进行对比分析计算,验证土压力产生机理模型的有效性.结果表明,在前馈-反馈土压平衡控制系统中推进速度改变后螺旋输送机马达转速的响应时间约为0.5 s,而在反馈系统中约为2.5 s,前馈-反馈系统土压力控制最大相对误差为1.54％,而反馈系统为6.52％,因此证明当推进速度波动时,采用前馈-反馈控制的土压平衡控制系统具有更好的性能.     

基于启发式动态规划的盾构土压平衡优化控制

为了避免盾构施工造成地表变形而引发安全事故,建立有效的密封舱土压平衡自动控制方法是至关重要的.为此,提出了一种新的基于启发式动态规划(heuristic dynamic programming,HDP)的盾构土压平衡优化控制方法,该方法能够实现盾构机多参数实时协调优化控制.基于神经网络,构建组成密封舱土压HDP控制器的执行网络、模型网络和评价网络,采用梯度下降算法对网络权值进行在线训练;利用评价网络迭代逼近密封舱土压优化控制代价函数,将多级优化问题简化为单级优化,从而显著降低实时计算负荷;执行网络以最小化代价函数为目标,对多参数同步协调优化,获得推进速度、刀盘扭矩、总推力、螺旋输送机转速的最优值.仿真结果表明,该方法能够有效控制密封舱土压平衡,HDP控制器具有较强的抗干扰能力,并且控制过程更加快速、稳定.     

土压平衡盾构掘进参数相关性分析及预测模型

为了研究盾构机在特定地层条件正常掘进状态下的掘进参数选取和预测,以深圳地铁16号线天健花园站—龙城中路站左线土压平衡盾构施工区间的微风化灰岩地层段为背景,对其掘进参数进行数理统计、Pearson相关性分析及建立预测模型.考虑了施工工艺等因素对数据的影响;对6个主要掘进参数的相关性进行了定量分析;用多元线性回归和随机森林方法对主要掘进参数进行建模预测.研究结果表明,在该地层条件下的推进速度平均值为15.81 mm/min、总推进力平均值为12973.69 kN等;计算出6个掘进参数间的Pearson相关系数,其中总推进力和刀盘转矩的相关系数r为0.569,存在显著的中等正相关关系;运用相关系数r、平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)3个指标对模型进行对比评估,结果表明随机森林模型预测性能更优.     

土压平衡盾构中顶进推力的计算分析

针对土压平衡盾构开挖过程中顶进推力难以确定的问题。采用理论计算与数值拟合相结合的方法,计算土仓和掘进面的等效压力,从而推导出隧道开挖所需的顶进推力。以实际工程为背景,利用ABAQUS在该顶进推力作用下地表沉降规律。结果表明:①该土仓与掘进面压力的计算方法适用于卵石地层;②盾构推进力为110 000 N时,开挖较为稳定;③监测与模拟的地表沉降值较为接近,两者之差小于2 mm。该研究对卵石地层中的盾构开挖具有一定的指导意义。     

隧道施工土压平衡式盾构方案探讨

本文结合工程管理实践,针对公路隧道施工中土压平衡盾构施工事故的预防和处治进行探讨,以便为业内同行日后从事类似工程控制时提供一定的参考价值。     

土压平衡盾构施工事故预防与处理

盾构法隧道施工技术以其独有的智能化、安全、快捷等特点与优势，越来越得到广泛的推广和应用。但是，施工事故依然大量存在，本文将在土压平衡盾构施工事故预防和处理方面进行探讨与研究，为今后的土压平衡盾构施工提供参考与借鉴。     

土压平衡盾构土仓压力对地表沉降的影响

以广州地铁4号线盾构施工为工程背景,采用三维数值分析方法和现场测试等手段,对土压平衡盾构土仓压力变化引起的地表沉降变形规律进行了系统研究。结果表明:随着土仓压力的增加,掌子面后方地表沉降在减小,而掌子面前方地表隆起却不断增加,隆起一般出现在掌子面前方10 m范围内;当土仓压力处于超平衡状态时,地表隆起值增大,地表沉降值减小,且沉降减小量远大于隆起增加量;就地表沉降量而言,超土压平衡引起的地表沉降量最小。在满足盾构前方土体不被破坏的前提下,增加土仓压力是减小地表沉降的有效手段。     

某土压平衡盾构始发地层的加固优化

地铁隧道盾构施工始发与到达段容易出现塌方、涌水(泥、砂)等工程事故,因此该区域地层的加固优化设计尤为关键.文中结合长株潭城际铁路树木岭盾构隧道始发段地层加固工程实际,首先采用弹性薄板理论计算不同安全系数下端头土体的纵向加固范围,并利用强度理论和滑移失稳理论对土体进行强度及稳定性验算;然后基于Terzaghi围岩压力理论确定浅埋盾构端头土体的横向加固范围,利用FLAC3D建模分析不同加固范围盾构施工对周边环境的影响,依据相关监测规程及设计文件要求,从经济性和稳定性角度确定优化后的端头土体加固范围,并应用到该工程中.优化后的数值模拟数据与实际监测结果吻合较好,说明优化后的设计方案是合理的.     

土压平衡盾构机刀具的维护与管理措施

德国海瑞克公司生产的土压平衡式盾构机是目前世界上先进的盾构机,广泛应用于世界各国城市地铁的施工建设.由于盾构机是目前最昂贵的施工设备,因此,对盾构机最主要部件——刀具进行维护与管理能够大大提高其使用寿命.     

土压平衡盾构土仓内黏性渣土堵塞的模拟判别与分析

提出以剪切板扭矩评价土仓内渣土状态,然后通过模型试验明确该指标在土仓内黏性渣土堵塞前后的变化特征,最后建立实时判别土仓渣土堵塞的方法.研究表明:黏土层内盾构隔板附近渣土绕中轴线流动角速度出现差异后,渣土黏附趋势逐步向刀盘发展,同时土仓顶部发生渣土脱空.最终引发渣土堵塞.渣土堵塞风险可通过土仓顶部和下侧的渣土剪切扭矩的幅...     

基于模糊层次分析法的岩溶区土压平衡盾构适应性评价

土压平衡盾构作为一种较为先进的隧道掘进机械,由于其安全、可靠等优势,在我国的城市地铁隧道工程施工中得到了广泛的应用。我国南方地区岩溶地层非常普遍,土压平衡盾构在岩溶地层中掘进容易产生“栽头”、刀具不均匀磨损等问题,因此评价岩溶地层条件下土压平衡盾构的适应性是非常有必要的。本文依托南宁地铁4号线2标相关盾构隧道工程,分析岩溶区各方面因素对土压平衡盾构适应性产生的影响,通过层次分析法确定最终的土压平衡盾构在岩溶地区的适应性评价指标,参考已有研究成果结合模糊数学方法确定评价指标的隶属函数,构造了岩溶区土压平衡盾构适应性评价模型,提供了岩溶区土压平衡盾构适应性评价方法。以南宁地铁4号线2标“良良”、“体良”和“清龙”盾构区间所采用的土压平衡盾构机为应用实例,现场盾构施工情况与本文提出的评价方法的评价结果匹配较好。本文提出的岩溶区盾构适应性评价方法对类似地层盾构机评价及应用具有一定的指导意义。     

富水砂层土压平衡盾构施工渣土改良试验

针对深圳的富水砂层,采用泡沫、膨润土以及高分子聚合物等添加剂,改良盾构施工渣土,进行现场坍落度试验.基于现场试验结果,通过对土样进行电镜扫描以及压缩、渗透等室内试验研究,分析了改性渣土细观结构以及渗透、压缩特性的变化.对添加剂改善富水砂性土的流塑性、保水性以及开挖面动态土压平衡机理作了较深入的探讨.结果表明,富水砂层中,采用质量比为1∶7、外掺量为8%~10%的膨润土进行渣土改良,可满足施工需求.     

复合地层土压平衡盾构刀盘掘进参数

土压平衡盾构在复合地层中掘进时常出现推力和扭矩波动幅度过大的问题,为了研究盾构机在复合地层中刀盘受力特点,基于扩展模型建立了不同类型全刀盘掘土数值模型,研究了全刀盘Mises应力以及推力和扭矩的变化规律,验证了数值计算结果的合理性。基于室内土压平衡盾构掘进试验,研究了盾构机掘进参数在不同地层中的变化规律。研究结果表明,随着刀盘推进深度增加,各类刀盘Mises应力最大值呈增加的趋势。各类地层全刀盘掘进模型的推力及扭矩计算误差均未超过10%,利用扩展Drucker-Prager模型所建立的全刀盘掘进模型是合理的。土压平衡盾构掘进模型试验表明,随着中风化泥质粉砂岩地层占比逐渐增大,盾构机推力有增大的趋势;盾构刀盘扭矩先增大后减小,最后趋于稳定;出土器扭矩变化不明显。整个推进过程中盾构机推力变化范围为6.0～7.7 kN,扭矩变化范围为773.4～1 195.8 N·m,出土器扭矩变化范围为32.5～104 N·m。     

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。     

粉性土中土压平衡盾构施工的扰动影响

结合上海轨道交通明珠线二期工程“溧阳路站—临平路站”区间盾构推进工程,进行静力触探试验、超孔隙水压力测量以及地面沉降的量测.从上述不同角度,分析了EBP(土压平衡)盾构在粉性土中推进对土体扰动、变形的影响,研究了受影响区域土体静力触探强度、超孔隙水压力随着时间的变化趋势及随之表现出来的地面变形趋势,得出了超孔隙水压力发展的规律及经验公式,并总结分析了三者之间的相互关系.为今后盾构施工扰动的分析及控制提供有益的参考.     

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。