盾构装备领域专利技术分析及国内企业的应对策略

1盾构装备简介盾构,全名叫隧道盾构掘进机,是一种隧道掘进的专用机械工程装备,至今已有近180年的历史,其始于英国,发展于日本、德国。现代盾构集成了地质、土木、机械、力学、液压、电气、控制及测量等多门学科,具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能,已广泛用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。近30年来,     

地铁土压平衡盾构的研制与应用

地铁土压平衡盾构机是用于地下隧道施工的重大装备，盾构主机直径6．34米，重量250吨，长度约8．5米。目前国内盾构市场“洋机”一统天下，现有国产盾构对土层适应性差、地表沉降难以控制、可靠性和自动化程度低，盾构总体技术水平处于与外商合作制造状态，关键设计技术处于空白。“十五”期间，通过承担国家863计划课题，以攻克和掌握地铁土压平衡盾构的核心关键技术为突破口，走自主创新的道路，研制出具有自主知识产权的地铁土压平衡盾构。     

盾构机密封舱土压平衡综合优化控制

为了实现盾构机掘进过程密封舱土压平衡的精确高效控制,提出了盾构刀盘系统、推进系统和排渣系统的综合优化控制方法.设计了以扭矩切深指数(TPI)和场切深指数(FPI)为特征输入参数的地层识别系统,然后建立了专家控制系统,根据地层识别的量化结果和控制规则给出刀盘转速的控制策略;在此基础上,提出了采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)非线性预测控制方法来协调控制推进速度和螺旋输送机转速,并利用蚁群算法(ACS)滚动优化控制变量,实现密封舱土压平衡控制.实验结果表明即使在工况发生变化时亦能够很好地控制密封舱土压平衡,证明了方法的有效性,实现了盾构机土压平衡的多子系统协调优化控制.     

异形断面盾构切削机构分析

开发合理的切削机构是异形断面盾构的关键技术之一 .提出一种三杆切削机构 ,它在原有圆形盾构刀盘上加装可控制的伸缩机构 ,完成任意断面的切削 ,结构简单实用 .介绍了异形断面盾构切削机构的控制方式 ,分析了阀控液压缸和滑阀计量马达两种控制方式 ,前者结构简单 ,控制容易 ,但需要一个较长的位移传感器 ,而且信号需通过滑环传递 ,难以保证信号准确性 .后者可以保证得到精确的信号 ,但其液压系统的泄漏会影响精度 ,需要采取补偿措施 .最后对三杆机构的伸缩速度进行了分析 ,由此可确定控制机构的马达、油缸等参数 ,以便进行正确的选型 ,为异形断面盾构机械提供设计依据 .     

块体理论模拟盾构机破岩机理

TBM是现代隧道开挖的主要工具,掘进开挖在许多隧道中已得到了成功应用,目前,在国内许多施工过程中,由于地质条件极其复杂, 岩体坚硬并且岩性变化大, 导致TBM刀圈出现卷刀、崩口、断裂、刀圈移位磨蚀度偏大及空磨刀等现象,严重影响了挖掘进度和挖掘效益,针对这些问题,本文阐述TBM破岩的一般机理,在此基础上用DDA简单模拟岩体在各种结构面组合下有荷载作用的破坏,更直观反映破岩过程。     

盾构机管片拼装微调机构动力学分析

为了研究拼管作业时盾构机管片拼装微调机构驱动油缸的推力,分析了微调机构在偏转和俯仰运动下的动力学特性。首先,对简化的管片拼装微调机构平台角度与驱动油缸行程的关系进行研究,并利用Matlab Simscape模块对机构进行建模仿真,得到指定运动轨迹下2个驱动油缸的驱动力;接着,利用ADAMS（automatic dynamic analysis of mechanical systems）对机构进行动力学仿真,验证所搭建模型的正确性;最后,利用ADAMS对机构进行带载工况下的动力学仿真,得到2个油缸的最大推力。结果表明,管片拼装微调机构在以幅值为0.035 rad、角频率为1 rad·s^-1的正弦函数进行俯仰和偏转运动时2个油缸的最大推力分别为 8 998.47 N和6 390.48 N。     

盾构机总推力反算滚刀法向破岩力探讨

分析了盾构机掘进过程的受力状况,建立了盾构机滚刀法向破岩力与掘进总推力之间的量化关系,提出了利用盾构机实测总推力反算滚刀破岩力的方法与步骤.以广州地铁三号线北延段盾构掘进工程为例,验证了本研究提出的方法,计算结果与Rostami预测值具有一致性,并指出反算法向破岩力的关键在于盾构机外壳与周围地层的摩阻力计算,取决于盾构机外壳所受压力的合理估算及盾壳与地层摩擦系数和侧压力系数的正确选取.     

盾构的选型及国产化问题

盾构施工技术具有高效、安全、优质的优点，在隧道与地下工程的掘进中得到越来越广泛的应用。盾构机作为盾构法施工的大型专用机械设备，其选型既涉及到地层条件，又涉及到盾构机本身的设计、各部件的配置以及盾构对地层条件的适应性。由于盾构机的造价很高，其选型还必须考虑我国的国情以及施工单位的承受能力。介绍了盾构的种类与组成、盾构选型的原则及盾构施工法的衬砌形式；讨论了盾构机国产化的有关问题。     

地铁施工用盾构机选型及施工组织

盾构法施工是暗挖隧道施工中一种较为先进的施工方法。盾构机选型的正确与否,直接关系到地铁施工进度和工程安全状况。我们应当高度重视地铁施工用盾构机选型及施工组织,解决施工过程中遇到的难题,从而提升城市地铁交通的运输效率。     

浅析土压平衡盾构机过富水砂层施工技术

富水砂层是具有良好的富水性和透水性的地层,在进行施工的时候是会遇到很多的问题的,对出现的问题进行解决,也能更好的促进土压平衡盾构机施工技术得到提高,同时也能更好的促进交通行业获得更好的发展.