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钢包咬合式接头力学行为及损伤演化过程研究

中国公路学报 2025年

作者：封坤赵彦磊刘伊腾赵瀚白中坤西南交通大学交通隧道工程教育部重点试验室中国人民解放军96786部队中铁工程装备集团有限公司中铁高新工业股份有限公司城市地下空间开发技术与装备研发分中心

随着盾构隧道不断向大直径、大埋深等方向发展，采用螺栓连接的常规接头可能无法满足盾构隧道整体衬砌结构的变形限度和承载能力要求，针对高强度接头开展力学行为和承载能力研究具有重要意义。本文介绍了一种钢包咬合式高强度管片接头... 详细信息

随着盾构隧道不断向大直径、大埋深等方向发展，采用螺栓连接的常规接头可能无法满足盾构隧道整体衬砌结构的变形限度和承载能力要求，针对高强度接头开展力学行为和承载能力研究具有重要意义。本文介绍了一种钢包咬合式高强度管片接头，建立了该类接头的三维精细化数值模型，计算了不同轴力下管片接头抗弯性能和不同纵向力的管片接头抗剪性能，分析了管片接头的受力形态、力学参数变化和损伤分析，并开展了足尺试验对接头破坏形态进行分析，将数值模拟的损伤演化结果与足尺试验的破坏形态进行对比验证。结果表明：钢包咬合式接头抗弯时主要受力位置为受压区外包钢板，抗剪时主要受力和损伤区域为环缝面两侧的钢板以及咬合位置处的混凝土；大轴力正弯试验中接头受压侧的混凝土和钢板交界面破坏，小轴力负弯矩试验中接头受拉侧混凝土与外包钢板的贴合面破坏，顺剪和逆剪试验中分别出现水平向裂缝和平行接缝面的裂缝；对于该类接头，可适当增加隔板间距确保浇筑时隔板之间的混凝土振捣密实，并可设置剪力连接件进一步优化钢-混界面的连接性能。

关键词：隧道工程管片接缝数值模拟抗弯性能抗剪性能损伤演化

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掘进机主驱动密封润滑系统试验研究

隧道建设（中英文） 2021年第S1期41卷 70-74页

作者：许发成中铁工程装备集团盾构制造有限公司河南郑州450000

为从不同工况、动态、静态等状态下分析主驱动密封润滑系统对主驱动轴承的保护效果,提出一些可以供掘进机主驱动设计、使用参考的建议。首先,制作透明的主驱动密封油脂扩散装置,通过油脂计量阀进行油脂注入,分别设置不同的迷宫长度、迷... 详细信息

为从不同工况、动态、静态等状态下分析主驱动密封润滑系统对主驱动轴承的保护效果,提出一些可以供掘进机主驱动设计、使用参考的建议。首先,制作透明的主驱动密封油脂扩散装置,通过油脂计量阀进行油脂注入,分别设置不同的迷宫长度、迷宫间隙和润滑量,进行油脂扩散弧长的计量,从而验证油脂的扩散与主驱动迷宫设计对主驱动保护的异同。然后,以某主驱动润滑系统模拟试验台为基础,采用不同的密封润滑剂形式、润滑剂量和刀盘转速相结合,从不同角度对主驱动密封的温度上升原因进行分析,并提出合适的密封工作温度建议。最后,针对部分TBM机型密封失效原因进行分析,并提出可以根据不同机型进行主驱动密封润滑系统设计的思路,以保证主驱动密封系统的良好性能。

关键词：隧道掘进机主驱动密封润滑系统试验研究

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超大直径盾构管片拼装机关键技术

浙江大学学报（工学版） 2020年第4期54卷 816-823页

作者：贾连辉李太运中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016

依托15.03 m超大直径泥水盾构机管片拼装的需求,结合汕头海湾隧道管片及密封挤压力的参数,分析回转直径为9.2 m的超大惯量管片拼装机负载分布与变化情况.根据分析结果优化了拼装机伸缩机构的结构尺寸,有效降低了伸缩机构的最大摩擦力;... 详细信息

依托15.03 m超大直径泥水盾构机管片拼装的需求,结合汕头海湾隧道管片及密封挤压力的参数,分析回转直径为9.2 m的超大惯量管片拼装机负载分布与变化情况.根据分析结果优化了拼装机伸缩机构的结构尺寸,有效降低了伸缩机构的最大摩擦力;针对拼装机超大惯量变负载工况速度稳定控制的难点,设计管片拼装机回转液压系统,通过AMESim仿真分析变负载工况对系统的响应性能和速度稳定性的影响.研究结果表明,伸缩机构伸缩油缸的侧向摩擦阻力与导向套长度负相关;设计的液压系统不仅能够实现较大范围的调速要求,而且速度控制稳定可靠,能够有效降低负载交变对回转速度稳定性的影响.

关键词：超大泥水盾构管片拼装机载荷分布回转液压系统 AMESim

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马蹄形盾构机研制关键技术及工程应用

中国铁道科学 2018年第6期39卷 61-70页

作者：贾连辉范磊冯猛中铁工程装备集团有限公司河南郑州450016

为提高马蹄形隧道机械化施工水平,以蒙华铁路白城隧道项目为依托,研制马蹄形盾构机。其关键技术包括:提出低扰动多刀盘、多驱动协同开挖技术,推导小刀盘扭矩系数计算公式;研究马蹄形管片分块方式,设计1种多自由度变曲率管片拼装机,解决... 详细信息

为提高马蹄形隧道机械化施工水平,以蒙华铁路白城隧道项目为依托,研制马蹄形盾构机。其关键技术包括:提出低扰动多刀盘、多驱动协同开挖技术,推导小刀盘扭矩系数计算公式;研究马蹄形管片分块方式,设计1种多自由度变曲率管片拼装机,解决变曲率、大重量管片的拼装难题;研究双螺旋输送机联合出渣技术,基于Fluent仿真分析对开挖面进行流场仿真,通过压力监控及反馈实现双螺旋输送机土仓压力实时控制;设计梭式盾体结构,给出无铰接盾构机最小转弯半径计算方法,并提出相应的纠滚措施。研制的盾构机在施工过程中掘进性能良好,能满足安全、快速、环保施工的要求。针对出现的排渣不畅问题,提出利用高压水射流技术对渣土进行切割冲刷,在螺旋输送机上部设置2个推土器装置;而对出现的顶推力过大问题,则采取增大下部3个刀盘的直径等改造措施。改造后的马蹄形盾构机在蒙华铁路白城隧道的成功应用,使得马蹄形隧道使用盾构法施工成为现实。

关键词：马蹄形盾构机多刀盘协同开挖技术刀盘扭矩系数管片拼装机双螺旋输送机

隧道掘进机刀具破岩综合试验台电气系统的研制

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隧道建设 2015年第3期35卷 279-283页

作者：王国政王国涛中铁工程装备集团盾构制造有限公司河南郑州450016

针对不同地质,为相应的工程配置不同材质的刀具,满足不同的施工需求,研制隧道掘进机刀具破岩综合检测试验台。详细介绍该试验台的电气控制方案。该方案以操作台和上位机组成电气控制系统,采用Profibus总线控制方式建立连接,通过比例阀,... 详细信息

针对不同地质,为相应的工程配置不同材质的刀具,满足不同的施工需求,研制隧道掘进机刀具破岩综合检测试验台。详细介绍该试验台的电气控制方案。该方案以操作台和上位机组成电气控制系统,采用Profibus总线控制方式建立连接,通过比例阀,电磁阀等执行机构实现系统的精确控制。重点研究并介绍供配电系统、PLC控制系统、数据采集测量系统等的设计思路及能完成的试验结果。试验结果表明控制系统可靠、实用。

关键词：试验台上位机供配电隧道掘进机刀具破岩电气系统

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凿岩台车的最优钻进效率研究与应用

隧道建设（中英文） 2024年第S1期44卷 265-273页

作者：康家安尚二东于鹏李荣鑫霍翔宇中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司河南新乡453000

为提高山岭隧道施工的凿岩台车钻进效率,围绕凿岩机钻进过程中钻进效率的影响因素进行分析与试验研究。通过研究推进压强、冲击压强及旋转速度等因素的影响,以寻找最优的施工参数组合。通过在不同岩石条件下的多参数测试,采集钻进速度... 详细信息

为提高山岭隧道施工的凿岩台车钻进效率,围绕凿岩机钻进过程中钻进效率的影响因素进行分析与试验研究。通过研究推进压强、冲击压强及旋转速度等因素的影响,以寻找最优的施工参数组合。通过在不同岩石条件下的多参数测试,采集钻进速度和耗能等数据,并应用最小二乘法、耦合及回归分析等方法对数据进行处理。研究表明:1)推进压强与钻进速度呈线性关系,而冲击压强与钻进速度呈二次抛物线关系。2)推进压强的合理阈值上限为8 MPa,而冲击压强在15~17 MPa为最优。3)旋转速度对钻进速度影响不大,故不需过高设置。

关键词：凿岩台车数字钻进钻进效率钻进速度推进压强冲击压强

高水压盾构滚刀用橡胶套管的自适应平衡特性研究

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隧道建设（中英文） 2024年第4期44卷 705-711页

作者：李英发陈彦涛姜海峰张耀鑫曾婧李焕旭王彪张国鹏中铁工程装备集团隧道设备制造有限公司河南新乡453011

为保持滚刀浮动密封的有效性,滚刀内外压力差需要控制在0.3 MPa内,而工作环境水压可以达到1.4 MPa,因此需要设计自适应压力平衡结构降低滚刀内外压差。常规的活塞式平衡阀经常由于高压环境下的岩渣堵塞或者O型圈动密封快速磨损导致滚刀... 详细信息

为保持滚刀浮动密封的有效性,滚刀内外压力差需要控制在0.3 MPa内,而工作环境水压可以达到1.4 MPa,因此需要设计自适应压力平衡结构降低滚刀内外压差。常规的活塞式平衡阀经常由于高压环境下的岩渣堵塞或者O型圈动密封快速磨损导致滚刀浮动密封失效。因此针对高水压环境下滚刀内外压力自动可靠平衡问题,设计了自适应平衡橡胶套管:通过气囊变形响应外界压力变化,实现滚刀内介质对于外界压力变化的动态跟随功能。首先,采用理论分析的方法研究橡胶套管自适应平衡机制,并基于仿真与理论分析相结合的方式给出自适应平衡橡胶套管性能评估方法;其次,通过套管参数的敏感性分析给出优选的结构参数、试制等径式橡胶套管,并进行压力跟随试验,发现输入压力为0~0.6 MPa时,内外压差为0.12 MPa;最后,将试制橡胶套管应用在盾构滚刀项目中,滚刀运行状况良好。

关键词：高水压自适应平衡橡胶套管密封盾构滚刀

TiC添加量对等离子熔覆Ni60-WC复合涂层性能的影响

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电镀与涂饰 2021年第20期40卷 1551-1555页

作者：秦利锋中铁工程装备集团盾构制造有限公司河南郑州450000

在45钢上通过等离子熔覆制备了WC-TiC-Ni涂层,对其物相、显微硬度和滑动摩擦磨损行为进行了分析。结果表明:熔覆层与基体材料之间为冶金结合,熔覆层表面无裂纹和气孔。TiWC_(2)的形成使得熔覆层的显微硬度和耐磨性得到提高。当TiC的添... 详细信息

在45钢上通过等离子熔覆制备了WC-TiC-Ni涂层,对其物相、显微硬度和滑动摩擦磨损行为进行了分析。结果表明:熔覆层与基体材料之间为冶金结合,熔覆层表面无裂纹和气孔。TiWC_(2)的形成使得熔覆层的显微硬度和耐磨性得到提高。当TiC的添加量为20%(质量分数)时,涂层的平均显微硬度高达1 072.5 HV,较WC/Ni熔覆层高了128 HV,此时涂层的耐磨性最好。

关键词：碳化钨碳化钛镍复合涂层等离子熔覆物相显微硬度耐磨性

超大直径泥水盾构常压换刀设计关键技术——以汕头海湾隧道及深圳春风隧道为例

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隧道建设（中英文） 2019年第7期39卷 1073-1082页

作者：谭顺辉孙恒中铁工程装备集团有限公司

统计国内外超大直径盾构工程应用案例,并分析超大直径盾构设计选型时需考虑的关键因素,重点以汕头海湾隧道和深圳春风隧道超大直径盾构项目为依托,阐述超大直径盾构研发制造和施工中遇到的难题,探索解决高水土压力下刀盘维护及换刀、破... 详细信息

统计国内外超大直径盾构工程应用案例,并分析超大直径盾构设计选型时需考虑的关键因素,重点以汕头海湾隧道和深圳春风隧道超大直径盾构项目为依托,阐述超大直径盾构研发制造和施工中遇到的难题,探索解决高水土压力下刀盘维护及换刀、破碎地层长距离掘进等一系列难题的关键技术。主要从刀盘设计、常压换刀、主驱动伸缩摆动及可靠密封系统、防滞排双破碎机布置等方面开展针对性设计,对超大直径盾构的研制和应用推广有较好的意义。

关键词：超大直径盾构泥水盾构常压换刀双破碎机滞排