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。     

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。     

Φ0.92 m微型土压平衡盾构机设计与研究

为满足市政管道建设不断增长的需求,提高市政管道施工技术,设计并制造了Φ0.92 m微型土压平衡盾构机。对微型盾构机的总体方案设计进行了介绍与说明,重点分析了液压系统中刀盘驱动系统的功能特性与工作原理,并进行了详细计算与元件选型。设计并编写了微型盾构机的控制与数据采集系统,能够完成对微型盾构机掘进、排土等功能的控制,将传感器采集到的刀盘转速、螺旋机转速、土仓压力等数据实时显示在控制界面上,并将数据进行存储以便进一步分析与研究。     

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。     

城际铁路大直径土压平衡盾构掘进地层位移控制措施研究

长株潭城际铁路湘江隧道采用大直径土压平衡盾构掘进,刀盘直径9.34m。盾构施工不可避免对地层产生扰动,当扰动引起的地表沉降较大时,将危及地面建(构)筑物的安全。本文针对湘江隧道盾构下穿岳北社区段,通过盾构掘进前期引起较大地表沉降的分析,对施工工艺进行调整,采用注浆工艺对地层进行预加固,采用全土压平衡模式,优化掘进参数,加强渣土管理,调整同步注浆等措施,将地层位移进行了有效控制,确保盾构安全和建筑物的安全。     

基于CNN-BiLSTM的施工初期盾构机掘进速度预测

对盾构机掘进速度的预测可有效指导设备施工和工程的顺利进行。在隧道施工初期数据量较少时，针对掘进速度难以预测的问题，采用迁移学习策略建立盾构机掘进速度预测模型。提出了以TPI、FPI、SE、C 4种混合指标对盾构施工进行聚类分级和判别，降低设备参数和地质信息差异对迁移模型的影响。依托南京长江隧道工程和芜湖过江隧道工程的现场掘进参数进行验证。结果表明，以当前时刻掘进参数作为模型输入，下一时刻掘进速度作为模型输出，建立的基于CNN-BiLSTM的预测模型，可有效提取掘进参数特征，实现掘进速度预测，其预测值可以很好地反映实测数据的变化趋势；与其他3种智能模型对比，该模型在MAE和RMSE上表现最优，验证了模型的优越性和有效性。基于CNN-BiLSTM的预测模型，可有效解决施工初期数据量较少情况下掘进速度预测问题。     

超越维度视域下的哲学教科书体系扬弃理路刍议

盾构刀具磨损检测一直是盾构施工过程中的一个难题。在盾构机掘进过程中,无法直接测量刀具的磨损量,这就给刀具的视情换刀带来了巨大的困难。针对盾构施工时的刀具磨损检测,设计了盾构滚刀磨损在线检测系统。其中,下位机采用电涡流传感器对盾构滚刀的磨损进行检测,将电涡流传感器采集到的电信号转换为数字信号后通过串行通信方式与上位机通信;上位机利用C#编程语言开发了盾构滚刀磨损检测软件系统,将下位机采集到的信号进行处理与计算并显示出刀具的磨损量。通过对盾构滚刀磨损的实时测量,从而及时准确地掌握滚刀的磨损状态,为“视情换刀”提供技术支持。     

盾构下穿火车站区域关键施工技术

苏州市轨道交通4号线下穿苏州火车站区域盾构施工风险较高、难度较大。为了保证火车站区域结构物安全及施工顺利进行,施工前对下穿火车站区域结构物、地层特性及土压平衡盾构施工的主要技术进行分析,并结合试验段盾构掘进参数,总结出盾构下穿火车站区域关键施工技术。结果证实有效地保证了构筑物的安全,施工效果良好,尤其是通过理论计算与实践相结合的研究手段总结出相关盾构掘进参数,为苏州地区此类工程施工提供很好的借鉴。     

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     

基于离散元法的隧道开挖过程动力学分析

基于离散元软件PFC3D建立了土壤盾构离散元三维模型,研究隧道埋深以及振动激励对推进力和扭矩的影响。对土壤模型施加初始应力以模拟隧道埋深,同时对刀盘的推进方向和旋转方向分别施加主动余弦激振,分析了掘进过程中刀盘在振动激励下的运动方程和受力机理,记录了掘进过程中刀盘推进力及扭矩。结果表明:随隧道埋深增加,刀盘所需推进力以及扭矩会相应增加,其中700 m埋深与300 m埋深相比,推进力相比增加了22.7%,扭矩增加了12.6%;隧道埋深一定的情况下,对刀盘的推进方向和旋转方向分别施加振动后,刀盘的推进力和扭矩与匀速掘削相比均有所减少,其中对旋转方向施加频率为15 Hz振幅为6.36e-3 rad的振动后,推进力减小了2.08%,扭矩减小了1.2%;对推进方向施加频率为15 Hz振幅为0.318 mm的振动后,推进力减小了1.67%,扭矩减小了3.28%;而且改变振幅后,刀盘受力呈现一定的变化规律,随着推进方向振幅的增加,扭矩呈明显的减小趋势;随着旋转方向的振幅增加,推进力呈减小趋势。隧道的埋深对开挖的推进力和扭矩影响比较大,而对刀盘施加振动可以在一定程度上减小推进力和扭矩。     

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。     

朱光潜《诗论》的诗学原理建构

通过苏州轨道交通1号线土建I TS 05标塔园路站～滨河路站区间隧道盾构施工，介绍在苏州富水粉砂地层中盾构综合施工技术。施工中，克服了富水砂层下盾构到达加固区水平长度不足的困难，使用了在加固区外再施工一圈止水帷幕桩的地基加固技术，该技术可以使三轴加固土体与止水帷幕桩组合形成一个范围更大的端头地基加固区域，并在盾构到达段掘进中合理使用管片壁后二次注浆和聚氨酯，成功地阻断微承压水在盾构到达时涌出的路径，从而解决了富水砂层下盾构到达施工的涌水、涌砂问题。通过使用,该技术保证了2台盾构安全成功接收，在富水粉砂地层具有适用性广、安全可控等优点。     

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。     

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。     

下穿建筑物土压平衡盾构土仓土压力参数研究

采用现场监测和理论分析相结合的方法，对盾构穿越既有建筑过程中控制沉降措施进行了分析，分析结果表明：盾构开挖时，土仓土压应该大于开挖前地层侧向土压力的理论值，在本工程中，通过现场试验和监测，得出土压系数取实测侧压力系数的1.2~1.3倍时，盾构开挖时地表沉降达到较好的控制。当盾构穿越既有建筑物时，应考虑建筑物附加应力对地应力的影响，调整土仓中土压参数。从现场监测结果表明，调整前后地表沉降量有较显著的变化。     

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%。     

基于Shapley值和Fuzzy模型的地铁盾构施工安全管理研究

根据地铁盾构施工的具体过程,对影响地铁盾构施工安全的因素进行收集并归类划分,建立地铁盾构施工安全管理评价指标体系。利用Shapley值来确定指标体系中存在关联性的各指标权重,采用模糊理论对各级指标进行模糊综合评价,构建了基于Shapley值和Fuzzy理论的地铁盾构施工安全管理评价模型,对地铁盾构施工的安全管理过程进行研究。最后以某地铁盾构施工项目为例,对其施工安全管理过程进行了研究,由案例评价结果可知,将Shapley值和Fuzzy模型应用在地铁盾构施工的安全管理上是可行的,能提高地铁盾构施工安全管理水平。     

富水岩溶隧道迂回绕行施工方法探讨

宜万铁路齐岳山隧道施工过程中遭遇岩溶达183余处,其中大型突水突泥溶腔严重影响施工的有16处.为了加快施工进度,采用了迂回绕行施工方案,为岩溶隧道遭遇富水溶腔后如何能够及时恢复掘进、减少可能产生的停工窝工提供了一种安全可行的处理方案.     

盾构下穿高铁路基模型试验系统设计

为更好地指导盾构下穿既有高铁路基设计与施工,以拟建石家庄轨道交通4号线下穿京广高铁京石段为背景,基于相似比对试验箱尺寸、地层与结构相似材料物理特性、试验监测系统、盾构掘进设备进行研究,使其能够在“盾构-土体-既有结构”系统下开展多种形式研究,为盾构下穿既有高铁路基设计与施工提供技术支持。结果表明,设计较大室外模型试验时,为保证材料填筑及后期试验对试验箱不产生较大侧向变形影响,模型箱应采用较大刚度材料制作;结构相似材料配制中弹性模量对试验影响较大,结构相似材料配制以控制弹性模量为主,最终选取325R水泥、细砂、橡胶粉与聚丙烯纤维配制结构材料;隧道埋深是影响既有高铁路基竖向位移的主要因素,因此可在其他条件不变情况下,改变隧道拱顶距管桩底部距离,改变“盾构-土体-既有结构”模型,探究埋深对既有高铁路基竖向位移的影响。本试验设计可为类似模型试验的开展提供参考。     

煤矿立井采用普通法掘进的施工技术

煤矿立井在地方煤矿多数采用普通法掘进施工，本文从施工准备、锁口施工、钻孔施工、爆破器材与爆破参数应用及安全措施等方面对立井掘进施工进行了阐述。