摘要:
为解决超长距离、超大直径、超高水压、超大埋深复合地层盾构隧道在局部夹砂卵石区段存在刀具磨损严重、掘进参数动态适配困难、施工效率与设备服役周期难以协同兼顾等问题,以上海—南京—合肥高速铁路崇太长江隧道工程为依托,提出刀盘系统优化设计—磨损状态监测—掘进参数智能协同控制一体化技术方案。在结构方面,构建“6主梁+6辅梁”高刚性刀盘骨架,配置由41把常压可更换撕裂刀和54把常压可更换切刀组成的立体式全轨迹刀具系统,并设置刀盘刀具磨损监测设施,以提升复杂地层条件下刀盘系统的抗磨损能力与可维护性。在控制方面,建立自适应多目标遗传算法(AMO-GA)模型,将总推力、刀盘转速、泥水压力、泥浆流量等关键参数纳入统一优化框架,并引入动态交叉、动态变异及地层风险指数(RFRI)权重调节机制,实现掘进效率与关键部件服役周期的协同优化。以0—130环为基线区段、131—250环为智能掘进应用区段进行对比分析。结果表明: 1)AMO-GA表现〖为宏观进尺提升,且在掘进过程中对质量控制良好,即参数调整响应时效由人工决策30 min以上缩短至90 s以内,转矩波动由±35%收敛至±12%,刀具百米磨损量由1.2 mm降至0.6 mm,密封件更换里程间隔由3 km 延长至8 km,泥浆循环利用率由65%提高至88%。2)刀具平均使用寿命提升超过50%,最高日进尺达到28 m,月平均进度约700 m,年维护成本降低62.5%。该技术体系能够有效增强复合地层盾构掘进过程中的参数响应能力、负载匹配能力和关键部件服役稳定性。
王燚, 郑文宝, 罗刚, 刘建平. 长距离大直径复合地层盾构刀盘系统与掘进参数的多目标优化[J]. 隧道建设, 2026, 46(5): 1109-1120.
WANG Yi, ZHENG Wenbao, LUO Gang, LIU Jianping. Multi-Objective Optimization of a Large-Diameter Shield Cutterhead System and Tunneling Parameters in Complex Strata[J]. Tunnel Construction, 2026, 46(5): 1109-1120.