高磨蚀复合地层盾构刀盘受力分析与计算

盾构在复合地层中施工,经常会遇到盾构姿态难以控制、刀盘刀具异常或过量磨损、刀盘变形与开裂等问题,目前是盾构施工一大难题。针对芜湖过江隧道其中一段软硬复合地层的工程地质特点,将其在盾构掘进断面内的地层简化为上软下硬的二元地层结构,对刀盘受力公式进行推导并建立刀盘受力计算模型,基于LabVIEW编制盾构刀盘受力计算程序。该程序可以计算盾构机在复合地层掘进过程中的刀盘有效推力、有效扭矩、倾覆力矩和不平衡力及它们的变化情况。最后实例计算,得出刀盘受力和力矩随软岩比、刀盘转角和贯入度的变化规律,解释了盾构在复合地层施工难题的原因,为其提供依据。     

和谐利益论视域下的乡村文明家庭建设

盾构刀盘刀具的布置直接关系到刀盘的受力状况、刀具的磨损、大轴承寿命以及高效 稳定的掘进。针对复合型土压平衡盾构刀盘特点研究了切刀及滚刀的布置规律,并对滚刀和切 刀进行了布置优化。在满足刀盘几何要求和力学平衡约束基础上,建立了满足多种约束条件的 滚刀布置优化模型,并采用粒子群多目标优化算法对模型进行求解。从刀盘整体受力出发,并 基于阿基米德螺旋线方法进行切刀布置。最后通过 ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ有限元软件对布置结 果进行仿真分析,验证了该方法布置刀具的合理性和有效性,使优化方案更符合工程实际需要。     

振动频率对消失模铸造AlSi9Mg组织及性能影响

采用自制的三维振动台,将砂箱固定于振动台上,实现共振,研究一维振动(垂直振动)时,振动频率对AlSi9Mg合金组织及性能的影响.实验结果表明:振动凝固技术对细化合金组织和提高力学性能有很大帮助.一维垂直振动,振幅为0.11 mm,随着振动频率的增大,晶粒尺寸先减小后增大,当振动频率为36 Hz时,金相组织均匀细小,趋向于球状或蔷薇状,晶粒尺寸为80μm.振动频率对抗拉强度及伸长率影响较大,随着振动频率的增加,抗拉强度、布氏硬度及伸长率均先增大后减小.振动频率为36 Hz时,抗拉强度较普通铸态提高了16.5%,布氏硬度提高了23%,伸长率提高了35%.     

黄土隧道台阶法施工地表裂缝规律模拟分析研究

针对郑-西客运专线铁路黄土隧道施工过程中广泛出现的地表裂缝现象,采用三维离散元计算程序3DEC进行了裂缝开展的数值模拟.考虑黄土原始垂直节理,台阶法施工,分三种隧道覆土埋深工况进行了讨论,分析得出了在各埋深工况条件下地表裂缝的开展规律.     

基于盾构掘进参数的LVQ神经网络地层识别

以苏州4号线2标及2号线东延伸线5标地铁工程为背景，分析了盾构机的掘进参数：千斤顶推力、推进速度、刀盘扭矩、螺旋机转速和同步注浆量在不同地层条件下的变化规律。提出了基于盾构机掘进参数的学习向量量化（Learning Vector Quantization，LVQ）神经网络地层识别方法。建立了以盾构机五个掘进参数作为输入，地层特性编码为输出的数学模型，通过每种地层100组训练样本对模型进行训练，通过57步训练，训练样本误差控制在0.1以内，并用每种地层50组检验样本进行检验，地层总体识别率达到82.7%。     

盾构刀盘刀具布置优化算法比较

盾构刀具作为掘进过程中的切削工具,选型与布置影响着盾构的使用性能。结合直径Φ8 810 mm的盾构刀盘实例,将质心分布重合、破岩刀间距、最优切削效率、布刀位置不干涉等约束转化为数学不等式,建立带约束的数学优化模型;确定径向载荷、倾覆力矩最小为目标函数;对比分别采用传统优化算法、标准遗传算法、多目标遗传算法优化计算后刀盘受力情况。研究结果证明采用优化算法优化刀盘刀具布置的可行性。优化后倾覆力矩及径向不平衡力均减小,多目标遗传算法布置方案明显优于另两种优化方案,在今后解决刀具优化布置问题时可作为首选。     

兰青复线虎头崖隧道微振动爆破技术研究

新建兰青复线虎头崖隧道出口段（DK60＋590～DK60＋710）与既有隧道线间距11．6～40m。为保证既有隧道正常行车安全，对新建和既有虎头崖隧道进行支护加固并采用微振动爆破技术施工。同时采用4C型振动测试仪对隧道爆破振动进行监测，根据监测结果并结合新建隧道确定下一次爆破的参数，对爆破设计进行优化。通过合理选择爆破时差、最大装药量、微差起爆、掘进进尺、预裂爆破等5个方面的振动控制技术措施，使该隧道开挖施工爆破中的既有隧道振动速度值控制在安全范围以内。最后，利用微振动爆破技术保证了虎头崖隧道开挖作业安全、顺利地进行。     

全断面隧道掘进机工作参数匹配规律的挖掘与利用

为提高隧道掘进机工作效能和利用率，以采集的秦岭隧道工作数据为对象，分析研究了不同掘进状况下工作参数间的匹配规律，对比分析了各类掘进状况下的切削比能，获得了掘进机正常掘进状况下的FPI与切割系数C的制约方程，得到了软、硬岩条降下的推进力、扭矩需求方程，并且从统计角度获得了切割系数的概率密度分布函数。所获得的相关规律以及处理方法，为掘进状况的预测和掘进参数的优化提供了一定的知识和技术支持，对于掘进机的性能评价和掘进机设计部具有重要的参考价值。     

粗颗粒土击实特性试验研究

以优良路基填料级配碎石和细圆砾土为研究对象,通过自行改装的表面振动击实仪测定了粗颗粒土在干法、湿法以及在35 Hz和45 Hz击实频率条件下,不同击实振幅下的干密度,分析了干湿条件下粗颗粒土最大干密度随击实频率、击实振幅的变化规律。结果表明,采用湿法得到的最大干密度高于干法;存在一个最优的击实振幅,级配碎石最优击实振幅为1.4～1.6 mm,细圆砾土最优击实振幅为1.0～1.2 mm。小于最优振幅时,随振幅的增加,干密度增大;大于该振幅时,随振幅的增加,干密度反而减小。     

TSP203超前地质预报系统在客运专线高风险隧道中的应用

客运专线中存在较多的长大隧道,其隧道断面大、埋深大,在地质情况复杂的地区给隧道施工带来安全隐患,因此,在隧道施工中开展超前地质预报工作十分有必要。本文基于TSP203技术在沪昆客专某隧道进行了超前地质预报,对掌子面前方的地质情况作出了较为精准的预测,为指导隧道施工提供了可靠的依据,保证了隧道施工的安全。     

盾构重叠隧道施工力学行为分析

我国地铁建设的快速发展,就涉及地铁建设中上下重叠隧道的相关问题进行研究。利用三维有限元方法并结合广州某重叠盾构施工的地铁工程实例分析了下洞（左线）隧道受上洞（右线）开挖产生的影响范围、上洞盾构在不同推进力下对下洞位移、应力和应变产生的影响和下洞局部范围在有临时支护条件下随上洞开挖产生位移和内力变化。分析表明：下洞隧道结构受上洞盾构施工的影响表示形式为上洞盾构前方的下洞结构存在向下桡曲,而在后方则向上隆起,直至趋于一个定值,其中下洞盾构机的盾尾需在上洞盾构机盾头前方的50 m;上洞隧道在推进过程中,推进力是     

矩形盾构刀盘系统结构设计

在地下管廊建设中,矩形盾构空间利用率高、覆土浅和施工成本低等优点逐渐被人们重视。在对比常见矩形盾构刀盘形式的基础上,提出矩形刀盘设计方案、偏心距计算方法和矩形刀盘阻力矩计算方法,应用此计算参数完成矩形盾构刀盘及主驱动设计。分析刀具寿命,采用有限元法,进行刀盘的流固耦合分析,并对主轴的强度进行校核,验证了设计方案的可行性,以期为矩形盾构刀盘研制工作提供参考。     

基于正交试验的盾构刀具磨损分析

刀具磨损检测是盾构在复合地层施工中的一个重要研究课题。针对在盾构掘进时刀盘外圈刀具的磨损检测问题,采用正交试验法对掘进参数分析刀具磨损的方法进行了改进,建立了刀具磨损量计算的新模型。分析了掘进过程中总推力、刀盘转速、泡沫注入量对刀具磨损量的影响度,并对计算模型进行了显著性检验。最后,利用盾构施工实测数据对该计算模型进行了验证。研究结果表明,该模型计算的刀具磨损的检测结果与实际换刀是吻合的,并且可以对掘进参数的设置进行指导,以提高掘进效率。     

振动研磨机颗粒系统的仿真试验

为了探寻偏心振动磨的最佳工艺参数，达到减小乏能区、提高研磨效率的目的，以单筒偏心振动磨为研究对象，建立偏心 振动磨内部介质运动数学模型。借助于离散元素法颗粒系统分析软件EDEM，模拟不同振幅、频率组合下研磨介质与物料的运动状态。理论与试验研究结果表明 ：系统在简谐激振力作用下，筒体以高频率连续振动，介质在磨腔内形成明确的动态回转质心，且随激振频率和振幅不同有所变化；研磨介质和物料混合过程中 ，振幅增大混合速度增加，但振幅过大时部分物料被甩到磨腔边缘，混合均匀度反而降低；当激振频率为16 Hz，振幅为10 mm时，介质运动范围较大，乏能区明 显减小，物料与研磨介质间接触力增加，研磨效率大大提高。因此，可以通过控制激振频率和振幅等参数来获得更有利的研磨效果，提高研磨效率。     

泥水平衡盾构机刀盘泥饼形成机理及防治技术

盾构机在中、强风化岩和粘土地层的掘进过程中,挖掘面的粘性土体受到刀盘的碾压,极易自刀盘中心位置向四周逐步在刀盘面和土仓内壁上形成附着的泥饼,坚硬的泥饼将会把刀盘开口堵塞,严重降低了盾构机掘进能力;泥饼的存在加重盾了构机刀盘和刀具的负荷,常常使掘进参数出现突变,大大降低施工效率;此外,当刀盘泥饼与土仓中隔板的长时间摩擦,会导致中隔板等位置的温度快速升高,从而引起回转中心橡胶密封件性能的下降,威胁盾构施工的安全,本文根据广州轨道交通六号线某标段的盾构施工情况,开展对泥水平衡盾构机泥饼形成机理和处治技术进行研究,取得明显的效果。     

超声椭圆振动切削航空铝合金的数值研究

为了研究7075航空铝合金在超声椭圆振动切削（Ultrasonic Elliptical Vibration Cutting, UEVC）下切削速度、背吃刀量、振幅和频率对切削力和切削温度的影响。课题组运用ABAQUS有限元软件建立了仿真模型，对比分析了不同切削方式对航空铝合金力学性能的影响。仿真结果表明：在UEVC过程中，随着切削速度和切深的增加，切削力逐渐增加，切削温度逐渐升高；随着X方向的振幅和振动频率的增加，切削力和切削温度逐渐降低；背吃刀量对切削力的影响最为明显。与常规切削（Conventional Cutting, CC）相比，UEVC能够明显降低切削力和切削温度，是一种改善航空铝合金切削性能的有效加工方式。     

微型隧道管片力学性能试验台设计与研究

为满足微型隧道管片力学性能试验需要,设计制造了集载荷施加与数据采集功能于一体的微型隧道管片力学性能试验台。根据管片实际埋深及自身重力影响,可选择卧式或立式试验,兼容不同尺寸管片。设计了载荷模拟方案,利用环箍加载油缸实现水压模拟,利用水平及垂直加载油缸实现土压和地层抗力模拟。分析了试验台液压系统功能要求与工作原理,并进行详细计算与元件选型。设计了试验台数据采集系统,可采集应变、位移、环箍力、集中力等数据。实践证明应用效果良好。     

大跨度粘土公路隧道台阶法施工技术探讨

在寒区大跨度浅埋粘土隧道施工中,因粘土含水量大、粘结力差、受施工扰动强度易衰减快,地基承载力低,施工方式选择不当易造成隧道坍塌．结合在建天恒山隧道大里程段台阶法施工的实践,对大跨度浅埋土质隧道采用台阶法施工中的开挖支护施工工艺、施工质量控制要点等进行分析和探讨,指导了天恒山隧道的施工．天恒山浅埋粘土隧道三台阶法施工的成功应用为大跨度浅埋土质隧道的施工提供了技术资料,可供同类隧道施工借鉴．     

双电机驱动自同步振动磨动力响应研究

以双电机驱动自同步振动磨为研究对象,对其进行简化处理,建立力学模型。通过对其施加X,y方向的简谐激 振力,建立无阻尼系统强迫振动和有阻尼系统强迫振动的数学模型,在此基础上,确定Rayleigh阻尼的常数α和β,利用 有限元ANSYS软件进行瞬态动力学分析,研究其在动载荷作用下的变形情况。研究结果表明：在工况频率16 Hz下,节 点运动轨迹更接近圆形,距理想粉碎效果的圆形轨迹较近,粉碎效果较好,进入稳定期的时间较快;在共振频率42 Hz 下,节点轨迹振幅更大,进入稳定期较慢,阻尼对振动的衰减作用较强;不同阻尼比对振动的衰减作用成正比关系。因 此,可以通过控制阻尼比等参数获得更有利的研磨效果,提高研磨效率。     

椭圆振动车削TC4的切屑形态和切削力研究

为探究超声椭圆振动车削钛合金TC4过程中振幅、频率和刀尖圆角半径对切屑和切削力的影响，课题组通过建立有限元模型，将常规切削（CC）和椭圆振动切削（EVC）钛合金TC4过程进行对比研究。首先对所用超声椭圆振动的运动特性进行推导，确定刀屑接触率；其次通过理论分析，将切屑和切削力相结合，建立切削力模型；最后分别研究不同频率、振幅对超声椭圆振动切削稳定过程时的切屑形态、切削力和切削温度的影响。研究结果表明：椭圆振动切削过程刀具和切屑间存在周期性地分离，可以用刀屑接触率ts表示；在一定的范围内，增加振动幅值、振动频率以及刀尖圆角半径可以减小切屑厚度，降低切削力；EVC方式下可以选择合理的参数来降低切削力，并可以通过测量宏观切屑厚度来预测切削力，更好地指导生产加工。