摘要：为提升超大直径盾构刀盘安装焊缝在盾构施工过程中的抗疲劳性能,首先建立包括超厚钢板对接接头焊缝细节的有限元模型,以等效结构应力为核心参量将焊缝应力集中考虑在焊趾应力之中,然后对不同坡口角度和余高的接头疲劳寿命进行计算,得出坡口角度和余高对超厚钢板焊缝接头疲劳寿命的影响规律,最后以优选的焊缝接头尺寸参数采用子模型技术建立包括各焊缝接头局部精细网格的子模型,利用等效结构应力法对刀盘整体安装焊缝疲劳寿命进行综合评估。研究发现:1)随着焊缝坡口角度的增大,其抗疲劳能力呈现先增大后减少的趋势,55°左右的坡口角度是设计对称X型接头的最优坡口角度;2)当接头采用不对称X型坡口时,焊缝小端处焊趾的疲劳寿命低于同等坡口角度大端处焊趾的疲劳寿命,坡口大端和小端的坡口角度分别选取为40°和55°时,能综合提高非对称X型坡口接头的抗疲劳性能;3)焊缝余高对接头疲劳性能的影响不如坡口角度显著,对称X型坡口焊缝及非对称X型坡口大端焊缝余高e=2~3 mm,非对称X型坡口小端焊缝余高e=1 mm,可以满足盾构刀盘的抗疲劳设计要求。

摘要：隧道掘进机在掘进过程中,刀盘破碎岩石会产生振动,刀盘振动对TBM机械与施工会造成负面影响。依托甘肃北山地下实验室斜坡道工程TBM施工段,在北山1号TBM上搭载振动监测系统,通过跟踪现场施工和开展掘进试验,收集研究区段的隧道设计工况信息、围岩信息、掘进参数与刀盘振动信息。开展不同隧道设计工况、围岩类别、掘进参数对刀盘破岩振动的影响分析。研究结果表明:1)隧道转弯段与直线段的TBM刀盘振动强度、主振频率具有一定差异,转弯段TBM刀盘振动强度更大、主要频率更高;2)不同围岩类别下,转弯段刀盘振动主振频率差异较大,而直线段差异较小;3)随着推力、转速的提高,刀盘的振动强度增大,但刀盘三轴振动主振频率不发生改变。

摘要：针对现有盾构刀盘轻量化设计计算成本高、多依赖经验的不足,提出一种基于聚合代理模型的土压平衡盾构刀盘轻量化设计方法。通过熵权TOPSIS综合贡献度分析筛选出对刀盘质量、最大变形和最大应力影响显著的结构参数作为设计变量,采用加权径向基函数模型、Kriging模型和支持向量回归模型的聚合代理模型来拟合设计变量与最大变形和最大应力约束响应间的隐式关系。在上述基础上构建了土压平衡盾构刀盘轻量化设计模型,并以序列二次规划算法进行优化求解。有限元仿真实验结果表明,所提出的轻量化设计方法实现土压平衡盾构刀盘减重7.44%,且能满足刀盘应力和变形要求,轻量化效果良好。

摘要：为解决TOBSPIN切丝机因刀盘轴承间隙增大而造成刀盘窜动等问题,设计了一种刀盘轴承间隙快速调整装置。在主轴上增加平端调整螺钉和平端紧定螺钉,将主轴轴套内套长度缩短30mm,通过调节平端调整螺钉可以快速将刀盘轴承间隙由0.35 mm减少到设定值0.05 mm,同时利用SolidWorks simulation软件对主轴进行了受力分析。将HAUNI调整工具与快速调整装置进行对比测试,结果表明:采用快速调整装置后,平均调整时间缩短27.33 h/台,切丝平均合格率提高8.48百分点。该技术可为提高切丝质量的稳定性提供支持。

摘要：使用盾构法在城市中心修建地铁时,常面临地面空间不足,无法提供充足的工程场地进行常规盾构接收的问题,因此在预接收地点修建暗挖横通道+暗挖扩大端的辅助结构,进行盾构解体接收成为主流方案,但暗挖扩大端的修建尺寸并无清晰参考。以北京地铁19号线为例,分析了暗挖扩大端宽度和高度的设计问题,并针对弃壳接收和部分弃壳两种方案,对暗挖扩大端的最小设计尺寸做了规定,即高度应包含开挖垫层、盾构直径和吊装空间三部分,其中吊装空间至少应为1.5~2m;当采用弃壳接收时,暗挖扩大端宽度与刀盘直径和刀盘分块暂存方式有关。提出了一种新的适用于暗挖扩大端内狭小场地的刀盘拆解方案,能够显著减小占地面积,同时设计了一种适用于洞内拆解主驱动的专用滑移辅助工装,提高了拆解过程的安全性。

摘要：为实现矩形顶管机的快速变径,扩大设备适用范围,基于偏心多轴驱动形式,设计了一种可变径矩形顶管机的模块化刀盘及主驱动。一组刀盘配备两组驱动,构成一套便于拆卸、更换的模块。须多个模块组合使用,确保至少4根曲轴支撑一组大刀盘,通过模块的组合或调节模块间距实现顶管机快速变径。在对模块进行受力分析的基础上,采用Ansys有限元分析软件对刀盘、曲轴进行了静力学分析及模态分析,得到二者在最大载荷条件下的应力值、变形量及固有频率;通过刚柔耦合动力学仿真,得到曲轴载荷谱,并基于nCode Design Life对曲轴进行了疲劳分析,得出曲轴的损伤、寿命结果。结果表明:在软土地层施工中,刀盘最大应力为229.7 MPa,低于材料屈服强度,安全系数1.55,前6阶固有频率范围为179.3 Hz~196.5 Hz;曲轴最大应力为491.4 MPa,位于前端主轴颈圆角处,安全系数1.89,前6阶固有频率范围为333.4 Hz~1304.5 Hz。曲轴主要疲劳损伤点集中于前端主轴颈的圆角处,最小循环次数为3.37×10^(7),理论寿命为165928 h,可满足顶管机掘进需求。

摘要：刀盘是全断面硬岩掘进机(TBM)的核心部件,其结构的地质适应性是决定TBM掘进效率的关键因素。根据TBM刀盘制造企业设计的实际需要,制定了刀盘设计基本流程,结合掘进地质条件、刀盘结构参数和掘进参数,建立了刀具布置、开口、盘体设计等关键参数计算模型,提出相应的TBM刀盘地质适应性设计方法。将TBM刀盘设计方法应用于某供水工程,对该工程所用TBM的刀具布置参数、刀盘驱动性能与掘进参数以及刀盘结构参数进行地质适应性设计,并对设计方案进行了力学性能和出渣性能仿真分析。研究结果表明,刀盘设计方法能有效实现刀盘结构、刀具布置以及相关掘进参数地质适应性设计,所设计的刀盘力学性能满足施工要求。目前该刀盘在引水工程中累计已掘进12 km,工作状态良好。

摘要：刀盘作为盾构机中的关键部件之一,不仅能起到挖掘土体的作用,同时还具有稳定掌子面和搅拌渣土的功能,其性能的优劣直接决定着盾构能否正常施工。为了超大直径盾构刀盘能在大推力、大扭矩及复杂地质的掘进环境下具有足够的结构强度和刚性,对刀盘的工作载荷工况和结构形式进行分析研究。以φ14.95 m的刀盘为例,通过ANSYS有限元软件分析刀盘副梁在相同载荷工况下竖板式结构和箱式结构的特性,并在箱式副梁刀盘本体与牛腿连接处加设加强肋后计算刀盘在均载工况、上软下硬工况及脱困工况下的变形和受力情况。研究表明:对于超大型土压盾构刀盘,箱式结构副梁的结构性能优于竖板式的,相同载荷下刀盘的最大应力值减小48.2%,总变形量减小26.4%;在牛腿与盘体焊接部位加设加强肋可以提高刀盘的整体结构强度和刚度,加设后刀盘最大应力减小6.4%,总变形量减小9.7%;刀盘在上软下硬工况下变形最大,脱困工况下局部应力最大。

摘要：土压平衡(Earth pressure balance,EPB)盾构刀盘的开口率及开口分布特征的设计是刀盘地质适应性设计的关键技术之一,直接影响开挖渣土的流动性及盾构的掘进效率。针对不同掘进地质条件下盾构刀盘开口设计的复杂性问题,利用刀盘切削渣土被改良为'塑性流变状态'的特性,运用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)理论,建立包括渣土、刀盘、土舱和螺旋输送机在内的CFD模型,利用实际工程掘进数据验证CFD模型计算结果的正确性与方法的可行性,在此基础上,分析获得给定地质条件下相同开口率不同开口分布特征的刀盘前后渣土的压力分布规律,以及刀盘开口分布特征对盾构机刀盘开挖渣土流动性能的影响作用关系,并通过回归分析,得到刀盘开口分布特征与刀盘前后渣土压力之间的映射关系。研究为高效、稳定掘进的土压平衡盾构刀盘拓扑结构优化设计提供方法。

摘要：针对全断面掘进机刀具布置规律问题,分析了全断面掘进机刀盘的破岩机理,建立了全断面掘进机工作时的刀具受力模型并提出了如何提高刀盘破岩性能的方案.构建了带复杂约束的多变量非线性目标数学模型,并采用智能算法开发了一种针对盾构刀盘上刀具布置规律的优化程序.以EPB6.28型全断面掘进机刀盘为例进行了优化设计,建立了刀盘数字化样机并对其进行了力平衡仿真验证.对两种刀盘在刀具磨损和力平衡性能比较分析,结果表明与原刀盘相比新设计的刀盘具有更加良好的实用性.