超大直径竖井全断面掘进机施工地层扰动规律

超大直径全断面竖井掘进机施工过程中刀盘推力会使围岩受到剧烈扰动。 针对竖井掘进机施工过程 进行数值模拟,探明不同围岩条件下的机—岩相互作用,围岩应力、位移场及塑性区的分布及演化规律。 结果表明:围 岩应力受开挖深度、围岩条件和离刀盘开挖面的距离影响,刀盘盾体与井筒结构交界处、刀盘开挖面边缘及刀盘内圈 会出现应力集中现象;强风化围岩条件下围岩径向变形最大值为 7. 33 mm,距离竖井 1D(D 为竖井直径)掘进施工扰 动影响可忽略;围岩塑性区范围随着围岩条件的劣化和开挖深度的增长呈扩张趋势;先导掘进装置盾体对开挖面内 圈岩体形成约束,刀盘切削挤压岩体时被约束的岩体应力集中,导致内圈刀盘磨损及所需切削扭矩和推力比其他部 位更大。     

基于DOE模型的掘进机性能预测与优化研究

钻速是衡量掘进机工作性能的关键参数之一。采用DOE建模技术,以钻速作为目标变量,以刀盘扭矩、千斤顶推力、刀盘转速、螺旋机转速等主控参数作为设计变量建立二次回归函数,得出钻速的预测函数。通过拟合判定系数、修正判定系数和均方根差对回归函数的误差进行判定,研究不同的样本数据采点方法对拟合精度的影响。构建优化数学模型,采用二次规划算法求解不同样本数目下的极值,有效地实现了掘进性能的提升。     

浅析盾构机刀盘的设计

刀盘是盾构机最重要的零部件之一,笔者通过实际工程及理论分析,阐述了盾构机刀盘设计过程中刀盘本体结构的关键设计要素,分析了刀盘刀具的选择及刀具布置,给出了进行刀盘强度计算所需的扭矩与推力的计算方法,为盾构机刀盘设计提供了一定的参考与借鉴。     

全断面岩石掘进机刀盘结构设计的发展与挑战

全断面岩石掘进机刀盘结构设计涉及多学科,极具复杂性和挑战性。通过对已有公开资料的研读和相关工程的调研,发现全断面岩石掘进机的发展——盘形滚刀耐磨容量的提高、背装式换刀技术的实施等对其刀盘结构、强度和刚度提出了更高要求。刀盘是多功能——破岩、拾渣、出渣、方便作业人员进到掘进面及方便运输等的集合体,其结构应是充分实现这样功能的有机整体,即刀盘整体结构布局、设计、刀盘关键参数的确定、盘形滚刀的分布与安装等应以这样功能的充分实现为目标,以围岩、刀盘强度和刚度等约束为条件进行整体有机化设计。这样理念的提出,为全断面岩石掘进机刀盘设计理论的创新发展提供了有益借鉴。     

全断面岩石掘进机非连续刀盘形变理论及应用研究

全断面岩石掘进机破岩作业过程中,刀盘的弹性变形是振动大、盘形滚刀破岩作业效能下降的主要原因之一。在分析刀盘结构的基础上,提出并建立了全断面岩石掘进机刀盘的弹性变形模型;考虑刀盘中心一般设置中心滚刀,从而将刀盘看成非连续弹性薄板,并以刀盘支撑为夹支及其边缘自由为边界条件,对刀盘弹性变形模型进行了求解。通过实例应用,发现了全断面岩石掘进机破岩作业过程刀盘弹性变形的不均匀性,从而提出了曲面刀盘的概念并提出此曲面刀盘可在刀盘设计、研制过程中实现,从而为增加刀盘刚度、降低全断面岩石掘进机破岩作业振动及提高盘形滚刀破岩作业效能的刀盘设计提供了借鉴。     

全断面岩石掘进机刀盘面板振动分析

通过对全断面岩石掘进机刀盘结构的分析,定义了刀盘面板边界力学条件,通过分析其弯曲特点,给出了刀盘面板自由振动方程,从而建立了刀盘面板固有振动频率计算式并揭示:在全断面岩石掘进机刀盘面板材料一定的条件下,其固有振动频率只与刀盘面板厚度有关,且成正比例关系。研究结论为全断面岩石掘进机工程应用及刀盘设计提供了借鉴。     

基于三维有限元分析的掘进机刀盘性能分析

建立了掘进机刀盘的三维有限元模型,对以前学者研究中的一些细节进行了考虑,并进行了研究,通过分析结果得出:刀盘的应力、应变主要集中在刀盘的中心区域,其值符合条件。模态分析表明不会出现共振现象。通过这一研究对于在采煤工作中刀盘的正常运行与优化具有指导意义。     

盾构机刀盘推力试验研究

针对盾构机施工现场环境恶劣,难以直接测量其刀盘推力的问题,提出了一种试验和有限元仿真相结合的测量方法。首先建立了盾构试验样机,搭建相应的试验装置,以该样机实际切削工况作为边界条件进行有限元仿真,分析刀盘及胸板上的应力分布,并以此确定试验时应力采集点的位置。对比试验结果和仿真分析,建立采集应力和样机刀盘推力之间的关系。试验结果表明,测得推力与液压缸实际推力平均误差为 6.69%。该试验方法为类矩形盾构机刀盘推力的测量提供了理论依据。     

全断面掘进机（TBM1）刀盘总推进力的分析计算

全断面岩石掘进机（TBM）是靠旋转的刀盘带动盘形滚刀，利用盘形滚刀的旋转挤压作用破岩的。TBM掘进系统主要由刀盘、刀盘驱动系统和推进系统等组成，刀盘总推进力的大小决定了TBM的掘进效率，是TBM最重要的参数之一。     

基于惯性导航技术的掘进机位姿测量系统研究

为实现掘进机位姿无人化、高精度的自主测量功能,提出了基于惯性导航技术的掘进机位姿测量系统并对其可行性进行分析研究。根据掘进机实际工况,提出了掘进机空间位姿参数,建立了位姿测量系统的数学模型,应用MATLAB进行仿真分析研究,得出了掘进机空间位姿参数在不同掘进进尺及掘进时间情况下的变化规律。     

盾构掘进机主要技术参数的计算分析

盾构机的选型及配置是隧道盾构施工中的关键环节,应根据工程地质水文情况、工期、经济性、环境保护、安全可靠等各种因素综合考虑。选择合适的盾构机型后,为确保其性能满足工程施工的要求,需要对盾构机的装备推力、刀盘转矩、驱动功率、掘进速度等关键参数进行复核计算,保证盾构机性能可靠,满足施工要求。     

盾构密封舱土压预测及优化控制智能策略

盾构掘进过程中开挖面压力失衡易导致地表塌陷或隆起的灾难性事故。由于密封舱土压的变化情况与开挖面压力密切相关,因此精确预测及控制密封舱土压是有效预防开挖面压力失衡的关键技术之一。为建立密封舱土压的预测模型,首先从机理上对密封舱土压与掘进参数的关系,特别是刀盘扭矩对土压的影响,做了详细分析,以此为基础确定了密封舱土压模型新的输入输出参数。然后建立了依据密封舱压力传感器数据、基于最小二乘支持向量机（LS-SVM）的土压预测模型。并且基于此预测模型,以密封舱内四点土压预测值与设定值偏差最小为优化指标,采用粒子群算法（PSO）对控制参数进行在线优化,实时控制密封舱土压平衡。最后结合现场施工数据进行了仿真对比分析,验证了模型的有效性和准确性,为准确预测和控制密封舱土压,保证掘进过程安全提供了技术支持。     

全断面掘进机刀盘驱动转矩的确定

探讨了在不同的地质条件下,TBM刀盘驱动转矩的设计计算方法,有利于优化TBM的结构和总装机功率,提高TBM适应不同地质条件的能力,并以ROBB INS公司为辽宁大伙房输水隧洞工程设计、制造的BM264-311型掘进机为例,进行模拟计算,证明该计算方法是合理和有效的。     

盾构刀盘虚拟样机优化设计与研究

以Pro/E软件为图形平台,对不同地质条件下的盾构刀盘、刀具进行三维实体建模,并将三维模型导入ANSYS软件进行有限元受力分析及应力、应变的数值计算,及时修改结构设计,并进行刀盘整机的虚拟装配及干涉检查,成功实现了盾构刀盘虚拟样机的优化设计。     

盾构电液控制系统关键技术分析

介绍了盾构电液控制系统国内外发展现状,对盾构电液控制系统急需的关键技术——推进液压系统中推进力和推进位移复合控制技术、螺旋输送机液压系统中土压力平衡控制技术以及刀盘主驱动液压系统中变转速泵控马达电液控制技术及节能技术作了详细介绍,其相关研究成果可为我国盾构技术实现跨越式发展奠定坚实的基础。     

盾构机刀盘磨损修复技术的应用实践

刀盘是机械化盾构机的掘削机构,具有开挖地层、稳定开挖面、搅拌渣土等功能,并承受大扭矩、大推力和冲击载荷的作用,其工作状况非常恶劣。因此,刀盘在盾构推进过程中将会不可避免地出现磨损。通过工程实例,介绍了盾构机刀盘磨损修复的技术应用。     

TBM破岩机理的三维FEM-SPH耦合算法

采用改进的有限元-光滑粒子流体动力学耦合（FEM-SPH）的方法,建立了TBM单滚刀和双滚刀破岩的三维数值耦合模型,研究了TBM破岩机理,研究结果表明,压碎区形成阶段,在单滚刀推力的作用下,微裂纹向下扩展形成扇形破坏区;在切向力的作用下,微裂纹向前扩展形成另一个扇形破坏区,两个扇形破坏区组成了锥形破坏区;在微裂纹形成阶段,侧向裂纹的扩展速度大于中央裂纹的扩展速度;在微裂纹扩展阶段,中央裂纹的扩展速度大于侧向裂纹的扩展速度;当滚刀向岩体的边缘滚动时,边缘部位的岩石以扇形失效;压碎区形成阶段,每个滚刀单独作用在岩石上,在每滚刀的下方形成一个锥形破坏区;在微裂纹形成阶段,由于滚刀之间的相互作用,赫兹裂纹改变扩展方向;在微裂纹扩展阶段,赫兹裂纹连接和贯通,形成岩片。     

全断面掘进机(TBM)刀盘总推进力的分析计算

探讨了在不同的地质条件下TBM刀盘总推进力的设计计算方法,有利于优化TBM的结构参数和总装机功率,提高TBM适应不同地质条件的能力,并以ROBBINS(美)公司MB264-311型TBM为例进行了模拟计算,证明该计算方法正确有效。     

离子型稀土原地浸矿溶质运移基础研究

离子型稀土开采先后经历了池浸、堆浸和原地浸出,目前广泛采用原地浸矿法,预测和适时调控原地浸矿中溶质运移过程是实施离子型稀土科学化和精准化开采的重要内容。总结了近年来土壤溶质运移几何模型,包括活塞流模型、单毛管模型、毛管束模型,归纳了土壤溶质迁移数学模型,包括对流弥散方程(CDE)、动水—不动水(MIM)模型、随机模型和传递函数模型(TFM),分析了各种模型的特点及在离子型稀土溶质运移的适用性;探讨了色谱塔板理论模型、地理信息系统应用模型、人工神经网络分析离子型稀土溶质运移的可行性,为揭示离子型稀土浸取过程的溶质迁移规律提供思路,有助于进一步完善离子型稀土原地浸矿理论体系。最后提出了离子型稀土溶质运移问题研究可能的发展趋势,为后续研究指明了方向。     

盾构掘进土压平衡控制模型

分析了影响盾构土压平衡的掘进参数之间及其与土仓压力间的相互关系,采用自适应神经模糊推理系统（ANFIS）建立了一个以推进力、推进速度、土仓压力实时数据采样值为输入,螺旋输送机转速为输出的基于排土控制的盾构土压平衡控制模型.在Matlab中利用100组施工现场数据对模型进行训练和参数优化,并采用另外100组数据对训练好的模型加以检验.结果表明,模型预测结果与实测数据吻合较好,说明该土压平衡控制模型能够很好地逼近盾构掘进此类非线性过程,同时可以对掘进参数进行有效的预测控制.