EPB盾构机土仓压力分布有限元数值模拟_亢晨钢

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EPB盾构

1.2.8旋转接头刀盘密封油脂、泡沫剂、主轴承润滑油脂等物质从后配套系统压出后，通过旋转接头将他们输送到相应的地方。所以选转接头上面具有密封油脂管，泡沫剂管和润滑油脂管的接头。 1.2.9水管和呼吸气管接口。土压仓壁内侧上具有水管和气管接头。水管分为冷却水管和土仓用水管。作用约。
1.3中盾
1.1.2、刀盘的掘削方式刀盘的掘削方式可以分为旋转掘削式、摇动掘削式、游星
掘削式，一般土压平衡盾构采用旋转掘削方式，如下图：
1.1.2刀盘的纵断面可以分为垂直平面形、突芯形、穹顶形、倾斜形和收缩形，EPB多数采用垂直平面形，如下图：
1.1.3刀盘的正面形状刀盘的正面形状有轮辐式、面板式两种。多数EPB采用面板式。面板形刀盘由辐条、刀具、槽口以及面板组成，属于封闭式盾构，面板式如下图所示：
土压传感器安装在土压仓壁上，一共六个，从上至下分布在舱壁圆周上，其作用是实时反映仓内土压的变化，并将信息反馈回主控操作室，操作手可以通过压力的变化来调整操作，如推力，推进速度，出土速度，泡沫流量，添加材添加量等。 1.2.4主轴承主轴承通过与多个马达减速器相啮合，从而将动力传给刀盘。其作用在这里不加详细说明。 1.2.5齿轮箱（减速器）减速增扭，采用三级行星式减速。 1.2.6液压驱动马达广州地层一般采用8个驱动马达，成都地层多数采用9个马达，以提高驱动力和驱动的安全系数。 1.2.7螺旋接口螺旋接口位于仓壁底部，其作用是安装螺旋机。在土压仓壁上，还安装了紧急封闭闸门，当遇到危险情况时，可以关闭闸门，从而与外界隔绝，防止外界压力从螺旋机涌入盾构内。
铰接油缸将中盾和尾盾相连接，一来可以拖动尾盾，二来使盾构转向的灵敏度大为提高。
1.4尾盾
尾盾主要具有注浆管和注浆通道、盾尾油脂注入通道、盾尾刷等。以海瑞克盾构为例，盾尾注浆通道一共4条，盾尾油脂通道一共12条，盾尾刷为三层密封式。

盾构机密封舱土压力分布的有限元数值模拟

ＳｒｃｕａａｓｆｎｕｔｉｌｑｉｍｅｔＤａａｉｅｓｙｏｅｈｏｏｙＤｌｎ１６２，ｈｎ）ｔｕｔｒｌＡｎｌｉｏｄｓａｕｐｎ，ＨｎＵｎｖｒｉｆｃｎｌｇ，ａｉ１０４ＣｉａｙｓＩｒＥｔＴａ
ｓｍｕａｅ．ｈｖｓｉａｉｎｓｏａｅｅｉｉｅｅｃｒｓｕｅｅｗｅｎｅｒｈｐｅｓｒｎｔｎｅｉｇｆｃｉｌｔｄＴｅｉｅｔｔｈｗｓｔｔｒａｄｆｒｎｅｉｐｅｓｒｓｔｅａｔｒｓｕｅｏｎｌａｅｎｇｏｈｔｈｓｆｎｂｕｎ
Ａｂｔａｔｏｂｉｏｓｉｉｅｍｏｅｎｃｎｉｏｅｏｌｒｕｄｈａｈｍｂｒｏｈｅｄｍａｈｎｎｓｒｃ：Ｔｕｌａｃｎｔｄｍｔｄｌｏｏｄｔｎｄｓｉａｏｎｅｄｃａｅｆｓｉｌｃｉｅａｄｖｉｓｄｔｒｉｅｔｅｍｏｅａａｅｅｓｔｉａｅｒｐｓｓａｐｒｍｅｅｖｒｉｎｍｅｈｄｂｓｄｏｉｘａｏｒｓｉｎｅｅｍｎｄｌｒｍｔｒ，ｓｐｐｒｐｏｏｅａａｔｒｉｅｓｏｔｏａｅｎｔ — ｉｌｍｐｅｓｏｈｐｈｎｒａｃｔｓｓｉａｏａｏｙｈｏｄｔａｔｎｅｉｇｆｃｒｓｉａｅｓｎｔｔａｔｒｓｕｅｔｅｒ．Ｂａｅｎｅｔｎｌｂｒｔｒ．ＴｅｌａｓａｕｎｌａｅａｅｅｔｔｄｕｉｇｓａｉｅｒｐｅｓｒｏｙｎｍｃｈｈｓｄｏＤｕｃｎＣａｇｎｎｉｅｌｓｉｏｓｉｔｅｍｏｅ，ｈａｔｒｓｕｅｎｈａｈｂｒｏｉｌｃｉｅａｅｎａ — ｈｎｏｌａｅａｔｃｎｔｕｉｄｌｔｅｅｒｐｅｓｒｓｏｅｄｃａｅｆｓｅｄｍａｈｎｎｒｃｔｖｈｍｈｒ

盾构机土仓压力自动控制技术

盾构机（ｕｅｎｈｅｃｉｅ简写为ＴｎｌｇＳｉｄＭａｈｎ，ｉｌ
到了迅速发展，尤其是在欧／日本等国的隧道开美／
挖中得到了广泛的应用。我国从５Ｏ年代就开始研
ＳｉｄＭｃｉ）ｈｌａｈｅ是在土层和风化破碎岩层中修建隧ｅｎ道时，进行开挖和衬砌的一种专用机械设备。在盾
ｃｎｒｌｔｃｎｌｇｏａｔｒｓｕｅｉｅｄｃａｂｒｏｈｅｄｍａｈｎｓｐｅｅｔｄｙａｐｙｎｏｔｅｈｏｏｙｆｒｅｒｐｅｓｒｎｈａｈｏｈｍｅｆｓｉｌｃｉｅｉｒｓｎｅｂｐｌｉｇ
ＡｂｔａｔＴｅｓａｉｔｆｕｎｌｅｃｖｔｎｆｃｎｅｓＵｏａｔｕｆｃｒｉｃｌｎｕｎｅｙｓｒｃ：ｈｔｂｌｙｏｎｅｘａａｏｅａｄｔｗｅｆｒｓｒｅａｅｄｒｔｉｆｅｃｄｂｉｔｉａｈｅｈａｅｙｌｈａｔｒｓｕｅｉｈａｈｍｂｒｉｌｃｉｅａｅｎｔｏｌａｏｓｔｔｔｒｌｔｅｅｒｈｐｅｓｒｅｄｃａｅｆｈｅｄｍａｈｎ．Ｂｓｄｏｅｎｎｉｅｒｃｎｔｕｉｅｍａｅａｄｌｎｏｓｈｎｉｖｉｍｏｅｏｒｇｅｄｃａｅｆｓｉｌｃｉｅ，ａｎｗｍａｅｔａｏｔｌｍｏｅｒｃｎｒＵｎｅｅｒｆｅｓｉｈａｈｍｂｒｏｈｅｄｍａｈｎｄｎｅｔｍａｃｌｃｎｒｄｌｆｏｔｉｇｔａｔｈｉｏｏｏｈｈｐｅｓｒｎｈａｈｍｂｒｏＰｈｅｄｍａｈｎａｅｅｔｂｉｈｄＴｅｏｔｚｔｎａｇｒｍｆｒｓｕｅｉｅｄｃａｅｆＥＢｓｉｌｃｉｅｈｓｂｓａｌｅ．ｈｐｍｉａｏｏｔｓｉｉｌｉｈｏ

论述土压平衡盾构机带压开仓

论述土压平衡盾构机带压开仓1带压开仓作业1.1带压进仓地点的选择根据地质补勘及详勘资料，拟定在进入基岩凸起段前后进行刀具检查和更换，具体位置根据掘进的各项参数与实际出渣情况确定。

开仓时选择在透水性、富水性、渗透系数相对较小的地层进行带压进仓作业。

同时应避开建构筑物、管线和水井等影响范围。

1.2盾构密封1.2.1盾尾密封1.2.1.1盾尾刷密封本工程盾尾内径为6430mm,管片外径为6200mm,盾尾密圭寸由3道密封钢刷，最大耐压达到20ar。

停机前对盾构刷密封情况进行检查,确保密封严密。

在加压过程中注意观察盾尾刷密封情况,是否存在漏气。

1.2.1.2加強同步注浆在掘进到停机点前10环时对同步注浆系统进行检查，重点检查6根注浆管路是否正常运行。

如果出现了管路不通等情况，浆泵无力，冲程数与实际泵送放量差距较大等情况，进行管路疏通和注浆泵的全面清洗，使整个注浆系统各个处于优良的工作状态。

在掘进到停机点前5环时对整个膨润土系统进行检查，包括刀盘前方和盾体周围两个方向的膨润土管路和膨润土泵的运转情况。

整个系统的各部分检查就绪后进行试注浆。

试注浆过程中主要是观察各管路的压力是否正常，如果压力过大或者过小都必须对系统进行调试，同步注浆压力一般大于水土压力lbar。

同步注浆浆液的配比根据现场情况确定，初凝时间控制在6h左右。

盾构机的开挖直径为6.48m，管片外径为6.2m，管片的宽度为1.2m，每环的理论注浆量为3.34m3,注浆量取环形间隙理论体积的1.3〜1.8倍，即每环同步注浆量4.342m3〜6.012m3,为了保证换刀的气密性，每环的注浆量取6.1m3,同步注浆压力控制大于水土压力lbar左右。

从停机点前3环开始，同步注浆应连续不中断，并且要尽量保证掘进的连续性以保证注浆的连续与饱满。

1.2.2铰接密封盾构机铰接有12组油缸组成，铰接系统工作压力高达6.Sbar，铰接密封型式采用2道双唇橡胶密封并具备紧急充气功能。

EPB盾构机工作面土压力和油缸推力合理优化

构掘进机向前推进，盘切削下的泥土充满密封刀
挖面崩塌和将地表沉降限制在允许范围内Ｊ。盾
构ＥＢ系统直接影响盾构的施工质量，土压平Ｐ是衡式盾构的关键系统。在盾构施工中，构ＥＢ盾Ｐ系统常受到开挖土质、仓压力、土螺旋输送机的液
坍塌 ¨ 。土压平衡式盾构掘进机主要由盾体、刀盘、旋输送机、进装置等构成。盾构掘进机中螺推部设有一密封挡板，与刀盘、体以及螺旋输送它盾
机形成一密封仓。施工过程中，推进液压缸驱动盾
压系统等因素的影响，时无法及时平衡开挖面有
压力，导致地面塌陷，成过大的地面沉降，重造严影响施工的质量与进度。对此，程界与学术界工对盾构ＥＢ系统都进行了大量的调查研究，Ｐ以改善土压平衡式盾构的施工与设计。土压平衡式盾
摘
要
基于Ｒｎｉｅ的主动和被动土压力理论，ａｋｎ采用解析方法建立了合理确定ＥＢ盾构机工作面压力方法，出了ＥＢＰ给Ｐ
（ａｈＰｅｓｒｌｃ）ＥｒｒｕｅＢａｅ盾构机随埋深和土体力学参数的变化关系。根据力的平衡原理，ｔｓｎ推导了ＥＢ盾构机推力与盾构机埋Ｐ深、土体力学参数和盾构机几何尺寸的解析表达武。数值计算结果表明，所提出的推力计算方法与现场实际采用的数值基本

基于有限元仿真的土壤压力沉陷模型建立与分析

·74·
பைடு நூலகம்
兵工自动化 Ordnance Industry Automation
2019-05 38(5)
doi: 10.7690/bgzdh.2019.05.018
基于有限元仿真的土壤压力沉陷模型建立与分析
冯文选 1，马吉胜 2，何健 1，吴大林 1
(1. 陆军工程大学石家庄校区火炮工程系，石家庄 050003；2. 西京学院机械工程学院，西安 710123)
关键词：土壤；压力沉陷；有限元；模型；双指数中图分类号：TP302 文献标志码：A
Establishment and Analysis of Soil Pressure Subsidence Model Based on Finite Element Simulation
Feng Wenxuan1, Ma Jisheng2, He Jian1, Wu Dalin1
Abstract: Based on the diversity of soil constitutive models, the finite element method was used to establish model and analyze soil pressure subsidence. According to the application of finite element calculation method in soil mechanics analysis, the pressure subsidence curves obtained under different soil mechanics parameters were fit to obtain the soil pressure subsidence characteristic curve, and the influence made by soil parameter elastic modulus, Poisson's ratio, internal friction angle and cohesion on double exponential model parameters were analyzed. Finally, a double exponential model of soil pressure subsidence is presented. The test results show that it is feasible to fit the pressure subsidence relationship of wet clay by double exponential model. This method has reference value for the study of the establishment and analysis of soil pressure subsidence model.

基于BP神经网络的盾构土舱压力平衡控制仿真分析

构机土压平衡系统神经网络控制的模拟和仿真，证了验
ＢＰ神经网络在盾构机土压平衡的控制方面的优越性和实
际可行性。
参考文献
［］１胡东岗．冲天炉的神经网络建模与控制［．士学位论文，Ｄ］硕太
原：太原科技大学
图２均方误差曲线
压力改变时，当前的螺旋输送机转速和推进速度信号输将
５系统仿真结果及分析
为了验证上述所设计的土压平衡控制模型的实用性
入经过前面训练后的ＢＰ神经网络模型能够实时输出合适的信号，控制推进系统推进速度和螺旋输送机转速参
数，现土压平衡。反映了Ｂ以实Ｐ网络模型对多变量非线性系统具有较强的模型匹配和参数逼近能力。
ｓ一ｓｌｓ学习速率为０１训练步数为ｉ；ｔｉ，ｏｉ。在ｇ４ａｇｇｇｎ．，１Ｏ次，练误差精度设为００１隐层节点设为１情Ｏ训２．０，５的
统推进速度，当前螺旋输送机转速ｎ，下一时刻土舱压力Ｐ前三个为环境变量，，后一个为作用变Ｂ。，Ｐ网络结构建立土压平衡控制系统模型。
ｌ网络的输入输出及训练样本的数据处理
根据土压平衡控制盾构工作原理及其土压平衡的三
种控制模式，立基于Ｂ建Ｐ的土压平衡控制网络为４入输２出的结构。输入：输当前土舱压力值Ｐ，前推进系当
过程中外界影响因素较多，个土压平衡系统存在非线整

土压平衡盾构刀盘掘削动态数值模拟_郑聪

图 1 盾构刀盘实物图 Fig. 1 Cutterhead
图 2 盾构刀盘模型图 Fig. 2 Model of cutterhead
表 1 刀盘及土体材料参数 Table 1 Parameters of cutterhead and soil strata
刀盘砂土黏土
密度 / （ kg / m3 ） 7 800 2 000 1 700
杨氏模量 / MPa 210 000 5 10． 9
泊松比 0． 26 0． 35 0． 35
流应力比
1 0． 861
摩擦角 /（ °）
30 26
膨胀角 /（ °）
0 0
1． 2 土体模型刀盘掘进过程中土体材料性质将直接影响刀盘受
力和土体切削的效果。在综合考虑计算精度和效率的基础上适当选取土体模型，本文所选取的土体模型大小为 6 500 mm × 6 500 mm × 100 mm。
Dynamic Numerical Simulation of Excavation of Cutterhead of Earth Pressure Balanced Shield
ZHENG Cong1 ，ZHAO Wei2 ，ZHANG Haifeng1 ，MA Baosong1
（ 1． School of Engineering，China University of Geosciences （ Wuhan），Wuhan 430074，Hubei，China； 2． CCCC Second Highway Consultants Co．，Ltd．，Wuhan 430056，Hubei，China）
（ a） p － t 关系曲线
（ b） D － P 屈服面
图 3 扩展线性 Drucker － Prager 模型 Fig. 3 Extended linear Drucker-Prager model

防止复合式TBM在泥岩段掘进中刀盘结泥饼的技术措施

防止复合式TBM在泥岩段掘进中刀盘结泥饼的技术措施摘要:盾构或TBM在城市地铁施工中，刀盘结泥饼或被糊是常遇到的难题，刀盘泥饼的成因及如何有效的预防泥饼泥形成是本文讨论的重点，本文主要从施工因素中的渣土改良、复合式TBM掘进参数控制、刀盘冷却循环水温度等因素和工程地质因素进行分析导致刀盘结泥饼的原因。

并并采取了一系列预防措施。

为以后重庆地层轨道交通施工或类似工程提供宝贵的施工经验和数据。

关键词：复合式TBM 砂质泥岩刀盘泥饼成因预防措施0引言近年来随着我国地城市轨道交通工程建设步伐日益加快，据统计目前国内已有20多个城市拥有城市地铁。

使城市地铁施工的盾构、复合式TBM施工方法得到广泛的应用和推广。

但如果出现复合式TBM刀盘结泥饼不能进行有效推进，就失去了复合式TBM快速推进的优势和进度要求。

在复合式TBM的推进过程中由于各种原因如地层因素、推进参数设置不合理［1-3］、渣土改良不到位［4-5］导致复合式TBM在推进时刀盘被糊，达不到顺利出渣和有效推进的要求，本文针对复合式TBM刀盘结泥饼的成因进行分析和刀盘结泥饼后的处理措施、防治措施进行阐述。

1工程概况重庆轨道交通六号线二期复合式TBM试验段蔡家段该段复合式三个TBM 区间，分别为嘉陵江北桥头～曹家湾站区间、曹家湾站～蔡家站区间及蔡家站～向家岗站区间。

其中【嘉陵江北桥头～曹家弯站～蔡家区间】两区间线路长3801m 双线延长米。

左右线各采用1台复合式TBM从蔡家站始发下穿曹家弯站掘进至嘉陵江北桥头，复合式TBM刀盘直径为6.28m，区间最大纵坡为24‰，最小转弯半径为650m。

该段线路穿越的地层主要为泥岩（J2S-SS），局部夹砂岩（J2S-Sm），图1为复合式TBM在蔡家站始发地质剖面图。

所穿越的线路大多保持为原始山地地貌，地质构造简单，地势波状起伏，水文地质条件简单，沿线地下水主要为第四系松散层孔隙水、基岩裂隙水两类，局部地段勘察揭示局呈淋雨状。

复杂工况富水地层EPB盾构气压开仓技术研究

措施，保证了掌子面的稳定和进仓作业人员的安全，并指出此次开仓是对以往气压开仓法的完善，对今后类似条件下盾构开仓作业积累了宝贵的经验。
关键词：复杂地质，复杂环境，ＥＰＢ盾构，气压开仓，技术中图分类号：Ｕ４５５．４３文献标识码：Ａ
２２０）中心埋深２０．１Ｉｎ处２９％ｏ下坡，主要处于圆砾、强风化、中风
．一＝：＝＿一＝
一一・Ｏｏａ
、＿
…
，Ｉ —
圆砾
ｔ
ＤｋＪ．－ｏ。
瓣
３～
化泥质粉砂岩土层中，圆砾层厚１．５ｍ，强风化泥质粉砂岩厚度０．３ＩＴＩ，中风化泥质粉砂岩厚度４．２ｍ，距离预定开仓换刀位置（切
右，开仓换刀位置砂层底标高为１．７ｍ，隧道中心标高为一０．９ｍ。通过计算空仓底部水压在１．２３ｂａｒ左右。在保证安全前提下，气压值越小越好。从以往施工经验来
２加固措施
根据地质勘查报告的情况，经过补充勘察资料显示，全风化
其中，Ｐ下为土仓气压设定值，ｋＰａ；ｋ为安全系数，一般后＞Ｉ；ｙ水ｈ水为空仓底部水压（刀盘中心位置）；。侧为空仓底部土层侧
压力。
根据施工现场降水井水位观测，地下水位基本在１４．３０ｍ左
图１气压开仓地面位置示意图

基于有限元数值模拟的挡土墙背主动土压力分布研究

墙后填土：弹模Ｅ± ＝３０ＭＰａ，泊松比 ±＝０．３，重度
－，／土－１９．００ｋＮ／ｍ。
接触面：渗透系数０．１，粘聚力Ｃｗ＝１０ｋＰａ。为方便计算建模，取墙高Ｈ＝１０ｍ；结合库仑理论，墙
作者简介：李勇（１９８８一），男，湖北红安人，硕士研究生，助理工程
师。
背主动土压力作用范围不应超过１倍的挡土墙高度（按平面破裂面与极限状态理论，破裂面倾角０—４５。，影响范围大约为１倍的挡墙高），故取挡墙背后土体前后延伸２Ｂ。数值分析计算结果也显示，这样的填土宽度取值能充分考虑应力扩散影响范围，计算精度能够保证，取值安全合理。由此确立了模型的尺寸，如图ｌ（ａ）所示。其中Ｈ为挡墙结构高度，模拟过程中，挡墙高度Ｈ、模型宽度、墙背填土倾角ｐ、填土粘聚力Ｃ及内摩擦角、填土表面超载ｑ等模型参数保持不变；而墙背倾角，墙背填土外摩擦角８及墙土粘聚力Ｃｗ等模型参数是可变的——着重考察墙土间接触力（包括摩擦角和粘结力）对主动土压力分布规律的影响。由于模型右侧为半无限空间，且挡土墙为条形，类似条形基础，故而本文所建立的挡土墙后主动土压力分布
文献［９】。
彭氏理论完善了上述两大古典理论的假设条件，从
理论上推导出了一般挡土墙主动土压力计算方法，且可证实彭明祥库仑统一解理论在两大经典土压力理论公式假设条件下，其表达式与后二者相同，即可将库仑和朗肯主动土压力公式视为上述库仑主动土压力统一解的特殊

盾构气压开仓仓压计算

盾构气压开仓仓压计算
摘要：
一、盾构气压开仓仓压计算的背景和重要性
1.盾构施工的基本概念
2.气压开仓在盾构施工中的应用
3.仓压计算对盾构施工的影响
二、盾构气压开仓仓压计算的方法和步骤
1.计算基本参数
2.确定计算模型
3.计算结果分析
三、盾构气压开仓仓压计算的注意事项
1.施工过程中的实时监测
2.考虑地质条件的影响
3.与其他计算方法的对比
四、盾构气压开仓仓压计算在我国的应用实例
1.实例工程背景
2.计算过程和结果分析
3.实际施工效果及意义
正文：
盾构气压开仓仓压计算在盾构施工中扮演着至关重要的角色。

盾构施工是一种在地下进行隧道掘进的施工方法，通过盾构机在地下推进，同时预制隧道
衬砌，从而形成隧道结构。

在盾构施工过程中，为了保证施工安全、顺利进行，必须对盾构气压开仓的仓压进行精确计算。

盾构气压开仓仓压计算主要包括以下步骤：首先，需要计算一些基本参数，如盾构机直径、衬砌厚度、地下水位等；其次，根据这些参数确定计算模型，通常采用经验公式、理论分析和数值模拟等方法；最后，对计算结果进行分析，以确保施工过程中仓压在安全范围内。

在盾构气压开仓仓压计算过程中，需要注意以下几点：一是施工过程中的实时监测，以便及时发现并解决问题；二是考虑地质条件的影响，如地层稳定性、地下水位变化等；三是与其他计算方法的对比，以验证计算结果的准确性。

在我国，盾构气压开仓仓压计算在实际工程中得到了广泛应用。

例如，某实例工程在盾构施工前，通过精确计算仓压，合理安排施工顺序和参数，确保了施工过程的安全、顺利进行。

施工完成后，隧道结构稳定，取得了良好的社会和经济效益。

全断面硬岩地层EPB

全断面硬岩地层EPB/TBM双模盾构不同掘进模式应用情况对比分析徐儒村，王昆，李沛祖（中铁工程装备集团有限公司，河南郑州 450016）［摘要］EPB/TBM双模盾构针对不同的地层选择不同的掘进模式，在全断面硬岩地层采用TBM掘进模式来提高掘进效率，由于缺少数据分析和案例支撑，项目为减少模式切换风险，在全断面硬岩地层采用土压模式掘进。

文章依据深圳EPB/TBM双模盾构施工项目，通过分析在全断面硬岩地层EPB模式和TBM模式的掘进参数，得出在全断面硬岩地层TBM模式较土压模式的掘进优势。

在全断面硬岩地层掘进时，TBM模式的掘进进尺高于EPB模式，TBM模式刀具消耗低于EPB模式，且TBM模式的振动可以通过稳定器得到缓解，说明了硬岩地层切换为TBM模式的必要性，为EPB/TBM双模盾构类似工程是否模式切换提供参考依据。

［关键词］EPB/TBM双模盾构；全断面硬岩地层；掘进进尺；刀具消耗；振动［中图分类号］U455.43 ［文献标识码］A ［文章编号］1001-554X（2023）-0065-05 Comparative analysis of the application of EPB/TBM dual mode shield tunneling machine in different excavation modes in full section hard rock strataXU Ru-cun，WANG Kun，LI Pei-zu目前地铁隧道修建多采用单一模式的隧道掘进机开挖，比如泥水平衡盾构、土压平衡盾构或单护盾TBM等。

但是复杂的地质工况对隧道掘进机的适应性要求越来越高，既要求设备具备泥水平衡盾构或土压平衡盾构保压防沉降的掘进能力，又要求设备具备单护盾TBM高效掘进的性能。

多模式隧道掘进机是将不同机型的特点进行有效结合，以满足复杂地质工况的掘进要求。

EPB/TBM双模盾构为多模式隧道掘进机中的一种，其结合了土压平衡盾构和单护盾TBM的结构特点和功能特点，既满足在软土地层掘进保压防沉降的要求，又可以在全断面硬岩地层快速掘进。

盾构机开口率对密封舱土压力分布影响的数值模拟

( 责任审编王红)
2009 年第 12 期
盾构机开口率对密封舱土压力分布影响的数值模拟
61
态, 使其达到利于施工要求的状态。常用的渣土改良剂为水、膨润土、黏土和化学泡沫等。化学泡沫的重要作用包括: ¹ 黏性土地基中, 泡沫起着界面活性剂的作用, 可有效防止开挖土附着于刀盘上和土压室内壁, 防止出现泥饼现象, 使掘进工作顺利地进行。 º 砂性土和砂砾土地基中, 泡沫的支承作用使开挖土的流动性提高, 土压室内泥土不会产生拥堵, 刀盘及螺旋输送机的驱动扭矩减小, 刀具磨损减小, 从而有利于盾构机掘进。 » 微细泡沫置换了土颗粒中的孔隙水, 提高了土的止水性, 能较容易地开挖地下水位较高的砂砾土地基, 而且可以有效地防止螺旋输送机泥水喷涌。 ¼泡沫可压缩性使开挖面的土压力波动减小, 在不影响开挖面稳定的同时保证顺利掘进。 ½ 排出土中的泡沫在短时间内会逐渐消除, 另外由于泡沫中的特殊发泡材料是少量的, 因此排出的渣土很快就可以恢复到注入泡沫前的状态, 渣土处理问题容易解决。 ¾由于未使用黏土、膨润土, 这就避免了隧洞内外的污染, 有助于保持良好的工作环境。 ¿ 泡沫注入设备和制作设备比加泥设备规模小, 设备布置、安装更便利[ 5-6] 。本文通过添加改性剂实验室重建了盾构机密封舱的改性渣土, 根据实验室三轴压缩试验数据, 确定了密封舱渣土的 Duncan- Chang 非线性本构模型参数。采用有限元方法, 数值模拟了盾构机密封舱土压力分布, 建立了盾构机密封舱隔板可观测土压力与掘进工作面土压力的映射关系, 研究了土压平衡盾构机密封舱土压力优化设置问题。
62
铁道Hale Waihona Puke 筑December, 2009
A=
Kp a

盾构机土压平衡系统的ARMA模型及其参数估计

盾构机土压平衡系统的ARMA模型及其参数估计李守巨;霍军周;曹丽娟【摘要】为了表征盾构机土仓压力平衡系统的时滞特性和提高模型的预测精度,建立了该系统的自回归滑动平均(ARMA)模型,并提出了基于优化算法的ARMA模型参数估计方法.实验结果表明,与经典的线性机理模型相对比,新模型显著提高了土仓压力的拟合和预测精度.ARMA模型预测土仓压力的最大相对误差从机理模型的41％降低到9％.结合实验数据,分析了该系统动态响应的时滞特性,分析表明,螺旋输送机转速对下一时刻土仓压力影响的时滞特性更加明显.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2014(039)011【总页数】5页(P2201-2205)【关键词】自回归滑动平均模型;参数估计;土压平衡系统;盾构机;时滞特性【作者】李守巨;霍军周;曹丽娟【作者单位】大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁大连116023;大连理工大学机械工程学院,辽宁大连116023;大连海洋大学机械与动力工程学院,辽宁大连116023【正文语种】中文【中图分类】TD263土压平衡盾构机是地铁隧道掘进过程中经常使用的机器类型之一,其土仓压力的大小直接影响到掘进工作面的土压力,决定了地表变形特征。

因此,对盾构机土仓压力平衡动态系统模型的研究引起了国内外的普遍关注。

刘宣宇等提出了一种基于土仓压力场梯度的土压平衡盾构开挖面稳定性的判定方法,利用非均匀B样条最小二乘方法建立了密封舱压力场的分布模型[1];笔者基于改性后渣土的非线性本构关系,建立了盾构机土仓平衡系统的动态模型,提出了基于遗传算法的土仓压力系统模型参数辨识方法[2];Xu等在实验室和现场研究了土压平衡盾构机土仓压力控制问题[3];Yang等建立了基于PID的土仓压力控制模型,提出了盾构机推进系统的比例控制方法,并且在实验台验证了控制算法的有效性[4];施虎等归纳了盾构设计和制造中所涉及到的6项关键技术,介绍盾构掘进模拟试验方法及模拟试验中的相似关系,重点论述体现盾构模拟试验技术先进性的模拟试验平台的研制进展和现状[5];王洪新采用流体力学理论推导了近似的土仓压力及刀盘开口处压力差计算方法,通过现场监测数据和离散元分析结果对公式进行了验证和修正[6];施虎等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[7];夏毅敏等针对某地铁施工工程需求,应用所开发的复合式土压平衡盾构刀盘CAD系统进行了刀盘优化设计[8]。

基于土舱压力波动的盾构隧道开挖数值模拟

基于土舱压力波动的盾构隧道开挖数值模拟
葛堃
【期刊名称】《中国市政工程》
【年(卷),期】2018(000)006
【摘要】现有的盾构隧道开挖模拟,都是将掌子面上的土舱压力设定为定值.事实上,隧道掌子面上的土舱压力时刻在变.结合北京轨道交通L8盾构隧道开挖的工程实例,基于Box-Muller方法,将均匀分布随机数变换为正态分布随机数,并将其作为波动的土舱压力施加在数值模型上,以分析波动的土舱压力对盾构施工引起地表沉降的影响.
【总页数】3页(P23-25)
【作者】葛堃
【作者单位】华中科技大学公共管理学院,湖北武汉 430074
【正文语种】中文
【中图分类】U455.43
【相关文献】
1.盾构机开口率对密封舱土压力分布影响的数值模拟 [J], 上官子昌;李守巨;孙伟;栾茂田;刘博
2.基于FLAC3D土舱压力波动对盾构隧道开挖的影响研究 [J], 刘子利;汪增超;刘鹏程
3.基于改进DIN模型的土压平衡盾构土舱压力计算方法及适用性分析 [J], 宋兴海; 陈行; 郭治岳; 陈文宇
4.盾构机密封舱土压力分布的有限元数值模拟 [J], 上官子昌;李守巨;亢晨钢;栾茂田
5.大断面盾构隧道施工碴土改良数值模拟及土舱压力对地表变形的影响机理研究[J], 周杰;朱贤宇;唐健
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超大直径盾构下穿高铁路基的沉降数值分析

超大直径盾构下穿高铁路基的沉降数值分析娄洪峻;苏栋;林星涛;王雪涛;宋明【期刊名称】《深圳大学学报（理工版）》【年(卷),期】2024(41)3【摘要】为探究超大直径盾构隧道下穿城际铁路路基沉降规律,以中国武汉两湖隧道工程为例,基于Plaxis有限元软件,建立了铁路路基-土体-隧道的三维精细化数值模型,探讨盾构掘进过程中地层损失率、开挖面支护压力、盾尾注浆压力对隧道上方城际铁路路基沉降的影响.结果显示,盾构下穿复合地层的过程中,高铁路基道砟层表面在盾构掘进方向上会发生不同程度的沉降;当盾构掘进引起的地层损失率从1.0%增加到1.6%时,铁路路基的最大沉降从18.86 mm增加到22.71 mm,增大了20.4%;当开挖面支护力处于隧道拱顶侧向静止土压力的0.7~1.4倍时,不同工况下盾构掘进引起的铁路路基变形差异较小(小于0.67 mm);注浆压力对铁路路基的沉降影响明显,随着注浆压力增大,铁路路基的沉降明显减小.当隧道拱顶注浆压力增大到拱顶侧向静止土压力的3倍(648 kPa)或以上时,沿铁路路基的最大差异沉降未超过规范要求(≤5 mm/10 m).研究结果可为超大直径盾构下穿高铁路基时掘进参数的设置提供参考.【总页数】10页(P377-386)【作者】娄洪峻;苏栋;林星涛;王雪涛;宋明【作者单位】深圳大学土木与交通工程学院;深圳大学滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室;深圳大学深圳市地铁地下车站绿色高效智能建造重点实验室;中交第二公路勘察设计研究院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TU455.43【相关文献】1.高铁大直径盾构隧道下穿快轨路基结构的影响分析及控制技术研究2.大直径盾构隧道下穿高铁无砟轨道路基预加固方案研究3.京张高铁大直径盾构隧道下穿城市道路的沉降分析4.超大直径泥水盾构下穿围堰堰堤沉降规律分析5.超大直径盾构隧道下穿黄河大堤沉降分析与控制研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

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1
收稿日期 : 2009- 06- 28 基金项目 : 国家重点基础研究发展规划 ( 973) 项目 ( 批准号 : 2007CB714006) 及国家自然科学基金重点项目 ( 批准号 : 90815023) 。作者简介 : 亢晨钢 ( 1983- ) , 男 , 硕士研究生。
[ 3]
。 M igliazza
( 2009) 分别使用试验方法、解析方法、数值模拟方法研究了盾构施工引起的地表沉降问题
[ 4]
。M roueh ( 2008) 介绍了一种在盾构机掘
[ 5]
进过程中预测土的运动的三维数值模型
。陈
立生 ( 2008) 提出了在环境变化时调整土仓压力的新思路作为补充。这一新思路是针对土仓压力控制标准的不确定性、分析了土仓压力波动的原因后, 形成了采用土压平衡比控制盾构
2009 年 8 月
亢晨钢等
EPB 盾构机土仓压力分布有限元数值模拟
3
力和被动土压力问题 , 提出了土仓土压控制流程图[ 12] 。徐前卫 ( 2007) 和朱合华 ( 2006) 根据相似理论和模型试验方法建立了土体 - 盾构机系统的相似关系, 利用直径 400 m m 的模型盾构机模拟直径 6 340 mm 的原型盾构机, 通过对试验数据的分析整理, 得出了土压平衡盾构机参量之间的关系曲线
K a = t an ( 45 -
式中,
z
为垂直静止土压力 ;
式中 , K a 为主动土压力系数。如果掘进工作面压力较大 , 那么工作面压力由被动土压力控制 , 盾构机工作面的被动土
z 为埋置深度。垂直于侧面的法向应力为静止侧压力:
x=
k0 z
( 2)
压力为:
p=
式中,
x
为水平静止土压力, k 0 为土的静止
45 +
/ 2) + 2 c tan( 45 +
/ 2) ( 4)
式中 , cபைடு நூலகம்为土的内聚力;
3= 1 t an 2
为土的内摩擦角。 / 2) ( 5)
( 45 -
/ 2) + 2 c tan( 45 -
2
掘进工作面土压力计算模拟
在土仓的土压与开挖面的土压保持平衡的
状态下 , 随盾构向前推进的同时 , 启动螺旋输送机排土, 使排土量等于开挖土量 , 使开挖面的地层始终保持稳定 , 排土量一般通过调节螺旋输送机的转速和闸门的开度予以控制。根据土力学原理, 可以将盾构机的刀盘近似为挡土墙, 然后根据挡土墙理论分析掘进工作面的压力分布特性。如图 1 所示, 根据土力学理论 , 天然土体内垂直静止土压力为 :
[ 1]
平衡状态的辅助方法 , 这种新方法更有利于土仓压力的稳定[ 6] 。王洪新 ( 2006) 基于模型试验结果 , 推到土压平衡盾构的三个基本方程式, 进而得到土压平衡盾构两个总平衡方程式, 建立土压平衡盾构掘进的数理模型。在此基础上推导总推力、土仓压力、螺旋机转速、掘进速度间关系的数学表达式 , 利用盾构施工的现场数据验证关系式的正确性。利用现场掘进数据统计刀盘扭矩、刀盘转速、土仓压力间的经验关系式。这些关系对土压平衡盾构设计时的参数选择和匹配有重要的指导意义, 可以应用于土压平衡盾构施工时的参数控制。土压平衡盾构掘进的连续性方程为土压平衡盾构掘进时的地面沉降控制提供了新的研究思路[ 7] 。魏建华 ( 2005) 以城市地铁隧道施工中广泛采用的土压平衡式盾构机为背景 , 结合现场观测数据阐述了盾构机开挖面稳定机理 , 分析了土仓土压力的设定与控制方法 [ 9] 。张厚美 ( 2005) 采用多元统计分析方法, 研究土仓压力、推力、刀盘转速等主要掘进参数对掘进速度、刀盘扭矩的影响 , 得到了土压平衡式盾构在软土中的掘进速度数学模型和刀盘扭矩数学模型, 模型平均误差约为 10% 。研究结果表明: 对掘进速度和刀盘扭矩影响最大的 3 个操作参数依次为 : 千斤顶推力、土舱压力和刀盘转速。掘进速度、刀盘扭矩与千斤顶推力成正比, 与土舱压力成反比, 刀盘转速对刀盘扭矩和掘进速度影响不大[ 10] 。盾构机土仓土压力控制国内外集中在实验室模拟试验和数值仿真研究, 根据模拟实验台的观测数据分析土仓土压力与螺旋输送机转速的关系。杨洪杰 ( 2006) 在软土、砂土及砂砾土层中进行盾构模型的掘进试验 , 在试验中分别采用刀盘开口率为 30% 和 70% 的盾构模型进行模拟掘进。研究了试验模型周围土压力变化和刀盘开口率变化对土仓内外土压力的影响, 建立了刀盘推力和扭矩的差分模型 , 并且提出了土仓内外压力存在压力差 [ 11] 。刘东亮 ( 2005) 对土仓土压力影响因素和控制方法进行了分析 , 并且讨论了掘进工作面的主动土压
摘要 : 结合某地铁施工实例 , 采用有限元方法数值模拟了土压平衡盾构机的土仓压
力。通过计算刀盘开口率不同的土仓压力分布 , 建立了盾构机土仓的承压隔板压力与开挖面压力的关系 , 研究了刀盘开口率对盾构机土仓压力分布的影响。通过回归分析 , 得到刀盘开口率与压力传递系数之间的映射关系。数值模拟结果表明 , 有限元模拟结果与现场观测值基本一致。关键词 : EPB 盾构机 ; 压力分布 ; 开口率 ; 压力传递系数中图分类号 : T U 432 文献标识码 : A
式中 , K p 为被动土压力系数。合理的掘进工作面土压力是介于主动土压
4 力和被动土压力之间 :
a s p
工程建设
第 41 卷表 2 盾构机主要几何参数
第 41 卷第 4 期 2009 年 8 月
Engineering construction
工程建设
1
工程研究
文章编号 : 1673- 8993( 2009) 04- 0001- 06
EPB 盾构机土仓压力分布有限元数值模拟
亢晨钢 , 李守巨 , 刘迎曦 ( 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室, 辽宁大连 116024)
z t an2 ( 45 +
p=
/ 2) + 2 c tan( 45 +
2
/ 2) ( 9) ( 10) ( 11)
侧压力系数 , 对于砂土可取经验值 0 34 ~ 0 45 , 粘性土可取经验值 0 50~ 0 70, 或者按照半经验公式计算: k 0 = 1- sin 式中 , 为土的有效内摩擦角。 ( 3) z tan ( 45 + / 2) / 2) K p = tan2 ( 45 +
Numerical simulation of earth pressure distribution in chamber of EPB shield by finite element method
Kang Chengang, Li Shouju, Liu Yingxi Abstract : In combination w ith practical construct ion of a subway, earth pres sure of chamber in EP B Shield w as simulated by finit e element met hod T he corre lat ion of soil pressure betw een ex cavated face and pressure bulkhead w as set up throug h the calculat ion of eart h pressure distribut ion of chamber based on dif ferent cut ter head aperture, and the inf luence of cut ter head apert ure rat io on eart h pres sure distribution of chamber w as studied T he mapping relation betw een cutt er head apert ure rat io and eart h pressure t ransf er coeff icient was obtained by reg ression analysis T he numerical sim ulat ion result show ed that t he num erical simulation val ue agrees w it h in -sit u measurement value Key words : EPB shield; pressure distribut ion; head aperture rat io; soil pres sure t ransfer coef ficient
z= a=
图 2 盾构机施工
如果掘进工作面压力较小 , 那么工作面压力由主动土压力控制 , 盾构机工作面的主动土压力为:
a=
z tan2 ( 45 -
/ 2) - 2 c tan( 45 2
/ 2) ( 6) ( 7) ( 8)
z tan ( 45 2
/ 2) / 2)
z
( 1) 为土的容重;
引
言
近年来, 我国开展了大规模的城市市政工程建设, 尤其是几个重要城市都已开始了地下铁路的建设工程。在这些地下工程中 , 由于受到施工场地、道路交通等城市环境因素的限
2
工程建设
第 41 卷
第4期
制, 使得传统的施工方法难以普遍适用。在这种情况下 , 对城市正常机能影响很小的隧道施工方法