隧道围岩分级方法研究进展及“人工智能+”应用动态

目前,隧道围岩分级方法有评价围岩稳定性分级方法和评价围岩可挖性分级方法2类,分别对应钻爆法施工围岩分级方法和TBM法施工围岩分级方法。据此,围绕现阶段2类方法研究进展予以分别阐述。首先,针对钻爆法施工围岩分级方法,介绍其发展现状和常用分级方法适用条件,并提出3条后续发展建议:1)重视工程因素对围岩分级劣化的定量表征;2)积极探索围岩亚级精细化分级方法;3)推进围岩分级方法集成化体系构建。然后,针对服务于围岩可挖性的TBM法施工围岩分级,梳理基于围岩可挖性及TBM施工适应性的常见围岩分级方法,并着重关注考虑关键地质因素、TBM掘进参数和渣料特征的TBM综合分级方法。其中,可挖性分级建议以TBM净掘进速度、岩体可挖性和现场贯入度指数等参数作为评价指标,而适应性分级则建议依据卡机风险、TBM利用率或施工速度进行评价。最后,介绍“人工智能+”在隧道工程围岩分级方法的应用动态,探索隧道围岩分级集成算法模型、智能化图像处理技术、云计算、智能决策等新方法及新技术在隧道工程围岩分级方法领域的最新应用动态,并提出“人工智能+”在隧道工程围岩分级领域的未来发展方向。

基于微震监测的钻爆法施工隧道围岩稳定性综合判断方法研究

为了对深埋钻爆法施工隧道围岩稳定状态或灾害进行综合解译与判断。首先,基于震源参数空间提出了微震事件分类和围岩损伤等级划分方法;其次,构建了多微震参数的时间序列,对比揭示了爆破施工期间围岩稳定、塌方和岩爆3种状态的微震特征;最终,提出了钻爆法施工深埋隧道围岩稳定性的综合判断方法。这套方法适用于深埋隧道爆破施工期间围岩稳定状态、塌方和岩爆灾害的判断,并在此基础上结合地质条件对灾害风险等级进行判定。研究结果表明:钻爆法施工期间围岩稳定、塌方和岩爆3种状态在震源参数空间和微震时间序列趋势中均有独特的特征及规律;围岩稳定阶段仅在爆破后短时间内出现强烈的应力调整;围岩稳定性异常阶段在爆破后微震事件长时间持续活跃且累积能量、累积事件数、累积视体积曲线快速增长,能量指数曲线快速下降。研究结果可为钻爆法施工深埋隧道围岩稳定性判断、灾害预警及防控方案提供重要参考,也可为其他相似的工程提供借鉴。

钻爆法隧道智能建造技术研究综述与展望

首先,概述智能建造的基本内涵,即采用新一代信息技术、人工智能技术和机器人技术,构建智能超前地质预报、智能围岩质量评价、智能设计、智能施工、工程智能管理的多系统协同控制的隧道建造新模式。其次,从智能超前地质预报、智能围岩质量评价(钻进参数、数字图像、三维激光扫描点云等)、智能设计(信息化和数字化支护参数设计、智能化生成式设计方法等)、智能施工(施工工法工艺、施工装备等)、智能建造协同管理平台5个方面总结钻爆法隧道智能建造技术的研究现状。最后,从以下方面对智能建造今后的发展前景和方向进行展望:需构建与钻爆法隧道智能建造相适应的智能算法和模型;探索智能建造条件下隧道围岩响应规律和支护力学特性;发展考虑时间效应的隧道围岩整体稳定性评价方法和支护体系一体化设计方法;研制自感知、自适应、自决策的谱系化、多功能智能装备;形成更为安全、高效、经济的隧道智能建造标准化工法工艺;开发覆盖面更广、功能更强大、智能化水平更高的协同管理平台。

软弱围岩隧道钻爆法机械化施工关键技术及装备

为实现软弱围岩大断面隧道钻爆法机械化施工,依托渝昆高速铁路(重庆—昆明)来福隧道,对凿岩钻孔与拱架安装施工工艺进行了研究。通过加长臂改造改进了凿岩台车,以适应软弱围岩条件下台阶法钻爆开挖隧道。通过增加托举装置的延长杆,改进了三臂拱架安装台车;结合“一长两短”的上台阶初期支护钢拱架设计方案,实现了拱顶初期支护钢铰接+三臂拱架安装的施工工艺。通过现场试验,采用改进后的凿岩台车施工,与传统人工手持风枪凿岩相比,两台阶与三台阶断面钻孔作业,施工效率分别提升89%、90%;采用改进后的拱架安装台车施工,与传统人工配合机械安装拱架相比,Ⅳ、Ⅴ级围岩段施工效率分别提升72%、81%。可见,采用改进后的凿岩台车和拱架安装台车机械化施工不仅可以提高施工效率,还可以降低施工风险。该套施工设备可在类似工程推广应用。

水封爆破在软弱围岩隧道台阶法开挖中的应用研究

软弱围岩隧道中采用钻爆法开挖,可形成光滑的开挖轮廓并减小爆破扰动,对提升隧道施工效率以及保证施工安全性至关重要。依托哈牡专线威虎山隧道,研究了水封爆破在软弱围岩隧道台阶法开挖中的应用,对比了常规爆破与水封爆破的超欠挖以及振动安全控制效果。研究结果表明,在软弱围岩隧道台阶法开挖中,采用水封爆破更有助于形成光滑的开挖轮廓,降低了爆破诱发振动;相比常规爆破,水封爆破更适用于软弱围岩隧道开挖。

爆破地震波作用下隧道围岩动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导了无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩动应力集中系数的表达式,结合具体算例,从理论上定量分析了围岩不同位置上爆破地震波主频和围岩物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明:隧道围岩迎爆侧的动应力集中系数整体上大于背爆侧,动应力集中系数峰值偏向于迎爆侧;在不同主频爆破地震波作用下,动应力集中系数的影响存在最大值;隧道围岩的弹性模量对动应力集中系数的影响较大,而泊松比对动应力集中系数的影响较小。

爆破地震波作用下既有圆形隧道衬砌动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导出无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩和衬砌动应力集中系数的表达式。结合具体算例,分析隧道不同位置上爆破地震波主频、隧道几何参数和隧道围岩和衬砌物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明,爆破地震波主振频率对隧道围岩和衬砌中的动应力集中系数(DSCF)影响较大,隧道不同位置和不同方向应力的动应力集中系数随主振频率的变化趋势不同,低主振频率引起的动应力集中系数较大,不利于隧道的抗爆破振动;隧道几何参数对隧道围岩和衬砌内侧切向应力动应力集中系数影响趋势不同;隧道衬砌弹性模量对隧道结构动应力集中系数影响较大,泊松比次之;泊松比较大的隧道围岩具有一定的抗爆破振动作用,但效果有限。

露天爆破对主运输平硐振动影响的模拟分析

目前 ,爆破动载荷模拟分析软件在国内外尚未见报道。南芬露天铁矿运输主平硐在生产中要经受长期大爆破振动的考验 ,需要进行长期爆破对平硐振动影响的评价 ,为此 ,应用突加载荷法来模拟爆破振动响应 ,模拟中采用位移等效原则来确定突加载荷的大小、作用时间和作用范围 ,通过大型岩体力学有限元分析软件FLAC计算 ,以进行岩体内的动态应力场的分析和巷道围岩稳定性的研究。工程实际数据检验 。

大型海底隧道钻爆法修建关键技术

针对海底隧道建设和运营中的突出问题,以工程安全和排水量控制为核心,对其关键技术进行了系统的研究和实践.限于通道两岸接线的条件,提出了"极限顶板厚度"的概念,使隧道纵断面位置的选择更加自如;基于精细化的地质勘察,提出了物探与钻探相结合,以钻探为主的超前探测方法;针对海底隧道施工对围岩稳定和堵水的双重要求,提出了"复合注浆"的新理念,并形成了相应的周边帷幕注浆技术;通过对地层变形及动态演化过程的研究,建立了施工扰动下海床安全状态与隧道围岩变形的量化关系,制定了保证隧道安全性的围岩变形控制标准;提出了隧道原始渗水量的分级方法,建立了基于排水量控制的围岩加固圈和支护结构设计方法,明确了初期支护的主承载作用,二次衬砌结构通常仅作为安全储备;针对海底隧道的高风险特点,建立了工程安全控制体系,形成了相应的管理基准和我国海底隧道钻爆法修建的技术模式.

爆破震动对巷道稳定性影响的模拟分析

为了研究采矿生产中爆破震动对巷道稳定性的影响,利用岩土工程有限元分析软件来模拟爆破振动效应。模拟中,在爆破区内的岩体表面施加作用时间很短的动载荷,通过有限单元法计算岩体内的动应力场和平硐表面产生的变形,采用位移等效原则来确定突加载荷的大小、作用时间和作用范围,从而确定岩体临界振动速度条件下的临界爆破药量。将此方法应用工程实例,证明是有效的。

基于强度折减动力分析法的围岩稳定性研究

为获得隧道爆破开挖后围岩的稳定性及临界失稳破坏形态,文章以兴泉铁路金井隧道为工程依托,采用强度折减动力分析法原理,结合特征点位移是否突变、塑性区是否贯通、计算是否收敛这三种动力失稳判据,对隧道掌子面围岩进行动力安全系数分析,研究在不同开挖方法、不同开挖进尺、不同围岩等级下爆破对隧道整体安全系数的影响。研究结果表明:全断面爆破开挖的安全系数约为上下台阶开挖的0.96倍;开挖进尺越小,整体安全系数越大;围岩等级越高,爆破开挖下隧道掌子面围岩的稳定性越好;隧道爆破后毛洞安全系数均大于1.30。为了使隧道爆破开挖后围岩更加安全稳定,可以选取上下台阶爆破方法和减小开挖进尺的手段。

钻爆法开挖隧道围岩变形特征研究

以宜万铁路榔坪3号隧道为研究对象,采用ANSYS三维有限元软件建立钻爆法开挖铁路隧道的三维有限元模型,对钻爆法开挖铁路隧道的施工过程进行数值模拟分析,研究并揭示了钻爆法开挖隧道推进过程中隧道围岩和初期支护的位移分布规律,并将研究成果与实际施工的监测数据进行对比。研究结论表明:钻爆法开挖条件下,初期支护的变形满足隧道设计规范的要求;数值模拟的方法可以合理的再现钻爆法施工的过程,得到较为真实的研究数据,可以为钻爆法开挖隧道的设计和施工提供理论支撑。

广昆铁路三棵树隧道光面爆破施工技术

成昆线广通至昆明段扩能改造工程三棵树隧道工程地质条件复杂,在岩石隧道掘进中普通爆破技术已不能满足施工要求,采用了光面爆破技术控制隧道开挖成型质量。介绍三棵树隧道采用光面爆破技术方案、特点、工艺流程、施工方法及安全保障措施。三棵树隧道采用光面爆破明显缩短了作业时间,在每一个施工循环中清理危石或补炮缩短20 min,初期支护缩短20 min,装渣及出渣缩短20 min;减少超挖量15%,节省了火工品和因非光面爆破所造成的围岩破碎所需锚杆、钢筋网等初期支护的工程量,施工效果良好、经济效益明显。

阶段内变倾角极薄矿脉采矿法试验

应用削壁充填法开采阶段内倾转急倾斜极薄矿脉 ,取得了较好的经济效益 。

急倾斜极薄矿脉采矿方法优选研究

对于急倾斜极薄矿脉的开采国内外最常用的采矿方法是浅孔留矿法,实践表明,该法存在人工劳动强度大、矿石贫化率高等缺点。通过采矿方法的技术经济比较认为,在矿产品价格上涨的经济形势下,机械化削壁充填法具有诸多优点,是该类矿体的首选方法。

动态卸荷作用下节理围岩损伤过程研究

为了探明节理岩体中的巷道爆破开挖后的卸载机理,为实际工程提供理论依据,本文基于离散元数值模拟方法,分析了考虑爆破荷载深埋矩形巷道节理围岩的损伤过程。结果表明:高地应力条件下,爆破开挖会在节理围岩中诱发显著的松动效应,导致洞壁附近形成远大于静态塑性区的动态松动损伤区,使得最终屈服区以外的节理面强度和渗透性等力学参数发生劣化;受爆破荷载的影响,岩体的回弹将产生较大的振动速度,达到m/s量级,是洞壁附近节理面损伤的主要来源;节理的组合方式也会对节理松动产生较大的影响,当节理夹角接近60°时,围岩最容易破坏。

软岩巷道爆破损伤效应数值模拟研究

采用摩尔-库伦模型对基于FLAC3D用户自定义本构模型二次开发的动力损伤本构模型进行了动力计算;现场声波对巷道顶底板围岩进行了波速测试。结果表明:摩尔-库伦模型不适合用来模拟围岩的动力损伤效应,而采用二次开发的动力损伤模型得出的结果与现场实测结果较为吻合。

深埋隧洞施工期围岩变形与应力分析及稳定性评价

通过现场原位多种监测仪器的预埋对大直径TBM法和钻爆法开挖的洞段进行监测,综合分析围岩变形及应力监测成果,深入剖析深埋脆性大理岩在开挖过程中围岩变形及应力调整的特征,把握TBM法和钻爆法两种不同施工方法在不同围岩类别条件下引起的围岩松弛深度及围岩破坏特性,对进一步了解深埋脆性大理岩的物理特性和洞室开挖围岩响应规律具有重要意义。

光面爆破在隧道开挖中的应用

结合工程概况及其工程地质条件,对秦岭1号隧道开挖中的围岩钻爆设计过程及其钻爆施工技术进行了分析计算,介绍了钻爆作业的工艺流程,并对其光面爆破进行了评价,以供类似工程参考借鉴。

预裂爆破技术在空场嗣后充填采矿方法中的应用

通过某矿山企业的应用技术攻关课题,研究在开采条件满足的储矿区域采用分段空场嗣后充填采矿方法取代效率低、劳动强度大的上向水平分层进路式充填采矿方法,并引入中深孔预裂爆破技术。通过预裂爆破设计及现场爆破试验,确定了适合的中深孔预裂爆破设计方案。该方案的成功应用,不仅对开采后矿房两侧岩壁的平整与稳定起到了关键作用,保障了人员与设备的作业安全,而且有利于提高企业的经营效益,更加符合以人为本、环保安全的现代化企业发展理念。