复合地层盾构机刀盘磨损修复实施与探讨

针对盾构机在复杂地质条件下掘进时刀具易异常磨损且动火作业修复危险度高的问题,依托上软下硬复合地层条件下穗莞深城际铁路盾构法施工隧道工程,首先分析工程地质、水文条件及刀具磨损原因,然后提出3种不同修复方案并分析其优缺点,确定采用素混凝土地下连续墙加固体+工作井模式,通过采取技术措施实现盾构常压开仓动火作业修复刀盘的成功实践,为同样条件下的盾构施工提供经验借鉴。     

复合地层盾构姿态纠偏与隧道成型质量控制

盾构法施工时盾构机的姿态控制是确保盾构法隧道成型质量的关键。盾构机在均一地层地质中掘进时盾构掘进控制较为容易,但在上软下硬的复合地层中掘进时容易出现刀具偏磨、地面沉降不易控制、盾构姿态纠偏困难等问题。本文依托盾构机在典型的上软下硬复合地层中遇到姿态出现向下纠偏困难的情况为背景,通过对地层地质、盾体姿态、盾构掘进参数及隧道管片成型姿态等数据进行综合分析,采取多种纠偏措施以及质量控制措施,使得盾构机姿态得以顺利完成纠偏且隧道质量得到良好控制的效果。此案例可为类似地下工程施工提供借鉴经验。     

北京地铁砂卵石地层土压平衡盾构施工刀盘扭矩研究

根据砂卵石地层力学特性,结合北京地铁4个标段工程,分析土压平衡盾构刀盘扭矩各组成部分所占的比例,提出简化的刀盘扭矩计算公式.分析计算结果表明:刀盘开口率与刀盘扭矩成反比,开口率每增加10％,刀盘扭矩降低8％～10％;土体的流塑性对刀盘扭矩影响较大;土体的摩擦系数每降低0.1,刀盘扭矩相应降低约35％～40％.在北京地铁10号线二期工程现场进行盾构掘进试验,分别通过刀盘改造(开口率增大至40％)及土体改良,使刀盘扭矩保持在2 500～3 500 kN·m,盾构推进速度明显得到改善.试验结果进一步验证了增大开口率及土体改良是在砂卵石地层降低刀盘扭矩的2项非常有效的措施;也验证了刀盘扭矩计算公式是合理的、可靠的,满足工程实际需求.     

复合地层大直径盾构刀盘及扭矩计算

刀盘作为盾构机的关键执行部件,设计、制作得好坏直接关系到盾构机的工作效率及成败。通过分析狮子洋隧道工程的地质特点,给出刀盘结构设计、开口率和刀具配置方案,并给出刀盘扭矩计算公式,使盾构在开挖过程中避免因刀盘强度不足而引起的施工问题。     

中粗砂地层中降低盾构机刀盘扭矩的措施研究

盾构法施二已成为开挖城市地铁隧道的主要工法。但盾构施工中,刀盘驱动扭矩过大,始终是制约施工进度的主要因素。从盾构机刀盘驱动系统、土仓内切削土体、泡沫系统、刀盘开口率、刀具选型等5个方面对盾构机刀盘驱动扭矩过大的原因进行了分析,提出了切实可行的解决办法,并在沈阳地铁一号线云沈区间盾构施工中得到了成功的应用。     

土压平衡盾构复合式刀盘设计与结构有限元分析

简要介绍了土压平衡盾构复合式刀盘适应的地层;重点论述了刀盘的结构设计、刀具配置与布局特点,建立了刀盘主体结构的有限元分析模型;对盾构刀盘在模拟载荷作用下的结构响应进行了数值分析,分析结果符合设计预期。     

京张高铁清华园隧道复合地层盾构机械配置研究

依据清华园隧道盾构区间的隧道参数和工程地质条件,分析盾构机刀盘和刀具对卵石土、砂、粉质黏土互层的适应性。从地层渗透系数、颗粒级配、地下水压、周边环境影响、隧道规模等方面进行综合考虑,选取泥水平衡盾构作为最终选型。考虑到刀盘跨度较大和中途换刀对盾构稳定性的影响,结合渣土特性和既有工程经验,决定采用辐条面板式刀盘,并确定了开口率和开口尺寸;此外,还给出了以切削型为主且可常压更换的刀具配置方案。最后简要介绍了常压换刀的技术流程和泥水环流系统的设计方案,总结了卵石土、砂、粉质黏土互层的盾构机械配置方案。     

基于PSO-SVR与LSTM算法的复合地层下刀盘扭矩预测与分析

在盾构机实际施工过程中,对于刀盘扭矩的预估是盾构装备设计与施工调整的重要依据。地铁盾构施工区间往往穿越多个地层并历经复杂的地质环境,盾构机每掘进1环将会产生海量的地质参数与机械参数数据,对于庞大的数据体系,传统的统计分析方法已经无法满足数据量的需求。文章提出用机器学习算法结合数据预处理方法来对复合地层下的刀盘扭矩进行建模预测。鉴于盾构数据具有时间属性的特点,文章采用PSO-SVR与LSTM时序算法进行对比分析。首先采用数据预处理的方法进行数据清洗和特征筛选,之后将样本数据用于模型建立,最后对模型的适用性进行对比分析。分析结果表明,LSTM时序分析算法在盾构掘进参数预测方面具有更好的表现效果,平均误差率仅为5%左右,可以满足工程层面的需求。     

土压平衡盾构机多级环形刀盘设计

针对盾构机施工过程中容易出现卡盘与结泥现象,设计了具有双刀盘的多级环形刀盘结构,改变了一般盾构机刀盘一体化结构,其中外环刀盘为平顶形,内环刀盘为外锥形。通过对比在锥形刀盘上安装的盘形滚刀和在平顶形刀盘上安装的盘形滚刀与岩石相互作用的力学模型,计算内环刀盘合适的外径范围和锥角区间,为今后多级环形刀盘盾构机的研发设计提供理论依据。     

复合地层曲线盾构隧道施工环境影响分析研究

以南京地铁7号线万寿村站—丁家庄站区间工程为背景,建立复合地层曲线盾构隧道三维数值仿真模型,利用现场实测数据验证数值模型的可靠性.计算分析隧道曲线半径和地层分布对施工环境的影响规律,分析得出曲线隧道施工造成的超挖量对地表沉降影响显著,超挖量越大,沉降量越大,10 m m超挖量会导致约2.08 m m的沉降增量;隧道于复...     

基于地层损失的复合地层盾构隧道施工沉降研究

盾构隧道施工诱发地面沉降的影响因素较多,但主要因素可归结为地层损失引起的地层变形。基于现有地层损失的理论,对引起地层损失的注浆过程进行模拟,依此研究复合地层盾构隧道施工对地层沉降的影响。研究结果表明:隧道贯通时,土体最大沉降和隆起区域分别位于隧道拱顶和拱底;浆液的硬化会对地表和拱顶的沉降速率产生影响,当浆液弹性模量达到最终硬化的75%时,地表和拱顶的沉降速率达到最大值并开始逐步减小;地表和拱顶沉降随浆液的逐步硬化而趋于稳定,且拱顶沉降趋于稳定的速率更快。     

大粒径漂石地层盾构机刀盘及刀具选型研究

北京地铁9号线06标段军事博物馆站～东钓鱼台站区间盾构工程穿越永定河引水渠、玉渊潭公园东湖及北小湖;盾构隧道穿越的地层为含大粒径漂石的砾岩层和湖底富水卵漂石⑦层,该种地层在国内外盾构隧道施工中均无类似工程实例,盾构机选型对于该工程至关重要,尤其是盾构刀盘选型和刀具配置更是重中之重。通过总结和分析盾构在两类地层结构中掘进的施工数据,为盾构今后穿越类似地层积累宝贵的经验。     

浅析超大直径泥水盾构刀盘扭矩的组成及影响因素

在复杂地质条件及盾构掘进参数的影响下,超大直径泥水平衡盾构机的刀盘扭矩会出现不同的响应。刀盘扭矩过小会降低盾构机的掘进效率,而扭矩过大会造成刀盘磨损严重,无法保证设计的开挖直径,严重时会造成整条隧道的报废。因此,研究刀盘扭矩的计算模型,明确刀盘扭矩的影响因素,找到控制刀盘扭矩的方法,已经成为亟待解决的课题。通过在南京纬七路过江隧道施工中积累的原始数据,结合盾构机的设计文件,研究了刀盘扭矩的组成及计算模型,对扭矩的影响因素进行了分析,并得出了控制刀盘扭矩的结论。     

复合地层盾构掘进的指导原则

以广州地铁复合地层土压平衡盾构施工的实践为基础,结合盾构穿越敏感建筑物的经验和教训,分析土压平衡盾构机在掘进施工管理中的特点,提出盾构掘进的指导原则,对类似施工环境中盾构机施工具有普遍的借鉴意义和指导作用.     

复合地层泥水平衡盾构刀具磨损情况分析

为研究撕裂刀刮刀组合下,盾构刀具在含砂卵石复合地层中的磨损规律,依托京张高铁清华园盾构隧道工程,结合盾构在复合地层掘进时的刀具磨损实际情况,分析刀具在砂卵石与粉质黏土夹杂的复合地层中的磨损特点。首先,对刀具开仓检查的实际情况进行统计,总结刮刀与撕裂刀的磨损特点;然后,对不同地层条件进行划分,并对撕裂刀磨损量随安装半径与切削轨迹长度的变化特点进行分析。研究发现,当地层中粉质黏土含量多于砂卵石时,先行刀磨损可分为3个阶段,最大容许切削轨迹长1 500 km;当地层中砂卵石土占多数时,先行刀磨损分为2个阶段,最大容许切削轨迹长度小于800 km。同时,对外侧撕裂刀频繁更换与非正常磨损现象作出分析,认为外侧撕裂刀的更换更易导致刀具发生应力集中现象,加重磨损。针对以上分析,对刀具更换与掘进参数控制提出了相应改善措施。     

盾构滚刀刀圈材料5Cr5MoWVSi热处理工艺及性能研究

为降低盾构施工的换刀频率,提高施工效率,研究了一款新型刀圈材料5Cr5MoWVSi钢及其热处理工艺,通过正交试验法,分析16组不同工艺试块的金相组织、洛氏硬度、冲击韧性及耐磨性能,得出5Cr5MoWVSi钢经1 030℃淬火、540℃3次回火后,综合性能良好,硬度可达58.9 HRC,韧性可达32.4 J/cm²,该热处理工艺生产的5Cr5MoWVSi钢刀圈适用于复杂多变的硬岩或上软下硬地层。     

基于复合地层表征参数的盾构隧道地面沉降预测分析

隧道盾构掘进过程中,复合地层围岩的特殊性质通常难以明确地量化表征,却对地面沉降影响甚大.针对这一问题,引入地层复合指数作为描述复合地层特征复杂程度的表征参数.依托某工程隧道地层组段的多项物理力学参数的数据特征,提出将复合地层变形模量的加权变异系数设置为地层复合指数;应用有限层法理论,分析复合地层中盾构掘进的有效推力、水...     

大粒径富水砂卵石地层泥水盾构刀盘脱困技术

泥水盾构穿过大粒径砂卵石地层时刀盘被卡住的情况很容易出现,不仅延误工期还会给工程增加预算。以兰州地铁1号线I期工程为依托,总结并分析已建地铁项目以及本项目实际施工中遇到的刀盘卡住情况及处理措施,形成一套对于大粒径砂卵石地层的刀盘脱困技术。相关技术经验可以为后续大粒径砂卵石隧道以及类似工程中刀盘脱困以及盾构安全快速掘进提供借鉴和指导。     

复合地层双线盾构施工诱发地表沉降规律分析

为探索复合地层中双线盾构隧道施工诱发的地表沉降规律,首先基于地表沉降监控量测数据验证数值模型的合理性,再基于数值模拟方法,从地层复合比、隧道覆径比和隧道间径比3个角度进行分析,研究表明:(1)总沉降槽宽度、单侧沉降槽宽度、地表沉降及最大地表沉降差异率均随地层复合比的增大而增大,随覆径比的增大而减小,且差异明显;(2)间...     

基于符号回归算法的地铁盾构刀盘扭矩预测研究

为了提高盾构机工作效率、降低施工成本,依托深圳地铁8号线某盾构区间段工程,基于符号回归(Symbolic Regression)算法,对不同掌子面的刀盘扭矩进行了预测.分析了推力、土仓压力以及贯入度变化及换刀对扭矩的影响.结果表明,贯入度增大会导致扭矩增加,但是土仓压力的增加可能会降低扭矩.扭矩模拟数学模型具有较高精度...