中国盾构隧道工程关键技术的新进展综述

从研究背景与思路、机制/原理、材料/装备、技术论证、试验研究、工程应用等方面介绍中国大直径盾构掘进主轴承事故分析及国产主轴承的自主研发、盾构隧道工程安全高效掘进渣土适配性改良技术及配套材料、盾尾安全保障核心材料研发、盾构隧道新型管片连接技术、城市隧道三模掘进机关键技术等5个方面关键技术的最新进展情况。认为:1)自主研制的超大型盾构机用直径8.01 m主轴承大型套圈纯净度、大型滚子纯净度、大型套圈疲劳性能、大型滚子硬度均匀性、套圈材料淬透性和淬硬层深度、保持架焊缝疲劳寿命和拉断力均优于进口水平;构建了真实对数曲线大型滚子设计方法,突破了高精度大型滚子加工技术,处于国际先进水平,高精度加工和装配保证了零件尺寸精度及形位公差均满足设计要求;通过产品验收、装机应用论证和工程应用,表明应用该大直径主轴承不会产生接触疲劳强度不足和微动引起的疲劳磨损,可用于超大直径盾构隧道工程建设。2)针对黏性、富水砂性和硬岩等复杂地层,以改善岩土环境为核心,研发出了高配向密度的聚合型泡沫剂、高分子抗黏剂、喷涌防止剂和耐磨抑尘剂等环保型系列渣土改良剂,形成了盾构泥饼、喷涌和磨损原位改良主动防控技术,建立了通用地层适配性盾构渣土动态改良技术体系,保障了盾构安全高效掘进。3)针对盾构掘进过程中的盾尾密封失效难题,研发了“黏-稠-流”有机统一的新型盾尾密封油脂,温度敏感性低(黏温系数0.4)、抗水压能力强(最高抗水压3.5 MPa),整体性能提高1.3倍,为盾尾安全提供了有力保障;针对盾构同步注浆浆液泌水、离析和地层沉降难题,研发出了同步注浆充填剂,优化了惰性充填浆液配比,30 min零泌水,实现了壁后惰性充填,保障了管片壁后注浆质量和地层沉降精细化控制。4)新型管片连接技术采用环缝插入+纵缝滑入的连接形式,可以高标准地控制隧道接缝张开量和错台量,管片制作及拼装精度高,可降低接缝防水难度,提升成型隧道的质量,无需设置手孔,无需人工紧固作业,自动化程度高,施工效率高,可节约施工成本及改善洞内拼装作业环境。5)研制出的土压+泥水+TBM三模掘进机能够满足复杂多变、软硬不均复合地层等几乎所有地层的掘进施工,且可在不停机、不拆装设备的前提下实现掘进模式的快速转换,在TBM掘进模式下螺旋输送机+泥浆管道可协同排渣,解决了富水硬岩地层掘进排渣难的问题,机械化和智能化程度高,安全可靠,施工效率高,可改善工人作业环境,节省工期和成本。中国盾构隧道建设取得的巨大成就,推动了中国乃至世界盾构隧道技术的发展和进步,但仍时有安全事故发生,需从装备、材料、技术、管理等方面进一步研究和突破。在今后较长的时间内,中国盾构隧道(尤其是大直径盾构隧道)仍将处于高速建设发展期,面临的建设条件将越来越复杂,技术难度和挑战也将越来越大。要实现盾构隧道建设的快速、安全、健康,需处理好盾构隧道技术领域的关键问题,实现盾构隧道关键核心技术的突破。上述关键技术仍需不断完善并加强推广和应用,以促进中国盾构隧道建设向高适应性、高智能、高可靠性、高效益、高质量、高安全性和低能耗方向发展,形成适合于中国“土壤”的盾构隧道新技术。

喷膜防水衬砌在渗流场作用下的力学性能研究

喷膜防水衬砌结构在防水膜黏结作用和渗流场作用下的衬砌受力变形规律不明,影响了喷膜防水衬砌结构的使用与推广。为解决该问题,以某高速车行横洞为研究对象,首先,结合试验测得的界面法向、切向参数,采用FLAC3D有限差分软件内置的界面单元模拟不同防水衬砌结构的防水层形式;然后,通过内置的渗流模式赋予围岩渗流场与衬砌渗透属性;最后,对不同衬砌结构的力学性能和界面特性进行对比分析,模拟得到不同渗流场作用下的喷膜防水衬砌力学性能。研究结果表明:1)防水层对衬砌受力的影响显著,防水膜结构可以提高衬砌混凝土的协同受力能力,但也导致衬砌背后水压聚集;且在长期围岩荷载和高水压作用下,防水层对衬砌受力的影响更显著。2)高水压条件下喷膜防水衬砌与传统复合式衬砌的结构受力不同,应关注喷膜防水衬砌内力与安全系数变化。3)为了在保证隧道运营安全的条件下提高经济性,建议对可能出现高水压力的施工段采取排水设计和衬砌结构优化等措施。

辅助登高装置在220

变压器套管一次桩头引线拆除是变压器检修、试验工作中的常见环节。对于室外变压器,检修人员通常可使用斗臂车、蜘蛛车等进行套管一次引线拆除工作。但由于场地因素的限制,现有的登高装置通常难以辅助检修人员在室内环境进行套管一次引线拆搭工作。因此,文章设计了一种利用变压器套管升高座上下法兰进行固定的辅助登高装置。研究表明,该装置拥有安全性高、便携、易安装等优点,在确保检修人员的安全的同时,可大幅加快检修速度。

土压平衡盾构螺旋输送机渣土运移及参数影响

为了更切实际的研究土压平衡盾构中螺旋输送机在稳定开挖面、排渣等方面的作用,在已有螺旋输送机渣土输送理论模型的基础上,考虑了螺旋输送机实际倾角及内部渣土体的重力,以及螺旋输送机中土体螺旋输送的实际工况,建立理论力学模型。通过土压平衡原理推导出螺旋输送机的土流量及土压梯度公式,并分析了它们与各参数之间的变化规律。除了考虑基本的机械参数和渣土性质参数外,还分析了不同性质土体对出渣效率的影响以及土流角对土流量和土压梯度的影响规律:土流量增长速率随着土流角增加呈先减小后增大的非线性趋势;土压梯度随着土流角增加呈三角函数式增长。为实际工程中合理设计、选型、评价土压平衡盾构螺旋输送机提供一定的理论基础和工程借鉴。

高水压隧道盾构管片不同拼装方式力学性能分析

水下隧道修建时,盾构管片承受着巨大水土压力,设计施工面临着重大技术难题。为此,针对江苏江阴长江水下隧道最大水压断面,分别使用修正惯用法与梁-弹簧法建立管片衬砌模型,通过调整封顶块位置与错缝角度研究了高水压下不同拼装方式对管片力学性能的影响。结果表明:修正惯用法计算结果变化平滑,而梁-弹簧法计算结果分布趋势则受接头影响,在接头位置会产生较大突变;管片力学性能受封顶块位置与错缝角度影响较大,随着错缝角度的增加,管片最大轴力、最大弯矩与最大位移以标准块圆心角度数为周期,呈周期性变化。施工过程中,为了防止产生较大位移,应尽量避免前后环管片接缝重合。研究结果可为高水压盾构隧道管片的拼装方式设计提供参考。

外周血CD40、CD40L表达及血清BAFF水平对ITP患者疗效的预测价值

目的探讨外周血CD40、CD40L表达及血清BAFF水平对ITP患者疗效的预测价值。方法选择本院接治的ITP患者80例(观察组)及同期健康体检患者100例(对照组)进行研究。两组均行外周血CD40、CD40L表达及血清BAFF水平检测,根据疗效判断结果将观察组患者分为治疗反应组及治疗无反应组。对比2组外周血CD40、CD40L表达及血清BAFF水平,并对不同疗效患者外周血CD40、CD40L表达及血清BAFF水平进行对比。结果观察组外周血CD40、CD40L表达及血清BAFF水平均明显高于对照组(P<0.05)。治疗无反应组患者患者外周血CD40、CD40L表达及血清BAFF水平均明显高于治疗反应组(P<0.05)。ITP患者外周血CD40、CD40L表达及血清BAFF水平均与疗效呈显著负相关(r<0,P<0.05)。ROC曲线分析结果显示外周血CD40、CD40L及BAFF对ITP疗效预测价值较高(均AUC>0.7,P<0.05)。结论ITP患者外周血CD40、CD40L对ITP患者疗效具有较高的预测价值。

富水砂性地层盾构渣土改良试验与喷涌防治技术

为解决土压平衡盾构穿越富水砂性地层螺旋输送机喷涌、排渣不畅等难题,基于渣土改良剂的地层适应性规律研发新型化学改良剂并开展相关室内试验。试验结果表明:非离子聚合型泡沫剂可兼备发泡倍数与稳定性能,适当提高泡沫剂浓度c;能够增大发泡倍率FER和半衰期HT。当c;>5%时,由于达到临界胶束浓度,FER和HT趋于最大值。透射电镜TEM结果显示液态喷涌防止剂为链状结构,通过高分子聚合物长链对细粒土吸附包裹达到喷涌防治的目的。改良土试验结果表明:改良后砂性土的坍落度随泡沫掺入比FIR和喷涌防止剂掺入比PIR的提高而增大,随膨润土掺入比BIR的提高而减小。喷涌防止剂对土体渗透性的降低作用最为明显,当FIR=40%,BIR=20%,PIR=20%时,改良土常水头条件下的渗透系数较原状土降低3个数量级。通过三维数字显微系统对不同改良土的细观结构观察分析,泡沫的形态随时间推移由球形变为多边形,膨润土提供黏粒组分并减小粗粒土的孔隙,喷涌防止剂可将不同粒径的土颗粒与水分子连接团聚,提高改良土的止水性。另外结合工程案例,提出富水砂性地层喷涌防治工艺,保证了隧道的顺利贯通。

盾构下穿棚户区的风险辨识与控制对策研究

盾构施工过程中,如何安全平稳的下穿老旧棚户区一直是亟待解决的工程技术难点。通过对下穿老旧棚户区施工运用了一种故障树风险分析方法,将控制地表沉降量作为风险分析的核心,逐层找出引起棚户区塌陷或损坏的风险源,提出了掌子面不稳、盾构偏航、盾构施工参数选取不当等需要重视和规避的风险基本事件,并对基本事件的概率大小进行了排序,选取风险概率最大的三个风险源,提出控制预防和处理的方案,实施规避措施。以提出的控制对策反馈到实际施工过程中,对控制老旧棚户区的地表沉降起到良好的积极作用,从而保护老旧棚户区的建筑结构稳定。

氦在方解石和文石中的扩散：基于第一性原理的研究（英文）

研究碳酸盐矿物中氦的扩散行为对理解地球脱气过程中的物理化学性质和动力过程具有重要意义。基于密度泛函理论研究了氦在方解石和文石矿物中的扩散机理,计算了氦在地表和地幔条件下的扩散路径、激活能(Ea)和频率因子(v)。计算结果表明:氦在方解石中的扩散具有明显的各向异性,沿a(b)轴方向的扩散更快;文石呈现中等的各向异性,沿c轴的扩散速率低于a轴。在高压条件下,文石的激活能随压力的增大而增大。方解石晶体在[010]方向的封闭温度为–54~–25℃,沿[100]方向的封闭温度为–12~23℃。在地表条件下,氦在文石中的滞留能力比在方解石中强,与以往的实验研究结果一致。

富水地层盾构隧道同步注浆惰性充填材料配比与试验研究

为解决富水地层盾构同步注浆普通单液浆存在的易冲散、留存率低、凝结时间长、输送离析堵管等问题,依托长春地铁2号线西延线盾构隧道工程,开展富水地层盾构隧道同步注浆惰性充填材料配比与试验研究。为兼顾同步注浆管片壁后的高充填与浆液在管道中的高流动要求,选择低水泥、高骨料的惰性浆液,并研发一种同步注浆专用充填剂,能够有效减小浆液泌水和离析并加快凝结速度,提高壁后充填强度。试验结果表明,浆液泌水率随充填剂掺量TIR的提高呈现先减小后增大的变化规律,1h后泌水率曲线全部位于泌水合理区IV区的浆液满足工程要求。TIR=1.2%为最优掺入比,TIR过大会增加泌水,同时浆液流动性、凝结速度及早期强度也会得到一定的减弱。通过BC1201E型三维数字视频显微系统对不同龄期的试块进行细观分析,结果表明充填剂可提高浆液的均匀性,减小表面细小孔隙,更有利于管片壁后充填。另外新配比浆液保证现场工程盾构顺利通过风险源地段,最大地表沉降最终控制在12mm以内。

玄武岩相似材料配制及其物理力学参数研究

近年来,以白鹤滩水电站为代表,中国工程建设中多次遭遇柱状节理玄武岩这类特殊岩体。在开展地质力学模型试验时,对于柱状节理玄武岩不仅要着重考虑节理面的相关物理力学性质,玄武岩柱体本身相似材料的研究也十分重要。在总结前人经验的基础上,以α-半水石膏、重晶石粉、石英砂和水为原料设计了正交试验,对不同配比条件下相似材料的物理力学参数进行了测定并开展了敏感性分析。试验结果表明:相似材料的密度受胶骨比影响最为显著,并与胶骨比呈负相关;单轴抗压强度、弹性模量和抗拉强度对水胶比最为敏感,且均在低水胶比条件下各项指标有较大值;各因素与泊松比、凝聚力和内摩擦角存在一定的关系,但在置信度95%时,各因素对其影响均不显著。所制备的相似材料在各组份配比不同的条件下具有较广的指标变化范围,为开展不同柱状节理玄武岩地质力学模型试验奠定了基础。

国产超低损耗光纤在超长距离通信系统中的应用

随着全球IP流量的急速增长以及宽带互联网技术的不断进步,传输容量需求急剧增长,通信网规模不断扩大,特别是400G技术的兴起对超长距大容量高速率传输系统提出了更高的要求。目前国内厂家在超低损耗新型光纤方面(超低损耗G.652和G.654.E)取得了关键性突破,并在成缆测试以及实际链路中充分验证了其在超长跨距传输网络建设方面具有广阔的应用前景。

开放式露头资料系统中权限控制模块的设计与实现

为了实现Web环境下露头资料信息的共建共享机制,一套完备的用户权限控制模块必不可少。在经典RBAC(Role-based Access Control)模型基础上扩展一种考虑内容保密级别的权限控制模型,文章详细描述了该模块的功能设计和数据库设计,并在ASP.NET MVC框架下完成开发。开放式露头资料信息系统的用户权限控制模块的实现,可为同类互联网信息系统中的权限控制提供通用的解决方案。

装配式钢-混凝土组合结构抗剪性能试验研究

为研究一种新型的预制混凝土板与型钢组合的装配式钢-混凝土组合结构的抗剪性能,开展了4组12个试件(3个整体式现浇钢-混凝土组合结构试件,9个装配式钢-混凝土组合结构试件)的推出试验,分析了该组合结构的破坏形态、荷载-滑移曲线及极限受剪承载力。结果表明,整体式现浇钢-混凝土组合结构试件的破坏形态为栓钉剪断;而装配式钢-混凝土组合结构试件表现为局部的栓钉剪断和混凝土剪切破坏,装配式现浇钢-混凝土组合结构试件极限滑移较整体式现浇钢-混凝土组合结构试件增加1倍,延性得到明显改善;装配式钢-混凝土组合结构试件极限受剪承载力约为整体式现浇钢-混凝土组合结构试件的80%,并满足规范要求;新旧混凝土结合面进行粗糙处理后,装配式钢-混凝土组合结构试件极限受剪承载力提高5%,抗剪钢筋直径由14mm增加为20mm时,装配式钢-混组合结构试件极限受剪承载力提高10%。

动车组行车关键配件全生命周期管理效果分析

以上海动车段为例,应用流程法与失效函数法,归纳提出了基于二维码的动车组行车关键配件全生命周期管理特征,研究基于二维码的动车组行车关键配件的安全监测效果,对提高动车组行车关键配件管理质量和管理效率提供决策支持。

短期他汀类药物强化治疗老年急性冠脉综合征的调脂效果及其对肝肾功能的影响

目的探讨短期阿托伐他汀强化治疗老年急性冠脉综合征(ACS)的调脂效果及对肝肾功能的影响。方法选取2016年1月~2018年2月唐山市第二人民医院收治的126例老年ACS患者,随机均分为对照组和观察组。对照组在常规药物治疗基础上给予20 mg阿托伐他汀口服,观察组在常规药物治疗基础上给予40 mg阿托伐他汀口服。服药时间均为1个月。比较治疗前后两组血脂水平、肝肾功能。结果治疗后,两组血脂指标[甘油三酯(TG)、总胆固醇(TC)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)]显著低于治疗前,高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)显著高于治疗前(P<0.05);与对照组相比,观察组TG、TC、LDL-C明显降低、HDL-C明显升高(P<0.05);两组肝功能指标[谷氨酸氨基转移酶(ALT)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)]显著高于治疗前(P<0.05),但组间比较差异无统计学意义(P>0.05);与对照组相比,观察组的肾功能指标血肌酐(Scr)明显降低、肾小球滤过率(eGFR)明显升高(P<0.05),心肌功能指标肌酸激酶(CK)明显降低(P<0.05),炎症指标C反应蛋白(CRP)明显降低(P<0.05)。结论短期强化剂量阿托伐他汀治疗老年ACS临床效果显著,可降低血脂水平,还可保护心肝肾功能,减轻炎症损伤。

TBM绿色施工耐磨抑尘系统研发与应用

为了更好地指导TBM施工,降低TBM掘进过程中粉尘浓度,提高刀具使用寿命,研发了一套TBM耐磨抑尘系统,并提出对应的设备改装方法。同时,介绍了耐磨抑尘剂作用机理,通过注入耐磨抑尘剂能够有效地提高施工进度,降低成本,达到绿色施工要求。

内衬式地下洞室群氢能存储隆起破坏机制分析

内衬式地下洞室群的隆起破坏机制分析对于提高氢气存储容量和储库安全性具有重要意义。基于HoekBrown强度准则和极限分析上限方法,推导分层岩体中内衬式地下洞室群的隆起破坏线函数,建立极限内压(Pu)的表达式,将理论分析结果与有限元软件计算结果进行对比分析,并在此基础上探讨洞室群形状/布局参数对Pu和隆起破坏线的影响规律。结果表明:Pu理论解与数值解的误差范围处于1.57%~2.20%范围,且隆起破坏范围基本一致;Pu与附加荷载和洞室间距成正比,与洞室半径成反比,且对附加荷载的敏感性最高,半径次之,对洞室间距的敏感性最低;分层界面处各隆起破坏线间的水平距离与盖层厚度成正比;地面处水平隆起破坏范围间的差距与盖层厚度成正比;在内衬式洞室群库址选择时,可将土体黏聚力和内摩擦力作为安全储备,并综合考虑洞室半径对Pu和氢气容量的影响,同时根据隆起破坏范围规避地质构造缺陷区域。研究成果对于分层岩体中内衬式地下洞室群氢能存储库址选择、洞形设计具有指导意义。

废弃油气藏气体能源存储过程中不同浸润界面类型的断层活化试验研究

通过开展干燥、湿润和原油3种类型岩石结构面卸载诱发滑移的三轴力学试验,探究界面类型对岩石结构面活化过程的影响机制,揭示活化过程中结构面微观特征和宏观特性之间的内在关系。试验结果表明,岩石结构面的活化分为3阶段:稳定阶段、活化阶段和动态滑移失稳阶段。岩石结构面剪断剥落的岩屑随剪切滑动而产生层理状积聚,滑动面边缘损伤程度大于滑动面内部损伤程度。干燥界面试样试验后结构面的JRC降低了62%,大于湿润界面(33.6%)和原油界面(30.5%)试样。在干燥界面状态下,结构面上的微凸体自锁能力强,稳滑时的平均速率较低(0.13μm/s),黏滑时表面微凸体以脆性破坏为主,具有突发性,平均滑移速率为9.7μm/s,是稳滑时平均速率的74倍;在湿润界面状态下,水的存在促进了黏滑,黏滑时表面微凸体以延性破坏为主,速率的迁跃具有明显的爬坡和回落特征,剪切滑移期间产生的岩屑和水混合,增大了岩石上下表面接触面积,提高了分子间吸附力,强化了岩石结构面的摩擦强度;在原油界面状态下,岩石表面会附着一层胶质原油层,作为延性断层泥充填了岩石结构面上的凹凸空间,劣化了表面微凸体的硬度,降低了岩石结构面的摩擦强度。原油条件下结构面摩擦强化效果弱,自锁能力差,容易发生动态滑动。界面类型控制着摩擦因数增长幅度和动态滑移的起始速率,干燥、湿润和原油类型的岩石结构面在活化期间摩擦因数分别增长了5%,11.2%和0.7%,动态滑移的起始速率分别为1.1,0.27和0.023 mm/s。研究结果可为评价油气藏不同界面类型结构面的断层不稳定性提供理论依据,并对深入了解注采扰动诱发断层活化具有重要意义。

卸载速率对卸载诱发页岩滑移行为影响的试验研究

为研究卸载速率对卸载诱发页岩滑移行为的影响,利用MTS815岩石力学试验系统对接近临界应力状态下的含节理页岩进行恒轴压分级卸围压的诱发滑移试验,卸载速率分别为0.01,0.1,1和10 MPa/min。试验结果表明:(1)锯切节理面在滑移试验后表面的微凸体平均高度出现降低且粗糙度变大。随着卸载速率的增加,试样的表面粗糙度系数(JRC)分别上升了22.68%,44.82%,38.49%和49.89%。(2)试样滑移速度随着围压卸载速率的增加而增加,且在相同卸载速率下试样的准静态滑移平均速度比蠕变滑移平均速度大2个数量级。蠕变滑移平均速度分别为4.87×10^(-6),2.52×10^(-5),3.99×10^(-4)和3.29×10^(-3)mm/s,相应的准静态滑移平均速度分别为7.39×10-4,5.98×10^(-3),2.8×10^(-2)和1.2×10^(-1)mm/s。(3)试样在0.1 MPa/min卸载速率下发生滑移时的围压卸载量最小且摩擦强化效果最弱。在0.01 MPa/min卸载速率下试样的摩擦强度在长期的蠕变滑移中得到强化,在动态滑移中表现出摩擦弱化特征。试样在1和10 MPa/min的卸载速率下在较短时间内发生滑移,且试样在动态滑移中表现出摩擦强化特征。(4)根据试验结果分析卸载速率在0.1~1 MPa/min之间存在临界值,当试样在临界卸载速率下发生滑移时,围压卸载量最小,使得节理面上积聚的应变能较小,能量在滑移释放时主要作用于微凸体以突破互锁效应,因此滑移释放的能量最小且产生最小的剪切位移,这对岩体工程的安全保障具有重要意义。