中国盾构隧道工程关键技术的新进展综述 被引量：18

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作者 钱七虎 胡小强 +2 位作者 李树忱 陈健 竺维彬 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第5期897-926,I0004-I0033,共60页

从研究背景与思路、机制/原理、材料/装备、技术论证、试验研究、工程应用等方面介绍中国大直径盾构掘进主轴承事故分析及国产主轴承的自主研发、盾构隧道工程安全高效掘进渣土适配性改良技术及配套材料、盾尾安全保障核心材料研发、盾... 从研究背景与思路、机制/原理、材料/装备、技术论证、试验研究、工程应用等方面介绍中国大直径盾构掘进主轴承事故分析及国产主轴承的自主研发、盾构隧道工程安全高效掘进渣土适配性改良技术及配套材料、盾尾安全保障核心材料研发、盾构隧道新型管片连接技术、城市隧道三模掘进机关键技术等5个方面关键技术的最新进展情况。认为:1)自主研制的超大型盾构机用直径8.01 m主轴承大型套圈纯净度、大型滚子纯净度、大型套圈疲劳性能、大型滚子硬度均匀性、套圈材料淬透性和淬硬层深度、保持架焊缝疲劳寿命和拉断力均优于进口水平;构建了真实对数曲线大型滚子设计方法,突破了高精度大型滚子加工技术,处于国际先进水平,高精度加工和装配保证了零件尺寸精度及形位公差均满足设计要求;通过产品验收、装机应用论证和工程应用,表明应用该大直径主轴承不会产生接触疲劳强度不足和微动引起的疲劳磨损,可用于超大直径盾构隧道工程建设。2)针对黏性、富水砂性和硬岩等复杂地层,以改善岩土环境为核心,研发出了高配向密度的聚合型泡沫剂、高分子抗黏剂、喷涌防止剂和耐磨抑尘剂等环保型系列渣土改良剂,形成了盾构泥饼、喷涌和磨损原位改良主动防控技术,建立了通用地层适配性盾构渣土动态改良技术体系,保障了盾构安全高效掘进。3)针对盾构掘进过程中的盾尾密封失效难题,研发了“黏-稠-流”有机统一的新型盾尾密封油脂,温度敏感性低(黏温系数0.4)、抗水压能力强(最高抗水压3.5 MPa),整体性能提高1.3倍,为盾尾安全提供了有力保障;针对盾构同步注浆浆液泌水、离析和地层沉降难题,研发出了同步注浆充填剂,优化了惰性充填浆液配比,30 min零泌水,实现了壁后惰性充填,保障了管片壁后注浆质量和地层沉降精细化控制。4)新型管片连接技术采用环缝插入+纵缝滑入的连接形式,可以高标准地控制隧道接缝张开量和错台量,管片制作及拼装精度高,可降低接缝防水难度,提升成型隧道的质量,无需设置手孔,无需人工紧固作业,自动化程度高,施工效率高,可节约施工成本及改善洞内拼装作业环境。5)研制出的土压+泥水+TBM三模掘进机能够满足复杂多变、软硬不均复合地层等几乎所有地层的掘进施工,且可在不停机、不拆装设备的前提下实现掘进模式的快速转换,在TBM掘进模式下螺旋输送机+泥浆管道可协同排渣,解决了富水硬岩地层掘进排渣难的问题,机械化和智能化程度高,安全可靠,施工效率高,可改善工人作业环境,节省工期和成本。中国盾构隧道建设取得的巨大成就,推动了中国乃至世界盾构隧道技术的发展和进步,但仍时有安全事故发生,需从装备、材料、技术、管理等方面进一步研究和突破。在今后较长的时间内,中国盾构隧道(尤其是大直径盾构隧道)仍将处于高速建设发展期,面临的建设条件将越来越复杂,技术难度和挑战也将越来越大。要实现盾构隧道建设的快速、安全、健康,需处理好盾构隧道技术领域的关键问题,实现盾构隧道关键核心技术的突破。上述关键技术仍需不断完善并加强推广和应用,以促进中国盾构隧道建设向高适应性、高智能、高可靠性、高效益、高质量、高安全性和低能耗方向发展,形成适合于中国“土壤”的盾构隧道新技术。 展开更多

关键词 盾构隧道 大直径 主轴承 渣土适配性改良 盾尾密封 管片连接 三模掘进机

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考虑土体剪切与接头剪切效应的盾构隧道纵向变形计算模型 被引量：1

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作者 李明宇 朱康康 +4 位作者 陈健 蔺云宏 吴龙骥 靳军伟 杨潇 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期142-154,共13页

针对紧接盾构隧道或盾构穿切桩基工程中附加外力作用下的盾构隧道纵向非均匀变形和受力问题,利用计算解析方法,将盾构隧道视为置于Pasternak双参数地基上的铁摩辛柯梁,同时引入修正等效连续化模型和传递矩阵法,提出一种新的盾构隧道纵... 针对紧接盾构隧道或盾构穿切桩基工程中附加外力作用下的盾构隧道纵向非均匀变形和受力问题,利用计算解析方法,将盾构隧道视为置于Pasternak双参数地基上的铁摩辛柯梁,同时引入修正等效连续化模型和传递矩阵法,提出一种新的盾构隧道纵向变形计算模型,并采用室内模型试验的方法进行验证。结果表明:模型试验中,在集中荷载与围压共同作用下,整个隧道处于弹性变形阶段,各环管片收敛变形、拱顶和拱底竖向位移、环缝错台量均随集中荷载的增加而近似线性增大,并以集中荷载为中心沿纵向呈对称分布,变形趋势与计算结果相同,且2种方法下环缝错台量最大相对误差仅为8.75%;2种方法得到的结果在分布特征和量值上基本一致,验证了计算模型的可行性。该计算模型能够反映土弹簧间的剪切作用、收敛变形对隧道纵向变形刚度的影响及接头的非连续性,可对盾构隧道纵向变形和内力进行预测分析,并为紧接盾构隧道工程中既有盾构隧道的安全评估提供理论指导。 展开更多

关键词 盾构隧道 铁摩辛柯梁 Pasternak双参数地基模型 纵向变形

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泥水盾构隧道地层渗透压力的确定及规律研究 被引量：1

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作者 李远帆 王媛 +3 位作者 任杰 董琪 陈龙 王志奎 《人民黄河》 CAS 北大核心 2024年第5期138-144,共7页

泥水盾构隧道施工中的地层渗透压力是设定开挖仓泥水压力等施工参数的主要依据之一。为提高地层渗透压力计算的准确性,开展泥水盾构隧道地层渗透压力的确定方法及规律研究。考虑土体开挖、泥水支护、壁后注浆等施工因素,建立模拟泥水盾... 泥水盾构隧道施工中的地层渗透压力是设定开挖仓泥水压力等施工参数的主要依据之一。为提高地层渗透压力计算的准确性,开展泥水盾构隧道地层渗透压力的确定方法及规律研究。考虑土体开挖、泥水支护、壁后注浆等施工因素,建立模拟泥水盾构施工动态过程的三维流固耦合模型,分析盾构掘进和同步注浆等施工作业以及地层情况对地层渗透压力的扰动范围和扰动程度,基于此提出泥水盾构隧道地层渗透压力的修正公式。结果表明:当注浆压力为200~500 kPa时,盾构施工对地层渗透压力的最远影响范围为距离开挖面前方4.5环处;在相同注浆压力下,对岩层渗透压力的扰动范围最大,砂土层次之,黏土层最小;采用修正公式得出的地层渗透压力计算值与实测值变化趋势基本一致,验证了修正公式的合理性。 展开更多

关键词 泥水盾构 地层渗透压力 注浆压力 流固耦合 过江隧道工程

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基于岩碴比表面积的完整岩体TBM破岩效率分析 被引量：1

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作者 闫长斌 石雨萱 +3 位作者 李严 李庆民 刘永胜 吴遁 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第1期456-468,共13页

岩碴是TBM掘进过程中岩~机相互作用的直接产物,其破碎程度、形态特征、粒径分布等信息是TBM破岩效率的重要反馈指标。基于岩碴现场筛分试验和室内三维扫描试验,定量分析了TBM岩碴的形态特征及其随粒径变化的规律,提出一种基于岩碴粒径... 岩碴是TBM掘进过程中岩~机相互作用的直接产物,其破碎程度、形态特征、粒径分布等信息是TBM破岩效率的重要反馈指标。基于岩碴现场筛分试验和室内三维扫描试验,定量分析了TBM岩碴的形态特征及其随粒径变化的规律,提出一种基于岩碴粒径分布规律的比表面积计算方法,准确计算了不同粒径分布条件下岩碴比表面积的真实值。结合岩碴新表面理论指标对岩碴比表面积计算结果进行验证,同时分析了岩碴比表面积与TBM破岩效率之间的内在联系。研究结果表明:随着岩碴粒径增大,岩碴的球形度和扁平度逐渐减小、伸长度逐渐增大。总体上,岩碴的伸长度越大、扁平度和球形度越小,粗糙度指数就越大,TBM破岩效率越高。采用积分的方法,利用表面积预测函数与累积分布函数可计算得到岩碴试样比表面积真实值且分析发现其数据可近似表示单位质量岩体破碎后新增表面积的大小。岩碴比表面积SW与新表面理论指标Sa之间具有较好的线性相关性,可以相互验证其准确性与合理性,但相比新表面理论指标Sa,比表面积SW具有更清晰的物理意义和更为直观的数字结果。岩碴比表面积随TBM掘进比能、贯入度指数增加而增大,随粗糙度指数增大而减小,即岩碴比表面积可较好地描述岩石破碎程度及能量消耗,岩碴比表面积越大,岩碴就越破碎,TBM破岩效率越低。 展开更多

关键词 TBM 岩碴 破岩效率 三维扫描 形态特征 比表面积

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同步注浆上浮力作用下大盾构管片瞬时变形特征模型试验研究

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作者 李明宇 王越 +4 位作者 陈健 高始军 田应飞 靳军伟 杨钊 《铁道学报》 北大核心 2025年第1期171-182,共12页

大直径盾构隧道施工期受高水压复杂地质环境影响,盾构同步注浆效果难以保证,管片极易产生过大上浮。以济南黄河隧道工程为背景,通过室内模型试验,探讨土体围压、同步注浆产生的上浮力及水平千斤顶推力耦合作用下,拱底与拱顶上浮量、收... 大直径盾构隧道施工期受高水压复杂地质环境影响,盾构同步注浆效果难以保证,管片极易产生过大上浮。以济南黄河隧道工程为背景,通过室内模型试验,探讨土体围压、同步注浆产生的上浮力及水平千斤顶推力耦合作用下,拱底与拱顶上浮量、收敛变形量、环纵向接缝错台量以及围压的瞬时变化规律和分布特性。研究发现:沿纵向观察时,拱顶与拱底竖向位移量、收敛变形量大致遵循对数正态分布;在盾尾后部第3环管片处,管片环的收敛变形量与纵缝错台量达到峰值;各环的收敛变形与竖向位移、环缝错台、纵缝错台近似成线性函数关系,拟合的函数斜率由未凝固区首环至末环呈现出逐环减小的趋势。建议实际工程中可考虑加强对脱出盾尾第3环管片的变形监测。 展开更多

关键词 盾构隧道 模型试验 横向变形 纵向变形 非均布上浮力 相关性

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基于XGBoost算法的大直径穿黄隧道施工期管片上浮研究 被引量：3

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作者 陈健 靳军伟 +3 位作者 李新潮 杨公标 李明宇 靳倩倩 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第S01期72-80,共9页

为解决大直径盾构隧道面临的施工期盾尾管片上浮问题。针对济南黄河隧道项目,提出了基于XGBoost算法的大直径泥水平衡盾构隧道施工期管片上浮计算框架。通过采用主成分分析法将地层参数降维,采用R-relief F算法对管片上浮的影响因素进... 为解决大直径盾构隧道面临的施工期盾尾管片上浮问题。针对济南黄河隧道项目,提出了基于XGBoost算法的大直径泥水平衡盾构隧道施工期管片上浮计算框架。通过采用主成分分析法将地层参数降维,采用R-relief F算法对管片上浮的影响因素进行特征提取及数据预处理工作,从而建立用于管片上浮分析的数据集。进而使用XGBoost算法对大直径隧道管片上浮进行计算,并与随机森林算法预测结果进行了对比。结果表明本文所采用的计算框架得到的结果能较好地反映隧道管片施工期的上浮特征,同时发现XGBoost算法对于管片上浮过程的预测效果比随机森林更好。研究成果对于大直径隧道施工过程中的管片变形预测及控制有较好的指导意义。 展开更多

关键词 大直径隧道 盾构施工 管片上浮 机器学习 XGBoost算法 预测分析

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大盾构管片最不利上浮状态下三维形变特征模型试验方案设计 被引量：3

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作者 李明宇 王越 +4 位作者 李庆民 陈健 王承震 蔺云宏 田应飞 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第2期101-112,共12页

隧道施工期管片所受浆液浮力并非恒定,壁后浆液压力的不均匀分布会导致管片变形和隧道环的位错损伤。为减弱或避免因管片上浮造成的结构病害,通过自主设计研发一种考虑千斤顶水平推力、围岩压力以及同步注浆上浮力作用的管片三维加载模... 隧道施工期管片所受浆液浮力并非恒定,壁后浆液压力的不均匀分布会导致管片变形和隧道环的位错损伤。为减弱或避免因管片上浮造成的结构病害,通过自主设计研发一种考虑千斤顶水平推力、围岩压力以及同步注浆上浮力作用的管片三维加载模型试验系统,对大直径管片最不利上浮状态下的瞬时变形进行分析。试验装置由围压加载装置和非均布上浮力加载装置组成,可实现单点或多点同步加卸载;模型试验采用不同刚度弹簧模拟上浮期隧道与地层之间的相互作用;根据相似理论对管片模型和连接螺栓进行精细化设计和加工;根据实际工程中试验段的围压对模型围压初始值进行换算,并将动、静态上浮力相结合,提出更符合工程实际的盾构隧道横、纵向上浮力分析模型。结果表明:在拱底非均布上浮力的作用下,拱底竖向位移和收敛变形沿纵向均近似呈对数正态分布,其最大值均出现在脱出盾尾后第3环;各环管片的收敛变形与拱底竖向位移近似呈线性关系,斜率介于0.63~1.49之间;模型试验结果与实测数据相吻合。研究成果可为盾构隧道管片抗浮设计和施工提供一定的技术支持。 展开更多

关键词 盾构隧道 管片上浮 三维形变 模型试验 非均布上浮力

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黏土地层泥水劈裂伸展压力及路径试验研究

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作者 杨公标 袁大军 +2 位作者 陈健 王滕 韩冰宇 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第4期698-704,共7页

为解决水下盾构隧道修建过程中由于泥水支护压力过大导致的掌子面前方地层劈裂,以及劈裂发生后如何防止裂缝伸展至水底地表等难题,采用大型三轴劈裂试验平台进行泥水劈裂伸展试验,测得裂缝伸展过程中的泥水压力及裂缝伸展路径,并研究泥... 为解决水下盾构隧道修建过程中由于泥水支护压力过大导致的掌子面前方地层劈裂,以及劈裂发生后如何防止裂缝伸展至水底地表等难题,采用大型三轴劈裂试验平台进行泥水劈裂伸展试验,测得裂缝伸展过程中的泥水压力及裂缝伸展路径,并研究泥水黏度及应力状态对伸展压力及路径的影响。结果表明:1)泥水黏度较小时,裂缝伸展过程中劈裂压力基本不变;泥水黏度较大时,裂缝伸展过程中劈裂压力逐渐增大。2)启裂压力和伸展压力均随着泥水黏度的增大而逐渐增大,但增大速度逐渐减小;伸展压力随围压线性增大,但增大速率略小于启裂压力。3)通过对比不同工况下盲孔试样的裂缝倾角可知,裂缝倾角仅与轴压和围压的压差相关。4)实际施工中建议泥水黏度大于21 Pa·s。5)当隧道埋深变化较大时,应实时调整泥水压力。6)当初始劈裂发生后,泥水支护压力会骤降,此时不应过快地补充泥水压力,而应采取加快掘进速度的方法快速通过。 展开更多

关键词 水下隧道 泥水盾构 劈裂试验 泥水黏度 伸展压力 裂缝形态

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粉质黏土地层泥水平衡盾构渣土制备同步注浆浆液性能试验研究

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作者 王红军 陈健 +2 位作者 效明哲 高始军 李明宇 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第S2期201-210,共10页

为减少泥水平衡盾构渣土外运和处置成本,通过均匀试验和理论分析方法,探究粉质黏土地层泥水平衡盾构渣土替代膨润土制备同步注浆浆液的可行性。研究认为:1)当粉质黏土地层泥水平衡盾构渣土与膨润土主成分相似时,从浆液性能与经济效益上... 为减少泥水平衡盾构渣土外运和处置成本,通过均匀试验和理论分析方法,探究粉质黏土地层泥水平衡盾构渣土替代膨润土制备同步注浆浆液的可行性。研究认为:1)当粉质黏土地层泥水平衡盾构渣土与膨润土主成分相似时,从浆液性能与经济效益上来看,利用渣土完全替代膨润土并部分替代砂配制同步注浆浆液是可行的。2)单因素影响分析中,相较于土胶比,胶砂比对浆液密度、凝结时间、流动度的影响最显著,水胶比对浆液稠度、泌水率、28 d抗压强度的影响较显著。3)渣土掺入量越多,浆液中的蒙脱石和黏粒含量越多,浆液密度越大,凝结时间越短,流动度越低,强度越大。4)各因素交互影响分析中,对浆液密度、稠度、泌水率、凝结时间、流动度、28 d抗压强度交互影响较为显著的因素分别为土胶比与减水剂掺量、土胶比与减水剂掺量、胶砂比与土胶比、粉灰比与胶砂比、粉灰比与胶砂比、胶砂比与减水剂掺量。5)浆液配制时确定渣土中蒙脱石、黏粒和砂的含量以及各因素的水平范围是浆液配制成功的关键。 展开更多

关键词 泥水平衡盾构 粉质黏土地层 渣土 同步注浆 单液浆 浆液配比

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TBM换刀机器人新型刀具系统设计分析

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作者 刘四进 马浴阳 +4 位作者 王华伟 王军 薛峰 魏英杰 喻星乔 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2024年第10期2094-2102,共9页

为解决TBM掘进过程中传统滚刀换刀周期长、安全隐患大等问题,研制一种可用于机器人更换滚刀的新型刀具系统并对其进行动力学分析。采用牛顿第二定律和集中质量参数法建立新型刀具系统的动力学微分方程,并利用Newmark数值方法进行求解,... 为解决TBM掘进过程中传统滚刀换刀周期长、安全隐患大等问题,研制一种可用于机器人更换滚刀的新型刀具系统并对其进行动力学分析。采用牛顿第二定律和集中质量参数法建立新型刀具系统的动力学微分方程,并利用Newmark数值方法进行求解,分析系统各构件响应规律;设计并开展新型刀具系统缩尺样件振动试验,验证新型刀具系统在实际破岩时的动力学行为,进行基于实测载荷的系统动态响应分析。研究结果表明:1)滚刀的理论与试验垂向振动位移均值相对误差为9.99%,刀箱的理论与试验垂向振动位移均值相对误差为5.18%,验证了所建立的系统垂向动力学模型的正确性;2)实际载荷下系统振动均方根值和幅值最大值分别为0.230 mm和0.7003 mm,为预测系统在实际破岩时的动力学行为提供理论依据。 展开更多

关键词 Newmark数值方法 刀具系统 动力学响应 质量法 TBM 换刀机器人

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盾构气压开舱条件下的泥膜闭气失效理论研究 被引量：5

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作者 蔡博文 金大龙 +3 位作者 李兴高 袁大军 陈健 杨公标 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期1395-1404,1415,共11页

近年来,泥水盾构工法在越江跨海隧道中被广泛应用,在泥水盾构施工过程中,带压开舱始终是一个高风险、高难度技术环节。盾构带压开舱能否成功的关键在于泥膜的闭气性能。然而,一直以来泥膜闭气破坏机制、闭气时间及其影响因素从理论上较... 近年来,泥水盾构工法在越江跨海隧道中被广泛应用,在泥水盾构施工过程中,带压开舱始终是一个高风险、高难度技术环节。盾构带压开舱能否成功的关键在于泥膜的闭气性能。然而,一直以来泥膜闭气破坏机制、闭气时间及其影响因素从理论上较少探讨。对此,首先考虑了气体对泥膜中孔隙水的驱替作用,建立了泥膜压气从渗流启动-击穿渗透带的多相流模型,提出了泥膜压气渗水量和闭气时间评估方法;然后开展了室内渗透柱泥膜压气破坏试验,验证了所提出理论方法的适用性;最后探讨了气压、地层参数、泥膜厚度、泥浆剪切强度等参数对闭气时间的影响规律,揭示了盾构带压开舱以“泥皮为主、渗透带为辅”的闭气作用。研究成果对泥水盾构带压开舱的安全保障有一定的借鉴意义。 展开更多

关键词 泥水盾构 带压开舱 泥膜 闭气时间 闭气性能

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大直径盾构盾尾管片上浮影响的现场试验研究 被引量：5

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作者 贺小宾 马帅 +3 位作者 陈健 李明宇 余刘成 郝军 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第S02期136-143,共8页

为探究高水压粉质黏土地层中大直径盾构管片上浮规律及其与施工参数的相关性,通过室内浆液配比试验与浆液性能测试,结合济南黄河隧道工程现场试验,研究不同配比浆液与关键施工参数对管片上浮的影响。研究结果表明:1)水泥、粉煤灰、减水... 为探究高水压粉质黏土地层中大直径盾构管片上浮规律及其与施工参数的相关性,通过室内浆液配比试验与浆液性能测试,结合济南黄河隧道工程现场试验,研究不同配比浆液与关键施工参数对管片上浮的影响。研究结果表明:1)水泥、粉煤灰、减水剂掺量增加能导致浆液凝结时间缩短,有利于减小管片上浮,泌水率、流动度和稠度下降,对管片上浮控制不利;2)大直径盾构隧道管片上浮规律近似成抛物线,管片在开始同步注浆的10 h内快速上浮,随后迅速减缓,在25~30 h后趋于稳定;3)由于管片上浮受多种因素耦合影响,因此仅调整浆液配比不一定能有效控制管片上浮量,建议同步减小出进浆量差和刀盘接触压力,保持刀盘转矩,减小上下断面千斤顶推力压力差和同步注浆压力差,并适当延长临时停机时间、掘进和管片拼装时间,降低掘进速度。 展开更多

关键词 隧道工程 大直径 盾构隧道 管片上浮 同步注浆 现场试验

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考虑多源信息不确定性的TBM利用率预测 被引量：1

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作者 李庆民 闫长斌 +3 位作者 姚西桐 杨公标 杨风威 杨继华 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期4043-4056,共14页

隧道掘进机(TBM)施工对地质条件非常敏感,一旦发生事故会造成严重的工期延误和巨大的经济损失。本文在对TBM利用率影响因素进行统计分析和对输入参数进行优选的基础上,以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工实例为依托,将天牛须搜... 隧道掘进机(TBM)施工对地质条件非常敏感,一旦发生事故会造成严重的工期延误和巨大的经济损失。本文在对TBM利用率影响因素进行统计分析和对输入参数进行优选的基础上,以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工实例为依托,将天牛须搜索优化方法与增强回归树算法进行耦合,提出一种考虑多源信息不确定性的TBM利用率预测模型(BAS-BRT);将该模型预测结果与粒子群优化-增强回归树耦合模型(PSO-BRT)预测结果进行对比分析,并通过现场实测数据验证TBM利用率预测模型BAS-BRT的有效性及其对典型地质段施工风险的适应性。研究结果表明:天牛须优化算法的自适应特点能够真实反映TBM施工中出现的不确定性问题,增强回归树算法可实现模型的全局最优化迭代,TBM利用率预测模型BAS-BRT具有较高的预测精度、较好的泛化性能,同时具有良好的并行处理能力与鲁棒性。 展开更多

关键词 隧道掘进机(TBM) 设备利用率 不确定性 天牛须搜索方法 增强回归树 施工风险

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基于新表面理论的TBM破岩效率评价指标 被引量：5

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作者 闫长斌 李高留 +4 位作者 陈健 李严 杨延栋 杨风威 杨继华 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期1153-1164,共12页

岩碴是岩-机作用的直接产物,也是评价隧道掘进机(TBM)破岩效率和优化TBM掘进参数的有效指标。依托兰州水源地建设工程和龙岩万安溪引水工程,开展不同岩性条件下TBM岩碴筛分试验,得到了岩碴粒径分布规律。基于新表面理论,从滚刀破岩能量... 岩碴是岩-机作用的直接产物,也是评价隧道掘进机(TBM)破岩效率和优化TBM掘进参数的有效指标。依托兰州水源地建设工程和龙岩万安溪引水工程,开展不同岩性条件下TBM岩碴筛分试验,得到了岩碴粒径分布规律。基于新表面理论,从滚刀破岩能量转化角度出发,提出了一种新的TBM破岩效率评价指标。基于岩碴粒径分布规律和TBM掘进参数统计,探讨了新表面理论指标与比能、岩碴粗糙度指数之间的关系,指出了新表面理论指标在反映岩碴破碎程度和评价TBM破岩效率方面的优势。对新表面理论指标与TBM掘进推力以及刀间距s与贯入度p的比值进行回归分析,得到了硬岩(围岩等级为Ⅱ级)和软岩(围岩等级为III级)掘进条件下的TBM最优掘进推力和s/p取值区间。研究表明:(1)新表面理论指标符合岩石破碎学原理,可准确评价TBM破岩效率。岩碴越是破碎,新表面理论指标越大,掘进能耗越高,此时TBM破岩效率相对较低。(2)新表面理论指标与比能、岩碴粗糙度指数均具有良好的线性相关关系。岩碴越是破碎,破碎单位体积岩石的能量消耗越大,新表面理论指标越大,对应的粗糙度指数越小。软岩掘进条件下TBM掘进比能低于硬岩,而岩碴破碎程度高于硬岩。(3)新表面理论指标随着TBM掘进推力和s/p的增加先减小后增大,在硬岩和软岩条件下,当TBM最优掘进推力区间和s/p区间分别为7 400~7 700 kN、13.9~14.4和1 000~1 500 kN、8.0~8.5时,新表面理论指标较小,TBM破岩效率较高。 展开更多

关键词 隧道掘进机(TBM) 岩碴 能量转化 新表面理论 粗糙度指数 比能 掘进推力 刀间距与贯入度的比值(s/p)

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