基于TBM掘进大数据和特征参数的引水隧洞塌方分析

针对TBM掘进过程中缺乏对围岩质量和塌方风险快捷、精准的预测预警方法,通过对TBM掘进大数据的深入挖掘,结合对实际工程塌方数据的剖析,提出潜在塌方风险的辅助判断依据。首先,对冗杂、连续的原始采集数据进行预处理,获取高质量的分析数据;然后,基于参数的相关性分析提出围岩特征参数的计算方法,并围绕特征参数的合理性和适用性,通过理论推导、室内试验和现场原位掘进试验进行论证;最后,结合实际的TBM塌方案例分析特征参数与围岩地质情况的相关性,提出塌方风险快速判断依据。结果表明:基于TBM掘进数据获取的围岩特征参数在一定程度上反映了围岩质量,其数值与围岩质量正相关,当其数值显著降低、变幅超过69.2%时,当前的掘进循环极大可能存在塌方风险。

不同工况下的TBM掘进性能预测方法

隧道掘进机(Tunnel Boring Machine,TBM)的掘进速度经常被用于掘进性能评价和工期成本预测,但大多数掘进速度预测模型是基于单一特定工程得出的,致使模型的普适性差。另外,在勘察规划阶段,预测工期时,刀盘转速的选择依赖人工经验,缺少理论指导。所以,研究了基于多个不同直径和不同围岩的TBM工程数据,统计分析了刀盘转速的分布规律及现场贯入度指数(Field Penetration Index,FPI)与地质参数和贯入度(Penetration,P)的相互关系。结果表明:FPI与地质参数和P显著相关。地质参数与掘进参数是影响掘进速度的主要因素。基于此,建立了FPI预测模型、P预测模型和刀盘转速选择的计算模型,进而得出了掘进速度预测模型。该模型的准确性和可靠性经新疆YE(YinEr)工程的现场验证分析,平均预测误差为15.15%,效果良好,能够为勘察规划阶段工期成本预测提供理论支撑。

基于模糊评价法的TBM选型决策模型研究

【目的】在进行TBM工法施工时,根据地层条件和隧道设计要求来选择合适的TBM类型非常重要。TBM选型不当会导致施工效率低下、应对施工风险困难和施工成本增加等问题,因此,构建一个TBM选型决策模型,在项目规划阶段提出选型指导意见非常有必要。【方法】结合AHP法和TOPSIS法,建立基于TBM选型适应性评价的决策模型,通过采用熵权法优化AHP法中的专家评分,提高了评分的可靠性。研究过程中选择了隧道设计参数、地质情况和不良地质等3类TBM选型适应性指标,如隧道平曲线半径、岩石强度、岩体完整性、岩爆、突涌水等。在文献调研和专家经验的基础上,构建了TBM选型适应性决策模型,并以新疆某水利工程为例验证模型的有效性。【结果】研究结果表明,该模型所做的选型决策与实际情况相符。【结论】研究成果可为项目规划阶段的TBM选型提供有益建议。

长距离供水工程空气罐和调压室联合水锤防护研究

针对长距离大流量高扬程泵站输水工程发生抽水断电时易产生负压破坏的特点,文中提出了一种组合空气罐联合调压室的停泵水锤防护方案,并基于特征线法建立了数学模型模拟该系统停泵水锤全过程。文中结合某实际输水工程,探究了多空气罐组合布置形式和调压室直径对水锤防护的影响规律,为类似工程的研究提供参考。

深埋TBM隧洞结构面对岩爆的作用机制研究

通过分析某深埋TBM隧洞应变-结构面滑移型岩爆的地质条件及微震活动特征,揭示了结构面对岩爆的作用机制。结果表明:结构面特征是决定岩爆作用机制的关键因素,不仅控制爆坑所在的边界和深度,其周围岩体也呈现明显的块状、片状特征;根据微震活动的时空演化特征可将该岩爆孕育过程划分为破裂萌生-结构面局部错动阶段、破裂缓慢孕育阶段、破裂快速孕育阶段、破裂贯通-结构面滑移阶段和破裂衰减阶段;应变-结构面滑移型岩爆的主要影响因素为岩体质量的变化和结构面的不利产状。本文研究成果不仅揭示了深埋TBM隧洞结构面对岩爆的作用机制,还可为应变-结构面滑移型岩爆的监测、预警和控制提供参考。

考虑稳定性条件的供水泵站流量调节计算

在供水工程中,水泵的运行优化越来越受到重视。为了在满足流量需求的前提下提高泵站运行寿命,根据工程实例,考虑在稳定性条件下的供水泵站流量调节计算。首先,在一工多变的工程需求下,采用PSO算法分析了利用调流阀控制提高泵站运行稳定性的可能性;其次,通过折引法对比计算了泵站在是否考虑稳定性约束条件时可调节流量区间的不同,为工程的安全稳定运行提供了科学依据。

全断面硬岩隧道掘进机岩体状态智能识别技术

全断面硬岩隧道掘进机在隧道施工领域应用广泛,如何快速对掌子面在掘岩体进行感知和识别成为行业研究热点。文章尝试2种方法开展研究:通过收集地质和施工大数据,建立岩机模型实时获取在掘岩体力学信息;基于机器视觉技术,对渣土进行图像分析,构建围岩等级模型。对2种方法进行了总结,并对下一步研究方向进行了讨论。

TBM窄刃刀与标准刀现场性能对比测试与分析

极硬岩条件下如何进行刀具选型,使TBM掘进速度和刀具消耗取得综合效益,是有待解决的具有争议性的问题。为此,依托新疆YE工程现场TBM实际掘进,在岩石单轴抗压强度为100~150 MPa的完整Ⅱ类凝灰岩条件下,对比测试刀盘主要区域窄刃刀和标准刀的掘进性能表现以及刀具消耗情况,探索降低滚刀刀圈刃宽,提升TBM贯入度和掘进速度的可行性与合理性。结果表明:1)使用窄刃刀破岩对贯入度和施工速度有着较为明显的提升,且随着围岩抗压强度的增加,窄刃刀对掘进速度的提升效果明显;2)与标准刀相比,窄刃刀消耗数量也有较大增加,但2种滚刀的失效形式占比情况大致相同,对TBM作业利用率影响极小;3)经综合成本估算,窄刃刀通过提升施工速度节省的成本远高于刀具消耗增加的成本。

关于加强水利工程质量监督队伍建设方法的探讨

本文阐述了水利工程质量监督工作存在的问题,提出了加强水利工程质量监督工作的建议。

大体积混凝土模板的材料选用和配置方法研究

水工中的大体积混凝土施工,支设模板是一道很重要的工序。而大模板又具有安装和拆除方便、尺寸准确、板面平整及周转使用次数多等特点。本文对水利工程中大体积混凝土模板材料的选取和配置的方法进行了初步的探讨,可供设计人员和施工人员参考。

土石坝渗流发展研究进展

渗流和渗透控制是土石坝工程中的一项极其重要的课题,参考大量文献资料,对土石坝渗流发展现状进行阐述。主要论述我国土石坝渗流发展现状及渗流控制理论的现代水平。最终,从渗流的研究理论方向,软件开发等各方面论述对我国土石坝渗流研究方向进行展望。

沥青混凝土室内复核试验数据分析

为了保证新疆克孜加尔水利枢纽大坝工程碾压式沥青混凝土心墙的施工质量,满足防渗设计要求,克孜加尔工地试验室对西安理工大学所推荐的沥青混凝土配合比进行了室内复核试验,验证其密度、孔隙率、马歇尔稳定度和马歇尔流值是否满足招标文件及施工规范要求,探讨试验关键技术。

沥青混凝土矿质混合料的合成级配

为了保证新疆某水利枢纽大坝工程碾压式沥青混凝土心墙的施工质量,满足防渗设计要求,工地试验室对西安理工大学所推荐的沥青混凝土配合比进行了室内复核试验,对矿质混合料合成级配进行了分析、研究。

北疆侏罗系与白垩系泥质砂岩物理力学特性对比分析及其能量损伤演化机制研究

特殊的地理、气候条件及工程地质的复杂性决定了在北疆地区软岩地层中修建引水隧洞的设计施工难度较大。隧洞成拱效应与围岩自稳能力差,围岩渗透性强,遇水软化特性显著,极易产生软岩大变形甚至坍塌失稳灾害。为进一步研究北疆地区侏罗系与白垩系泥质砂岩的物理力学性质、遇水软化特性与能量损伤演化机制,开展了二者的单轴压缩、常规三轴与单轴蠕变试验。研究结果表明:两种岩石均富含黏土矿物,白垩系泥质砂岩的粒径分配更好,但其胶结程度较差,导致其强度稳定性与地层波速相对较低。低围压条件下,两者均以环向变形与体积扩容为主,但随着围压升高,其破坏模式由体积扩张过渡到体积压缩类型。高围压加载会造成岩石内部损伤,从而导致其抗压强度的降低。遇水后,两种岩石的延塑性与应变软化特性均明显增强,白垩系泥质砂岩的遇水软化特性更为显著。白垩系泥质砂岩的蠕变特性更为显著,两者的长期强度接近其单轴压缩损伤应力值。两种泥质砂岩的能量损伤演化过程均呈现S型变化规律,侏罗系泥质砂岩的能量硬化特性更为显著,白垩系泥质砂岩会更早地进入到能量硬化与能量软化阶段。

寒冷环境下国内大坝混凝土的保温抗冰技术现状

大体积混凝土大坝施工时内外大温差会造成混凝土的开裂,寒冷环境下大坝运行时冰的冻融过程会对混凝土造成胀裂破坏,因此寒冷环境下混凝土大坝浇筑时必须采取临时保温措施,大坝运行时必须采取永久保温措施。大坝上游面与冰层接触部位水结冰过程中的推力、剪切力和拉拔力会破坏保温材料,所以大坝上游面必须采取抗冰措施。从保温材料种类、抗冰技术、应用案例和调研结果等方面回顾了寒冷环境下国内混凝土大坝的保温和抗冰技术的现状,目前主要采用泡沫塑料作为临时保温材料,采用聚苯板和聚氨酯泡沫作为大坝永久保温材料,采用在保温材料表面涂布涂料或砂浆的方式以及采用抗冰装置的方式抵抗冰的破坏。抗冰技术尚处于起步阶段,最后提出了目前大坝保温抗冰技术存在的问题和需要继续研究的内容。

高性能锂渣混凝土的试验研究

通过理论分析和实验,研究了锂渣掺量对混凝土性能的影响。结果表明,锂渣能提高混凝土的强度,运用锂渣等量代替一部分水泥(42.5R普通硅酸盐水泥)配制出28d抗压强度为80MPa以上,90d抗压达100MPa以上的高性能混凝土,抗裂能力明显增强,锂渣单掺配制的混凝土能经受300次冻融循环而不破坏。研究的结论提升了锂渣的价值,为锂渣的应用提供有效途径,有助于制备高性能混凝土。

常规温度条件下沥青混凝土心墙层间结合质量研究

在某水利枢纽工程大坝沥青混凝土心墙摊铺过程中,由于受环境温度,工作面风速,摊铺速度等因素影响,沥青混凝土心墙层间结合温度损失过快,表面温度很难保持《水工碾压式沥青混凝土施工规范》(DL/T 5363—2006)规定的70℃以上。在此情况下,检验层间结合质量是否符合设计要求很有必要。为此,进行了有关试验研究,且经现场检验表明:在室外常温情况下,沥青混凝土心墙层间结合面温度降至常规温度40℃,不需人为加温,结合面施工质量亦符合设计要求。

适应高寒坝面防护脲基聚合物研究及工程应用

高寒地区气候变化复杂,对混凝土大坝的施工和运行极为不利,特别是在极端温度运行水、冰拔荷载的作用下,极易产生开裂渗漏、冻胀、损伤等破坏,表面防护是目前解决这一问题的有效手段。针对上述问题,为提高大坝结构耐久性及安全性,研究了适应高寒环境的脲基聚合物表面防护材料体系,包括SPUA-SKJ-Ⅱ脲基聚合物涂层材料、SKJ-001和SKJ-002水工专用底漆材料、SKJ-OS抗冰拔材料等。室内试验及现场实践的结果表明,研发的脲基聚合物体系在复杂的施工环境下粘接性能均大于2.5 MPa,能够适应低温、潮湿、灰尘等恶劣的水利工程施工环境,解决了传统防渗材料对基面及施工环境要求高的问题;体系材料具有抗拉强度高、裂缝追随性强、防渗抗冻融效果好、耐老化、施工工艺简单等优点。该表面防护体系技术在高寒高纬度地区黑龙江奋斗水库的应用,弱化了施工期温控及保温措施,降低了施工成本,经3 a运行效果良好,为类似工程提供成功案例。

油石比和骨料级配对透水沥青混合料性能的影响

为提高透水沥青混合料性能,文中在C_(9)石油树脂/SBS复合改性沥青基础上研究油石比和骨料级配对透水沥青混合料性能的影响。结果表明,随油石比增大,透水系数逐渐减小,抗压强度呈现先减少后增大的趋势。随着大粒径粗颗粒骨料含量的增多,透水系数逐渐增大,抗压强度逐渐降低。油石比为4.4%~4.8%,骨料级配为填料4%、细集料10.5%~13%、5~10 mm粗骨料51.5%~53%和10~15 mm粗骨料30%~34%时,可获得足够大的透水系数和足够高的抗压强度。

蠕变影响下白垩系泥岩隧洞衬砌力学特性分析

为探究白垩系泥岩蠕变特性及其对隧洞衬砌结构的长期影响,以北疆某水工隧洞为工程依托进行研究。利用试验结果对Cvisc模型的主要参数进行反演,并结合数值分析,结果表明:白垩系泥岩流变特性显著,对衬砌与围岩的接触力、变形、应力均有明显影响,泥岩蠕变效应随时间增强。在隧洞设计和施工中,必须充分考虑泥岩蠕变效应,采取针对性措施。研究成果为泥质砂岩隧洞长期稳定性评价提供了重要借鉴和指导。