围压条件下TBM边缘滚刀破岩模式

为了解边缘滚刀的破岩特性,对其破岩过程与机理开展了系统研究.建立了某深埋全断面岩石隧道掘进机(TBM)开挖隧道三维有限元模型,在掌子面过渡圆弧周边设置边缘滚刀破岩模型边界,导出边界上的围压数值并施加在颗粒流模型边界上.模型考虑5种围压模式,相位角为0°,30°,60°,90°时的岩石应力状态分别记为模式1~模式4,无围压状态记为模式5.结果表明:围压模式1中岩石双向应力和、双向应力比均最大,破岩比能最低;模式3中,岩石受到滚刀水平向力作用而近似处于双向等值应力状态,破岩比能最高;从模式1到模式3,有利破岩的竖向应力递减;从模式5到模式3,不利破岩的水平应力增加,导致模式3条件下刀具破岩效率最低;有围压模式的侧向力系数和滚刀切入率均高于无围压模式.     

DDA模拟TBM破岩机理

TBM是现代隧道开挖的主要工具,掘进开挖在许多隧道中已得到了成功应用。目前,在国内许多施工过程中,由于地质条件极其复杂,岩体坚硬并且岩性变化大,导致TBM刀圈出现卷刀、崩口、断裂、刀圈移位磨蚀度偏大及空磨刀等现象,严重影响了挖掘进度和挖掘效益。针对这些问题,阐述TBM破岩的一般机理。在此基础上用DDA简单模拟岩体在各种结构面组合下有荷载作用的破坏,更直观反映破岩过程。     

块体理论模拟盾构机破岩机理

TBM是现代隧道开挖的主要工具,掘进开挖在许多隧道中已得到了成功应用,目前,在国内许多施工过程中,由于地质条件极其复杂, 岩体坚硬并且岩性变化大, 导致TBM刀圈出现卷刀、崩口、断裂、刀圈移位磨蚀度偏大及空磨刀等现象,严重影响了挖掘进度和挖掘效益,针对这些问题,本文阐述TBM破岩的一般机理,在此基础上用DDA简单模拟岩体在各种结构面组合下有荷载作用的破坏,更直观反映破岩过程。     

软岩隧道全断面开挖变形研究

为了研究软岩隧道在全断面开挖方式下的变形规律,本文对实际软岩隧道的全断面开挖方式下的拱顶变形进行研究,通过现场隧道监控测量的实测数据,并在室内对所得数据进行数值模拟分析。根据现场监控量测实测可知,软岩隧道的拱顶竖向变形稳定大约需要监测断面距离掌子面2~3倍洞径以上,根据数值模拟结果可以发现,当掌子面超前监测断面3洞径以上时,监测断面的变形趋于稳定。且现场实际监测的拱顶下沉数据与数值模拟结果接近。又得出初支变形规律可以一定程度上代表围岩的变形,因此在隧道监测实际实施中,可以通过方便快捷的初支变形监测代替围岩变形监测。     

大断面隧道三台阶七步开挖法

<正>借鉴近几年大断面隧道施工的成功经验,规避传统施工方法的局限性,以加快隧道施工进度、保证隧道施工安全、提高施工质量为目的,提出了三台阶七步开挖法。本文阐述了施工的工艺流程、施工步骤、控制要点、劳动组织、机具设备等,突出大断面软岩隧道开挖施工的技术特点,并对此方法进行总结与完善。     

软岩大变形隧道的围岩级别判识方法及处治优化

对于山岭隧道软岩大变形地段,进行围岩级别判定对指导隧道安全施工有着极其重要的作用。利用TSP、地质雷达、瞬变电磁等综合探测方法对红岩寺隧道软岩地段进行围岩级别初步辨识,然后基于属性综合模型进行围岩级别数学方法二次评价。开挖后ZK20+839~ZK20+835段发生大变形,判断围岩级别为Ⅴ级,现场实际揭露情况与探测结果、二次评价结果吻合。基于数值模拟软件,从开挖断面、开挖方法、钢拱架、锚杆、注浆加固等方面进行参数优化。通过大变形段的补强监测,表明采用此方法处理隧道大变形效果良好。     

激光破岩温度应力数学模型的建立与实验研究

激光破岩是一种全新的破岩方法。现有对激光破岩数学模型的研究大多为传热学方面。在激光与岩石的作用过程中,其岩石内部温度应力能够使岩石形成裂缝,加速岩石的破碎。在调研现代激光破岩技术研究的基础上,通过传热学的基本理论和前人已经建立的激光破岩数值传热模型,根据弹性力学基本理论,建立了激光破岩的温度应力模型,得出激光与岩石作用时岩石内部裂缝形成的初始区域。并通过激光破岩实验,实际观察了激光破岩的物理现象,针对不同类型的岩石进行了中低能量激光破岩实验,研究了激光对不同种类的岩石作用时的作用机理,提出激光破岩机理会根据岩石的种类的不同而不同,而并不是一成不变的,并对其进行了分类阐述。     

预应力锚杆在隧道中夹岩加固中应用技术

本文以佛山市顺番一级公路大金山隧道为例,阐述小净距三车道公路隧道中央岩加固技术,通过预应力中空注浆锚杆对中夹岩进行预加固,并采取弱爆破开挖技术,确保了中夹岩的稳定,保证了安全施工。     

液态CO_2相变破岩桩井开挖技术

为研究液态CO_2相变破岩技术在硬岩桩井开挖中的可应用性,分析CO_2破岩原理,得出泄爆压力与释放能量、TNT当量的关系,进行CO_2破岩成井现场试验和振动监测。研究结果表明:适量的空孔可创造临空面,明显降低质点振动速度,增强破岩效果,但空孔过多会增加泄爆能量的耗散通道,弱化破岩效果或导致破岩失败;CO_2破岩振动波的持续时间短、衰减快、高频成分少,各分速度的主频带一般在100 Hz以下,主振频率集中在20 Hz左右;在半无限岩体中,CO_2破岩区域可分为压碎区和破裂区,压碎区直径为管径的3~4倍,破裂区直径为管径的10~15倍;CO_2破岩技术克服了传统炸药爆破的缺点,是一种高效的台阶破岩方法,还可有效应用于硬岩桩井开挖中,为类似工程岩体开挖提供了新思路。     

城市软岩隧道沉降风险性分析

随着城市群落的发展,交通路网逐渐向地下纵深.在城市地下隧道的施工中,准确掌握其地表的沉降量,有利于防止塌方的产生.针对地表点所在的施工断面,基于软岩隧道暗挖沉降机理,分析了隧道暗挖沉降的规律.合理科学地选取预测数据点,利用回归分析的方法,构建了软岩隧道沉降对数预测模型,突破了以往"一刀切"的地表沉降预测模型.在长株潭城际铁路隧道进行工程实践应用.结果表明模型的预测结果与实际相符合,为预测软岩隧道沉降提供了技术措施.     

基于点云的TBM隧道成型质量检测方法及应用

以硬岩隧道掘进机(TBM)隧道围岩为研究对象,应用三维激光扫描技术检测TBM隧道成型质量,提出了基于三维激光扫描技术的TBM隧道成型质量自动检测方法.将车载云台和二维激光扫描仪组成的三维扫描装置安装在TBM主梁上,车载云台带着二维扫描仪朝刀盘方向快速旋转90°,通过旋转编码器将扫描仪的二维点云实时转换成隧道的三维点云,对点云进行隧道轴线计算、滤波、截取等预处理,通过截面提取与三次分段Hermite插值曲线拟合的方法计算围岩的剥落与塌方.提出了隧道成型质量参数并依据其判断隧道成型质量,结合TBM隧道工程实例进行分析,验证TBM隧道成型质量检测方法的可行性.采用本方法可实现在TBM施工过程中隧道成型质量同步进行检测,形成数字化测量体系.     

热力射流温度场及温度应力数值模拟研究

热力射流破岩技术是指利用高温介质诸如超临界水对岩石进行快速局部加热达到破碎岩石的目的。由于岩石基质热导率很低，因此会在岩石表面形成温度应力。当温度应力超过岩石的强度，会在岩石内部形成微裂缝，且裂缝不断扩展最终使得岩石表面发生热裂解，热裂解作用导致岩石表面从本体脱落从而使得岩石破碎。基于热-固耦合理论建立了热裂解钻井模型，利用Crank-Nicolson差分方法求解得到了热裂解过程中井底岩石温度场和温度应力的分布规律。结果表明，在热裂解钻井过程中，岩石受热部分温度迅速升高，在径向和轴向方向上产生温度梯度；受热部分体积膨胀在径向方向上受到压应力作用，在轴向方向上发生屈曲，受到剪应力作用。研究成果对热裂解钻井的现场应用具有十分重要的指导意义。     

煤巷锚带网及工字钢加强支护技术研究与运用

煤柱高应力区及复合顶板、天然焦火成岩顶板巷道,采用锚网梁支护可以增大巷道使用断面,并且采用主动力,增加巷道围岩强度,减少巷道变形量,减少巷道修护工程量。但是锚网梁支护的效果隐避性大,当巷道围岩塑性圈超出锚杆锚固区（或锚固区附近存在节理面）时,锚网梁的支护效果显著降低,巷道极易发生大面积冒顶事故。采用锚网梁支护配合架连锁棚复合支护,可有效控制巷道围岩变形,预防锚网支护巷道发生大面积冒顶事故,减少巷道修护量,提高锚网梁支护巷道的安全性,提高掘进单进水平。为安全施工可借鉴推广。     

激光技术在表界面性能检测与调控中的应用

利用激光技术对表界面性能进行检测与调控，可极大提升薄膜界面结合性能，保证薄膜的质量。阐述了国内和国际上对激光技术在表界面性能检测与调控中应用的最新研究动态，重点论述了激光层裂技术、激光划痕技术、激光调控技术以及这些技术在表界面性能应用中的优缺点及遇到的主要问题。在此基础上指出进一步扩大激光技术在表界面性能检测和调控中的应用将是薄膜制作和发展的一个重大趋势，必将成为国内和国际研究的热点问题。     

不同近接度下新建盾构施工对既有钻爆隧洞稳定性的影响

软岩地区新建盾构隧洞近接既有钻爆法隧洞时会产生大变形等特征，需确定两隧洞的合理净距。通过数值模拟与现场监测，研究了不同近接度下新建盾构隧洞施工对既有钻爆法隧洞稳定性的影响。结果表明：通过对比锚杆应力数值模拟与现场监测结果验证了模型的合理性；受盾构隧洞开挖的影响，钻爆法隧洞整体向左下沉，净距越小影响越显著，且隧洞两侧衬砌结构受力不均匀，近接盾构侧衬砌以受压为主，另一侧以受拉为主。随着净距的减小，近接区域塑性区逐渐贯通，近接侧的拱肩和拱脚处出现新的剪切破坏；建议最小净距大于10m，在小于10m的汇交段应加强支护以减小后行隧洞对先行隧洞的影响。研究结果对近接隧洞施工具有一定指导意义。     

黑河引水工程0号隧洞软岩支护及快速施工

介绍了在黑河引水工程０号隧洞采用激光束导向量测、上导硐超前掘进、耙斗机上下装岩、水泥卷封孔爆破、双快硬锚喷支护、多工序平行作业、条带跳槽衬砌的方案进行软岩支护和快速施工的技术成果。     

涡轮钻井技术的新进展

随着钻井工艺的发展和钻头技术的进步 ,涡轮钻具在配合新型金刚石钻头、高速牙轮钻头钻井以及在定向井、水平井、大斜度井钻井领域的应用效果显著。论述了涡轮钻井的最新技术成果 ,概括了近年来涡轮钻具的发展特点 ;提出了涡轮钻具在性能和结构上的改进措施 ,以提高钻具的寿命 ,并使其能满足不同类型钻头和不同钻井工艺的要求。同时对我国涡轮钻井技术的应用现状进行了分析 ,提出应在低压降、大扭矩、能满足不同使用要求的新型涡轮钻具、提高钻具寿命 ,改善钻井条件 ,完善钻井工艺等方面加强研究。     

基于蚁群算法的运动时间优化算法研究

液压凿岩台车在现代隧道掘进施工中发挥了重要作用,现有液压凿岩台车在进行寻找孔位时,由操作人员完成,找孔顺序、找孔时间无优化,导致寻找孔位时间浪费,效率低.针对上述问题,对长臂多关节智能凿岩机面向超大隧道断面与复杂孔系的多节变运动与寻孔路径的时间进行优化,创新研究如下:通过对凿岩隧道形式、开挖方式分析和炮眼参数的设定,对左右两机械臂钻孔任务提出无碰规划方案,同时以多关节机械臂各个关节变量的总变化时间作为优化目标函数,采用蚁群算法优化目标函数,得到寻找孔位时间最短的优化寻找孔位路径,提高了液压凿岩台车机械臂的定位找孔效率.     

超短脉冲激光对岩石烧蚀量的研究

超短脉冲激光与岩石之间的相互作用是激光钻井破岩过程中的本质过程,该过程除了与岩石成分和岩石所处的外部环境有关外,还与激光入射条件有关。文中以红砂岩和大理岩作为研究对象,对激光入射频率和发次对烧蚀量的影响进行了初步研究。结果发现,烧蚀量与激光入射频率和发次有很大关系。此外,浸水后的烧蚀量明显大于干燥状态下的烧蚀量。