范 磊

(中鐵工程裝備集團有限公司， 河南 鄭州 450016)

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富水砂卵石地層矩形頂管機的研究及應(yīng)用
——結(jié)合成都川大下穿人民南路人行通道工程

范 磊

(中鐵工程裝備集團有限公司， 河南 鄭州 450016)

以成都川大下穿人民南路人行通道矩形頂管項目為依托，對富水砂卵石地層矩形頂管機關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究。1)為探索同平面多刀盤聯(lián)合開挖矩形斷面技術(shù)，采用ANSYS Workbench有限元仿真分析方法對刀盤結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，得出： 刀盤采用箱體式4輻條結(jié)構(gòu)外加大圓環(huán)支撐形式，可滿足強度需求的同時有效提高刀盤開口率。2)研究針對大粒徑卵石的雙螺旋輸送機排渣技術(shù)，利用ANSYS仿真分析對螺旋葉片厚度進(jìn)行優(yōu)化，通過工業(yè)性試驗表明： 大直徑、大節(jié)距螺旋葉片設(shè)計可有效提高卵石地層的排渣效果，實現(xiàn)450 mm粒徑卵石的順利排出。3)采用正交試驗對掘進(jìn)過程中渣土改良工藝進(jìn)行研究，獲得適應(yīng)該地層的渣土改良方案。

矩形頂管機； 富水砂卵石地層； 大節(jié)距螺旋輸送機； 渣土改良； 人行通道

0 引言

隨著我國城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，城市建設(shè)發(fā)展速度越來越快，交通運輸對城市建設(shè)發(fā)展的作用更加凸顯。由于城市地面交通受到各方面的限制，發(fā)展空間有限，于是要求建設(shè)更多的地下通道，如地鐵車站進(jìn)出口、過街通道、城市地下管線、共同管溝和地下停車庫等。

矩形頂管法是一種廣泛用于上述隧道的非開挖施工工藝，通過刀具切削土體，將切削下來的渣土排出工作井，并利用工作井內(nèi)液壓油缸推動頂管機和管節(jié)前進(jìn)，從而達(dá)到鋪設(shè)管道的目的。其相比圓形頂管具有空間利用率高、覆土淺的優(yōu)點，受到越來越多的施工單位的青睞[1-3]。目前，國內(nèi)外制造的矩形頂管機的適用地層相對單一，主要適用于淤泥、黏土、粉土、砂土等軟土地層[4-5]，針對富水砂卵石地層矩形頂管機的研究鮮有涉及。

砂卵石地層從力學(xué)機制上表現(xiàn)為強烈的不穩(wěn)定性，主要特征為巖體松散、無膠結(jié)、自穩(wěn)能力差、圍巖體整體強度較低但單個巖塊強度高。由于骨架作用，其易于形成臨界拱，但在頂管機掘進(jìn)通過后又會因多種原因誘發(fā)突然的坍塌，失穩(wěn)機制極其復(fù)雜[6-8]。矩形頂管機在卵石層中掘進(jìn)，其主要問題表現(xiàn)為： 1)疏松砂卵石地層反應(yīng)非常靈敏，刀盤旋轉(zhuǎn)切削時，極易破壞原來的相對穩(wěn)定或平衡狀態(tài)而產(chǎn)生流砂或坍塌，引起較大的地層損失和圍巖擾動，導(dǎo)致開挖面失穩(wěn)； 2)密實砂卵石地層的塑流性差，土艙內(nèi)的傳感器較難反映真實的工作壓力，開挖面難以保持穩(wěn)定，對渣土改良提出了挑戰(zhàn)； 3)排土相對困難，導(dǎo)致大顆粒卵石在土艙內(nèi)滯留或向頂管機四周移動，使得頂管機位置和姿態(tài)控制變得困難，嚴(yán)重時會發(fā)生堵塞，致使頂管機無法推進(jìn)[9-13]。上述問題給砂卵石地層矩形頂管的研究帶來了挑戰(zhàn)。

本文依托成都川大下穿人民南路人行通道工程，針對砂卵石地層的特點，通過模擬仿真和試驗分析對矩形頂管關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，為砂卵石地層矩形頂管機的設(shè)計及應(yīng)用提供參考。

1 依托工程概況

該矩形頂管機依托成都川大下穿人民南路人行通道項目進(jìn)行試驗研究，如圖1所示。項目位于成都市人民南路3段，華西第四醫(yī)院正門南側(cè)約20 m處。下穿隧道頂管段長度為56 m，埋深4.8 m，施工斷面尺寸為6.02 m×4.52 m； 頂管上方布置有約15條各類市政管線，距離管線最近距離僅0.5 m； 頂管下方為正在運營的地鐵1號線，距地鐵隧道頂板僅3.1 m。

圖1 成都川大下穿人民南路人行通道效果圖(單位： m)Fig. 1 Effect of pedestrian passageway on South Renminlu crossing underneath Sichuan University in Chengdu (m)

根據(jù)地勘資料，頂管機穿越地層以中密卵石為主，局部夾雜中砂、稍密卵石、密實卵石，地下水靜止水位埋深為4～5 m，如圖2所示。卵石含量為60%～70%，粒徑以4～10 cm為主，填充物為細(xì)砂、圓礫及局部漂石。

圖2 掘進(jìn)區(qū)域地質(zhì)斷面圖Fig. 2 Geological profile of excavating area

地下通道地處市區(qū)繁華地段、施工管線錯綜復(fù)雜，施工要求為“上保路面交通不中斷，中保市政管線不滲漏，下保地鐵運營不停止”，采用常規(guī)明挖、管棚等工法無法完成，故采用矩形頂管法施工。同時，由于砂卵石地層的不穩(wěn)定性，給矩形頂管機的設(shè)計帶來諸多難題： 1)適應(yīng)富水砂卵石地層的隧道矩形斷面的開挖方式及刀盤結(jié)構(gòu)形式； 2)大粒徑卵石排渣技術(shù)； 3)砂卵石地層渣土改良策略及沉降控制保壓方式。上述問題是制約砂卵石地層矩形頂管機研發(fā)的關(guān)鍵。

2 關(guān)鍵技術(shù)研究

2.1 同平面多刀盤聯(lián)合開挖矩形斷面形式

2.1.1 刀盤布置形式

砂卵石地層包含細(xì)砂，具有流動性強、穩(wěn)定性差的特點，采用多個刀盤前后組合交叉排布的常規(guī)開挖形式為流砂噴涌提供了空間，易引起土體坍塌；擺動刀盤開挖形式可以實現(xiàn)全斷面開挖，但對地面擾動大，地表沉降難以控制，渣土攪拌不夠充分、改良效果差[2]。因此，采用大(φ2 200 mm，4個)、中(φ1 630 mm，2個)、小(φ1 200 mm，2個)多刀盤同平面布置形式(如圖3所示)，實現(xiàn)對掌子面有效支撐的同時，使開挖盲區(qū)最小化(15.93%)，并顯著增大刀盤的渣土攪拌區(qū)域(達(dá)31.45%)；此外，開挖盲區(qū)預(yù)留盲區(qū)處理接口，可連接單電機驅(qū)動魚尾刀盤或連接萬向球頭風(fēng)鉆，對開挖盲區(qū)可能存在的大型障礙物進(jìn)行處理，同時在盾殼盲區(qū)位置布置盾殼切刀，實現(xiàn)砂卵石地層的矩形斷面開挖。

圖3 刀盤布置形式Fig. 3 Layout mode of cutterheads

該地層的卵石含量較高，同時大漂石(200～350 mm粒徑)分布隨機性強、在局部富集層的含量高達(dá)10%～20%，采用頂管施工時，刀盤、刀具磨損嚴(yán)重。為此，不同于常規(guī)軟土矩形頂管刀盤結(jié)構(gòu)形式，除布置刮刀外，在多刀盤4輻條箱體結(jié)構(gòu)加大圓環(huán)刀盤體上又集成布置有滾刀和撕裂刀，使刀盤具有足夠的開口率，在保證渣土順暢流動的同時，具備較好的破巖能力。φ2 200 mm復(fù)合刀盤如圖4所示。

圖4 φ2 200 mm復(fù)合刀盤Fig. 4 Recombination cutterhead with diameter of 2 200 mm

2.1.2 刀盤強度分析

通過4輻條箱體以及可布置保徑刀的大圓環(huán)加強體設(shè)計，實現(xiàn)了集刮刀、滾刀、撕裂刀于一體的刀盤布置形式。常規(guī)復(fù)合刀盤的直徑一般較大(≥6 000 mm)，為確保該類型刀盤體在富水砂卵石地層施工過程中的安全穩(wěn)定性，采用ANSYS Workbench對其強度進(jìn)行有限元仿真分析。刀盤刀具受力主要分布在輻條上的切刀以及刀箱中的滾刀上，滾刀計算時將滾刀刀箱與輻條簡化為一體。刀盤承受的軸向推力為前方土體傳遞過來的土壓力(根據(jù)頂管機設(shè)計規(guī)范，一般取土壓力值為500 kN/m2)，以均布載荷方式施加于輻條面板上；刀盤承受最大扭矩取主驅(qū)動額定扭矩472.5 kN·m，作用在整個刀盤面板上，約束刀盤筒體圓環(huán)內(nèi)表面全部自由度。通過有限元分析，得到φ2 200 mm刀盤的應(yīng)力及變形云圖，如圖5所示。采用相同方法對φ1 630 mm刀盤(扭矩取主驅(qū)動額定扭矩183 kN·m)和φ1 200 mm刀盤(扭矩取主驅(qū)動額定扭矩50.5 kN·m)進(jìn)行仿真分析，結(jié)果見表1。

(a) 應(yīng)力云圖(單位： MPa)

(b) 變形云圖(單位： mm)

Fig. 5 Finite element analysis of cutterhead with diameter of 2 200 mm

表1 刀盤仿真結(jié)果

φ2 200、φ1 630、φ1 200 mm 3種刀盤經(jīng)仿真分析，其最大屈服應(yīng)力均小于Q345B材料許用應(yīng)力230 MPa，變形率均小于0.1%，滿足刀盤的強度及剛度要求。

2.2 大粒徑卵石的雙螺旋輸送機出渣

為實現(xiàn)砂卵石地層中較大直徑卵石(最大粒徑400 mm)的順利排出，采用大直徑(706 mm)、大節(jié)距(650 mm)雙螺旋輸送機設(shè)計，形成“以排為主，以破為輔”的排渣機制。螺旋輸送機結(jié)構(gòu)如圖6所示。同時，根據(jù)砂卵石地層卵石排出特點，針對性地在螺旋葉片外圈迎渣面?zhèn)鹊菇牵苊饴咽犬愇锟ㄔ谌~片與螺旋輸送機筒壁之間。在卵石地層，渣土在螺旋輸送機中的輸送環(huán)境明顯惡劣于軟土地層。螺旋輸送機的強度主要取決于螺旋葉片的厚度，為保證結(jié)構(gòu)強度滿足要求的同時盡可能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕量化，對螺旋輸送機整體進(jìn)行仿真分析(如圖7所示)，并針對螺旋葉片厚度進(jìn)行優(yōu)化仿真試驗。模擬砂卵石地層螺旋輸送機工作環(huán)境，對螺旋葉片施加邊界條件為：一端1倍節(jié)距范圍內(nèi)添加約束，余部葉片外圈添加螺旋輸送機額定驅(qū)動扭矩為86.4 kN·m。100、80、60 mm 3種厚度的螺旋輸送機葉片仿真分析結(jié)果如表2所示。

(a) 螺旋輸送機三維模型

(b) 雙螺旋輸送機實物

圖7 螺旋輸送機應(yīng)力云圖(單位： MPa)Fig. 7 Stress nephogram of screw conveyor (MPa)

表2 不同厚度螺旋葉片的強度和剛度比較

Table 2 Comparison among screw blades with different thicknesses in terms of intensity and rigidity

螺旋葉片厚度/mm最大應(yīng)力值/MPa最大變形量/mm變形率/%100200．5743．770．006780254．8367．770．010460350．44127．000．0195

從仿真結(jié)果可以看出： 只有螺旋葉片厚度達(dá)到100 mm時，其最大應(yīng)力才小于Q345B材料的許用應(yīng)力230 MPa，變形率也小于0.01%，滿足螺旋輸送機出渣的強度及剛度要求，因而將螺旋葉片厚度定為100 mm。

2.3 渣土改良試驗

砂卵石地層富水而有極強的流塑性，但由于項目施工中采取了一定的降水措施，地層失水后具有極強的骨架效應(yīng)、不容易流動，導(dǎo)致排渣困難；同時，由于卵石的作用，在渣土改良不佳的情況下土艙內(nèi)傳感器較難反映真實的工作壓力，使開挖面難以保持穩(wěn)定，對沉降控制形成壓力。砂卵石地層渣土改良效果直接影響到矩形頂管掘進(jìn)狀態(tài)及地層穩(wěn)定性。為探索適應(yīng)該地層的渣土改良方案，采用正交試驗方法[13]對掘進(jìn)過程中渣土改良工藝進(jìn)行研究。

前期通過坍落度試驗、攪拌試驗和細(xì)觀試驗等方法研究了泡沫、膨潤土漿液、黏土對砂卵石地層的改良效果，并參考砂卵石地層盾構(gòu)施工經(jīng)驗，得出該地層渣土改良劑配比。1)泡沫配比： 泡沫混合液中原液(上海納克牌)質(zhì)量占比3%，其余為水；泡沫組成中混合液質(zhì)量占比10%，其余為空氣。2)改良膨潤土配比： 1 m3的水和62.5 kg的鈉基膨潤土(湖南飛來峰牌)，制漿設(shè)備如圖8所示。3)黏土配比： 1 m3的水和600 kg的鈣基膨潤土(綿陽堃方牌)，制漿設(shè)備如圖9所示。

圖8 改良膨潤土制漿設(shè)備Fig. 8 Pulping equipment of modified bentonite

圖9 黏土制漿設(shè)備Fig. 9 Pulping equipment of clay

在試驗狀態(tài)下，不同改良劑對卵石地層渣土改良均有一定效果，而在實際工程應(yīng)用中，由于工況復(fù)雜，改良劑的選用顯得尤為重要。選擇砂卵石地層渣土改良3種改良劑及其不同注入位置進(jìn)行正交試驗[14]，在改良劑配比一定的情況下，渣土改良效果的各影響因素、水平如表3所示。

表3 渣土改良效果的各影響因素、水平

Table 3 Influencing factors and levels of ground conditioning effect

水平試驗因素泡沫(A)改良膨潤土(B)黏土(C)1土艙下部注入土艙下部注入土艙上部注入2土艙中部注入土艙上部注入土艙下部注入3不注入不注入不注入4全斷面注入全斷面注入全斷面注入

考慮到富水砂卵石地層情況，渣土改良效果好壞的試驗指標(biāo)定為： 1)卵石包裹出渣是否流暢； 2)由于在該淺覆土、富水砂卵石地層常發(fā)生地面冒漿情況(如圖10所示)，因此將有無冒漿作為試驗評價指標(biāo)之一，以地面無冒漿為優(yōu)。為量化試驗指標(biāo)差異，引入打分機制，試驗評價指標(biāo)見表4和表5。

L16(43)正交試驗設(shè)計見表6，渣土改良情況如圖11所示。各條件下渣土改良效果不同，試驗結(jié)果見表6，對2個指標(biāo)影響因素的極差分析結(jié)果見表7和表8。

圖10 綠化帶處地面冒漿Fig. 10 Mud spillover at green belt

表4 卵石包裹出渣情況評價打分表Table 4 Evaluation for cobble mucking

表5 冒漿情況評價打分表Table 5 Evaluation for mud spillover

表6 L16(43)正交試驗設(shè)計及試驗結(jié)果Table 6 Orthogonal test of L16(43)

(a) 出渣流暢 (b) 出渣過干 (c) 黏土過多

圖11 渣土改良效果對比
Fig. 11 Ground conditioning effects

表7 卵石包裹出渣影響因素極差分析結(jié)果

Table 7 Factors variance analysis results of pebble wrapped slag situation

試驗因素泡沫(A)改良膨潤土(B)黏土(C)K171110K21279K3688K411109k11．752．752．50k23．001．752．25k31．502．002．00k42．752．502．25極差1．501．000．50最優(yōu)解A2B1C1

注：Ki為水平為i的指標(biāo)累積和；ki為水平為i的指標(biāo)平均值； 極差為各水平指標(biāo)平均值的極大值與極小值之差。下同。

表8 冒漿影響因素分析結(jié)果Table 8 Factors variance analysis results of mud spillover

由卵石包裹出渣影響因素極差分析，確定最優(yōu)方案為A2B1C1。根據(jù)冒漿影響因素極差分析，對冒漿現(xiàn)場產(chǎn)生影響的主要因素為C，A、B因素的影響較?。籆1(第1水平)和C4(第4水平)具有相同的數(shù)值，考慮到1、4水平的包含關(guān)系，要達(dá)到最優(yōu)試驗指標(biāo)，需滿足C1水平(即黏土由土艙上部注入)。綜上，通過各因素對各指標(biāo)影響的綜合平衡法分析，得到較好的試驗方案為A2B1C1，即： 泡沫由土艙中部注入，改良膨潤土由土艙下部注入，黏土由土艙上部注入。

由正交試驗結(jié)果可以看出，在砂卵石地層，必須添加泡沫和膨潤土改良劑。通過采取中部注入泡沫、下部注入膨潤土，渣土能夠較好地包裹卵石并攜帶排出，具有良好的出渣流動性，掘進(jìn)速度也較為理想；同時，黏土于土艙上部注入，不僅解決了由于刀盤攪拌不均導(dǎo)致螺旋輸送機出現(xiàn)間斷性涌漿的問題，而且在土壓艙與上部開挖土體間形成泥膜，避免了淺覆土砂卵石地層發(fā)生掘進(jìn)冒漿的現(xiàn)象發(fā)生。上述改良措施在工業(yè)試驗后期得到應(yīng)用直至項目結(jié)束，在整個施工過程中，渣土改良效果良好且出渣順利，進(jìn)一步驗證了上述改良措施的地層適應(yīng)性。

3 工程應(yīng)用

該矩形頂管機已完成成都川大下穿人民南路人行通道施工。工程前期存在渣土改良不好、排渣不暢等問題，后期通過針對性渣土改良試驗，較好地完成了整個標(biāo)段的施工掘進(jìn)，通過大節(jié)距螺旋輸送機實現(xiàn)了450 mm粒徑卵石的順利排出，并創(chuàng)造了矩形頂管在密實砂卵石地層日掘進(jìn)3.8 m的優(yōu)異成績。矩形頂管機具體施工情況如圖12所示。

圖12 矩形頂管機施工情況統(tǒng)計(2016年)Fig. 12 Statistics of construction of rectangular pipe jacking in 2016

頂推力與掘進(jìn)里程關(guān)系曲線如圖13所示。在正常掘進(jìn)階段，頂推力的波浪性變化是由掘進(jìn)各階段地質(zhì)變化及盾體、管節(jié)處減磨膨潤土注入不均所引起，隨著掘進(jìn)距離增加整體呈線性遞增，其在Origin中擬合曲線為y=231.67x+ 6 751.46(y為頂推力，x為掘進(jìn)距離)，與理論計算值相近。頂推力理論計算公式為

F=F管片摩阻+F迎面阻力=l·f·x+S·γ·H[15]。

式中：l為管節(jié)的周長，m；x為管道設(shè)計頂進(jìn)長度，m；f為管道外壁與土的平均摩擦阻力，kN/m2；S為頂管機開挖面積，m2；γ為卵石地層重度，kN/m3；H為覆蓋層厚度，m。

通過對比理論計算公式，得到該地層管道外壁與土的平均摩擦阻力f=12 kN/m2，為該地層矩形頂管頂推力的設(shè)計計算提供了借鑒。

在正常掘進(jìn)階段，土艙壓力、沉降監(jiān)測統(tǒng)計如圖14和圖15所示。由圖可知，矩形頂管兩側(cè)的渣土壓力差值小于0.04 MPa，且壓力變化平穩(wěn)，說明土艙內(nèi)渣土流動性較好；正常掘進(jìn)過程中開挖沉降量控制在5 mm以內(nèi)，可判斷刀盤的開挖形式對地層的擾動較小且渣土壓力傳遞較好。

圖13 頂推力與掘進(jìn)里程曲線圖Fig. 13 Relationship between thrusting forces and tunneling miles

圖14 左、右側(cè)土艙壓力監(jiān)測統(tǒng)計

Fig. 14 Statistics of earth pressures monitored on left side and that on right side of soil chamber

圖15 開挖沉降監(jiān)測統(tǒng)計Fig. 15 Statistics of ground surface settlements

4 結(jié)論與討論

以成都川大下穿人民南路人行通道矩形頂管項目為依托，對適用于該砂卵石地層矩形頂管機關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究，主要結(jié)論如下。

1)探索了同平面多刀盤聯(lián)合開挖矩形斷面技術(shù)，并通過ANSYS Workbench有限元仿真分析對刀盤的結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行了優(yōu)化。刀盤采用箱體式4輻條結(jié)構(gòu)外加大圓環(huán)支撐形式，可滿足強度需求的同時有效提高刀盤開口率。

2)研究了大粒徑卵石雙螺旋輸送機排渣技術(shù)，通過ANSYS仿真分析優(yōu)化了螺旋葉片厚度，同時經(jīng)過工業(yè)性試驗表明： 大直徑、大節(jié)距螺旋葉片設(shè)計可有效提高卵石地層的排渣效果，可以實現(xiàn)450 mm粒徑卵石的順利排出。

3)采用正交試驗的方法，對矩形頂管掘進(jìn)過程中渣土改良工藝進(jìn)行工業(yè)性試驗，建立了一套完整的渣土改良試驗方法，得到適應(yīng)砂卵石地層的“泡沫+膨潤土改良劑+黏土”的綜合渣土改良方案。

該項目研究為后續(xù)富水砂卵石地層矩形頂管機的設(shè)計及應(yīng)用提供了借鑒，同時證明矩形頂管工法具有廣泛的地質(zhì)適應(yīng)性及應(yīng)用前景。良好的渣土改良措施對出渣效率影響較大，為避免工期拖延，建議頂管設(shè)備在未有施工案例的地層施工前，預(yù)先進(jìn)行渣土改良試驗，得到適應(yīng)當(dāng)?shù)氐貙拥脑粮牧挤桨浮?/p>

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我國內(nèi)河最大沉管隧道通車

經(jīng)過3年多的緊張建設(shè)，我國內(nèi)河最大的沉管隧道——主線全長2 650 m的南昌紅谷隧道于2017年7月7日通車運行。最快只需3 min，即可驅(qū)車穿越江西省最大的河流。

為有效緩解交通壓力，隧道兩岸設(shè)置多個進(jìn)出口與區(qū)域路網(wǎng)銜接。南昌市政公用集團紅谷隧道項目副經(jīng)理萬超介紹：“因老城區(qū)相關(guān)市政道路未完善，先開通紅谷灘新區(qū)的全部出入口，東岸(老城區(qū))先行開放中山西路1對出入口和朝陽洲中路1個出口共3條匝道進(jìn)行試通行?！?/p>

紅谷隧道建設(shè)還有3“最”： 一是設(shè)置了深16 m、占地面積約20萬m2的明挖基坑用于預(yù)制沉管，成為亞洲最大的內(nèi)河異地巨型干塢； 二是在東岸建成國內(nèi)最大的水下立交，全長2 997 m，系統(tǒng)面積約5萬m2，由3進(jìn)4出共7條匝道組成； 三是在國內(nèi)首創(chuàng)水下立交疏散中心，疏散大廳整體面積403 m2，配備全長194 m的逃生通道。

紅谷隧道的建成，對于構(gòu)建贛江兩岸新舊城區(qū)經(jīng)濟圈、助推紅谷灘CBD中心的快速發(fā)展具有重要意義，將有力促進(jìn)南昌市實現(xiàn)“沿江而下，雙城夾江”的城市格局。

(摘自 新華網(wǎng) http://news.xinhuanet.com/local/2017-07/07/c_1121282244.htm)

Study and Application of Rectangular Pipe Jacking Machine to Pedestrian Passageway on South Renminlu Crossing Underneath Sichuan University in Chengdu with Water-rich Sandy Cobble Strata

FAN Lei

(ChinaRailwayEngineeringEquipmentGroupCo.,Ltd.,Zhengzhou450016,Henan,China)

The key technologies of rectangular pipe jacking machine used in pedestrian passageway on South Renminlu crossing underneath Sichuan University in Chengdu with water-rich sandy cobble strata are studied. The structure of the cutterhead is optimized by finite element simulation analysis method ANSYS Workbench so as to explore the technology of excavating rectangular cross-section using multi-cutterhead arranged on a same plane.The box-type with four spokes + ring-form support is adopted for the cutterhead which can meet the strength requirements and improve the opening rate. The thickness of the screw blade of double screw conveyor is optimized by ANSYS simulation analysis. The industrial test shows that the screw conveyor with large diameter and large pitch can effectively improve the mucking effect of large diameter cobble (larger than 450 mm). In addition, the orthogonal test is used to carry out soil conditioning; and proper ground conditioning scheme is obtained.

rectangular pipe jacking machine; water-rich sandy cobble strata; screw conveyor with large pitch; ground conditioning; pedestrian passageway

2016-10-25;

2017-04-10

范磊 (1986—)，男，河南駐馬店人，2009年畢業(yè)于鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院，機械設(shè)計制造及其自動化專業(yè)，本科，工程師，主要從事隧道與地下工程裝備設(shè)計與研發(fā)工作。E-mail: 5221@163.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.07.018

U 455.3

A

1672-741X(2017)07-0899-08