基于点云数据的大型复杂钢结构智能化施工方法

大型复杂钢结构施工过程中,常面临施工尺寸质量难以把控、构件提升变形监测困难和合拢段现场配切效率低等问题。三维激光扫描技术可全覆盖地、快速精准地获取复杂构部件在施工过程中的点云数据,这为解决上述问题提供了新方法。为此,该文以重庆两江新区寨子路钢拱桥为工程背景,开展基于点云数据的大型复杂钢拱桥智能化施工方法的全流程研究。基于标靶球检测算法、快速四点一致集算法、迭代最近邻算法等实现标靶球点云数据的自动检测及多站点云数据之间的自动配准;通过BIM点云化技术、kNN算法等完成目标点云数据的半自动化提取,实现拱肋尺寸的智能化检测;基于八叉树算法、区域增长算法等实现拱肋提升变形的智能检测;为缩短拱肋的合拢工期,基于BIM模型焊缝信息提取技术、主成分分析算法、Canny边界检测算法、霍夫变换算法等提出数字化预拼装算法,得到合拢段的配切量。工程应用表明,该文所提出的智能施工方法效率高、自动化程度好,研究成果可为大型复杂钢结构的施工质量和安装效率的提升提供理论和算法支撑。

松软破碎厚顶煤大跨度切眼变形破坏特征与控制技术

安阳主焦煤矿大断面切眼常采用被动支架沿顶布置,围岩变形量大、易漏冒,工人劳动强度大。针对上述问题,采用数值模拟方法研究了裂隙发育、位移和应力分布与切眼跨度之间的关系,提出了围岩控制策略和支护方案。结果表明,随着切眼跨度的增大,围岩塑性区范围逐渐增加,顶板以剪切滑移或拉剪破坏为主,两帮以泊松效应膨胀拉伸—剪切破坏为主;顶板下沉量、巷帮内挤和底鼓量均逐渐增大;顶煤、直接顶和基本顶部分岩层逐层渐次移动,顶板部分区域出现较大的裂隙,冒落拱以上深部顶板发生整体移动;巷道顶底板中有害拉伸应力区域范围呈现拱形分布,且逐渐增大。根据切眼围岩变形破坏特征,提出了高强度、高刚度、高预紧力的强力支护和被动单体液压支柱补强的主被动联合支护方法。现场工业性试验表明,切眼围岩得到了有效控制,可为类似裂隙发育托顶煤大断面切眼围岩控制提供参考。

山岭隧道超大断面盾构组装洞室关键施工技术

以渝湘高铁重庆到黔江段重庆长江隧道为例,针对该隧道洞室施工工艺复杂、施工难度大、危险性高、施工周期长的特点,提出了盾构组装洞室总体施工方案,即盾构组装洞室采用分部分层台阶法施工,对其施工工艺及施工方法进行详细论述,结果表明,该施工技术科学合理、安全可行。

近距离采空区下大断面切眼支护技术应用

以9101采煤工作面为工程实例,该采面切眼跨度为8 m,且上覆为8^(#)煤层采空区及煤柱。切眼拟采用分次掘进方法施工,首先掘进巷道宽度4.5 m,后刷扩3.5 m;在掘进期间,通过探测切眼顶板与上覆8^(#)煤层采空区层间距,再设计切眼顶板支护方案;现场应用后,切眼顶底板、巷帮变形量分别为60 mm、73 mm,实现了近距离采空区下大断面切眼围岩变形有效控制。

综采工作面大断面切眼围岩稳定控制研究

综采工作面大断面切眼围岩的稳定性是影响综采工作面正常设备安装与回采的关键因素,以小保当一号煤矿112203综采工作面大断面切眼为研究对象,通过理论分析研究了112203综采工作面大断面切眼顶板变形机理及理论支护参数。采用离散元数值模拟软件建立了UDEC Trigon模型,研究了支护强度对二次成巷顶板裂隙演化规律、破坏模式和损伤程度的影响规律。数值模拟结果表明:合理的支护技术能够控制顶板微裂纹的扩展降低宏观裂隙的发育高度。长短锚索联合支护后顶板岩层中存在的岩石桥能够有效的限制宏观裂缝的形成以及它们之间的相互作用,特别是对交界面区域的重点支护能够降低二次成巷顶板裂隙的发育高度,减弱深部大断面切眼顶板岩层的损伤程度。现场试验表明,采用加长锚索以及单体液压支柱的补强支护后,112203综采工作面大断面切眼两帮移近量稳定在350 mm左右,顶底板移近量稳定在550 mm左右,顶板未出现明显离层,最大顶板离层量为2.4 mm。本文的理论分析及数值模拟有助于理解综采工作面大断面切眼顶板破坏模式,同时为其控制技术参数的设计提供了方法。

大断面隧道“楔形掏槽+高能孔”布设方法研究

在大断面隧道爆破中,由于掏槽孔的位置布置不合理,导致掌子面中间岩体时常出现“鼓肚”现象。为解决大断面隧道爆破“鼓肚”现象,提出了一种“楔形掏槽+高能孔”的炮孔布设新方法。以云南省鲁巧高速共和村隧道为工程背景,采用有限元软件LS-DYNA建立“楔形掏槽+高能孔”的数值模型,研究了炮孔底部有效应力和岩体动态损伤,并与现场隧道掏槽爆破方案进行对比,同时结合现场爆破试验对所提新方法进行验证。研究结果表明:现场实验验证了“楔形掏槽+高能孔”炮孔布设方法可有效消除“鼓肚”现象,减少掏槽孔和数码电子雷管数量,确定了该方法的合理性以及适用性;主掏槽孔底部测点1、2和3产生的应力值较小,当高能孔爆炸后,应力急剧上升至454.9 MPa,可对主掏槽孔爆破后遗留的中间保留岩体进行有效破除;采用改进后的爆破方法,掘进效率提升16.9%,炮孔平均利用率达到91.5%,炸药单耗降低19.7%。提出的大断面隧道“楔形掏槽+高能孔”布设方法在保障施工安全的同时,达到了降低成本提高施工效率的效果,为大断面隧道爆破方案优化设计提供借鉴。

超大断面扁平结构隧道施工参数优化研究

基于某超大断面扁平结构隧道的上下台阶法施工段,采用数值模拟方法研究在该工程地质条件下台阶长度和锚杆纵距2种施工参数改变带来的影响。利用数值模型对不同台阶长度(分别为30,40,50,60 m)和不同锚杆纵距(分别为1.0,1.5,2.0 m)情况进行研究,对隧洞周边岩体中塑性区、围岩应力和围岩变形情况的分布规律进行分析,结合数值结果和现场监测数据验证了施工现场采用台阶长度为50 m和锚杆纵距为1 m的施工参数较合理。该研究成果可为超大断面扁平结构隧道的开挖和支护施工参数的合理选取提供参考。

应力区大断面切巷支护优化

基于牛山煤矿15102切巷在掘进施工过程中受围岩集中应力影响,切巷施工后围岩破碎严重,分析了原支护设计及主要存在的问题,并进行支护合理优化,提出了“恒阻锚索+桁架锚索+水力膨胀锚杆+单体液压支柱”等联合支护技术。通过实际应用效果来看,采取联合支护技术后控制了围岩变形现象,保证了后期工作面设备安装安全,取得了显著应用成效。

任楼煤矿大断面切眼成巷及稳定性分析

针对大断面切眼巷道掘进过程中顶板离层严重、表面位移变形量大等难题,以安徽省皖北煤电任楼煤矿72513工作面切眼为研究对象,开展大断面切眼巷道围岩控制技术研究,利用Fl AC3D软件对不同的支护方案进行了数值模拟,通过分析不同支护方案的预应力场分布规律,最终确定锚杆网索联合支护方式,并对支护参数进行优化,且进行现场施工。对巷道变形进行现场监测,结果显示,该支护方案有效的抑制了围岩变形,达到了很好的支护效果。

特厚煤层短壁综放大断面切眼巷道围岩控制研究

以山阴金海洋南阳坡煤矿特厚煤层短壁综放工作面为研究对象,针对跨度达8.7 m的综放大断面切眼支护设计,既要满足有效控制切眼巷道围岩变形,又要尽可能减少支护材料浪费和支护成本偏高的问题,利用数值模拟软件FLAC3D研究了不同支护方案下顶板预应力场分布特征,确定了大跨度切眼的支护形式为锚杆、金属菱形网、锚索+W钢带以及单体支柱等的联合支护形式,通过校核支护参数,支护设计均能够满足要求,最后对围岩变形量进行了现场观测,浅部、深部基点离层值分别为9 mm、12 mm,巷道顶板下沉量约为140 mm,煤壁侧巷道变形量约为105 mm,老塘侧巷道变形量约为98 mm,围岩变形量小,说明大断面切眼巷道得到了有效控制,能够满足安全生产使用要求,为其他类似工程条件的大断面切眼支护问题提供了借鉴。

大断面切眼一次成巷施工工艺优化与应用

随着井工煤矿开采深度逐渐增加,井下巷道及采掘工作面受地应力的影响越来越大,导致巷道支护难度增大。顺和煤矿针对大埋深高应力下巷道支护难的问题,通过优化施工工序以及增加支护强度,采取高强应力锚杆+W钢带+单体柱与π型梁搭配联合支护的方法,实现了综采工作面切眼大断面一次成巷,成功解决了大埋深高应力巷道支护和快速掘进问题。

大断面切巷支护技术应用

针对长春兴煤矿307工作面切巷施工期间受煤层赋存、围岩应力影响,切巷在施工过程中很容易出现顶板破碎、冒漏等现象。采用FLAC^(3D)数值模拟分析307工作面切巷支护过程中围岩塑性分布区和水平应力分布区,提出了“桁架锚索+恒阻锚索+柔性纤维网+水力膨胀锚杆”协同支护技术。实际应用效果表明:采取联合支护技术后顶板最大下沉量为76 mm,回采侧巷帮最大鼓出量为30 mm,达到了控制巷道围岩变形的目的。

抽水蓄能电站勘探平洞掏槽爆破方法研究

为解决抽水蓄能电站勘探平洞钻爆掘进单循环进尺低问题,加快抽水蓄能电站工程地质勘察施工进度,提出了“大直径空孔环+桶式多阶段”新型掏槽方法,并分析了其参数合理性和破岩机理。工程实例应用表明,掏槽方法可将抽蓄勘探平洞(小断面)单循环平均进尺、月平均进尺分别提高并稳定在3.12 m和280 m水平,在抽蓄勘探平洞(小断面)钻爆法快速施工中具有显著适用性和优越性,同时,在抽蓄勘探平洞、矿山岩巷、抽蓄排水廊道等有快速掘进需求的小断面隧洞中具有极高的推广应用价值。

随采随掘小煤柱巷道稳定性控制实践研究

基于晋能控股煤业集团晋华宫矿12#层8712工作面的地质条件,针对大采高工作面随采随掘条件下,安全高效实施小煤柱巷道掘进的问题进行深入研究。结合理论计算及分析结果,同时借鉴邻近工作面矿压控制经验,提出了“邻巷切顶卸压+本巷分段支护+辅助控制技术”的治理思路,在现场就相关参数及关键技术进行了相应的试验。实践表明:选择合理参数实施治理技术后,现场小煤柱巷道围岩得到了有效控制,提供安全工作环境的同时也大大降低巷道二次维护工程量,经济效益显著。研究成果为其他类似条件下巷道的优化、维护、矿压控制等方面工作提供了可参考的基础数据。

轨道交通大断面深埋隧道施工工法——扩大拱脚台阶法

为适应轨道交通建设的新环境、新形势,结合重庆主城区地形地貌、地质条件和轨道交通车站特点,提出一种新的大断面深埋轨道交通车站隧道的施工工法——扩大拱脚台阶法。该工法以新奥法为基本理论依据,充分发挥围岩的自稳能力和开挖面的空间约束作用,通过初支大拱脚的设置,将拱部荷载传递至拱脚围岩,从而提高拱部初期支护的承载能力和稳定性。同时,通过分台阶分步开挖,能够为大断面隧道开挖提供充足的施工作业空间,有效提高隧道的施工工效,节约工程投资、缩短工期。以重庆轨道交通9号线红岩村站为例,对该工法与双侧壁导坑法进行对比分析。通过理论计算分析,可以得出扩大拱脚台阶法对围岩的扰动更小,更有利于对围岩的保护和变形控制,工程风险更加可控。

大断面切巷锚杆支护参数的研究与应用

为研究挖金湾煤业公司8102切巷各个支护参数对巷道稳固性的影响,利用FLAC3D软件对该巷道的锚杆支护参数进行模拟分析。结果表明,最佳支护参数为锚杆预紧扭矩达到300~350 N·m、支护密度排距1.3~1.4 m、间距1.0 m左右。合理的锚杆预应力和支护密度是影响锚杆支护整体性效果的关键,能够实现巷道主动支护及锚杆支护应力区的叠加效应,使巷道支护区域形成有效的支护整体。

大断面煤巷切眼支护设计研究

针对3205回采工作面大尺寸设备安装过程中,大断面切眼快速成巷、稳固支护的问题,以东峰煤矿二采区3205切眼为研究对象,对大断面煤巷支护进行设计研究,提出采用锚网索配合钢筋梯支护的施工工艺,有效控制了围岩变形,提高了掘进效率,保障施工安全。

富水泥化顶板条件下开切眼围岩控制技术研究

基于富水泥化顶板大断面巷道掘进、支护困难的问题,以申家庄煤业N11511综采工作面开切眼为例,研究了富水泥化大断面开切眼掘进支护技术,结合现场实际地质条件研究确定了大断面开切眼支护所需锚杆和锚索长度、直径以及间排距等参数,优化工作面顺槽前期顶板注浆加固、切眼一次贯通、二次扩巷等工序。结果表明,注浆区域采用锚梁悬吊替换单体柱,节省占用空间,为搬家创造条件,二次扩巷提前打设中柱,有效防止围压增大,做到了有效管控,为类似地质条件下的大断面巷道掘进与支护以及后续综合利用提供借鉴。

圆形大截面抗滑桩在高速公路丘陵斜坡地带滑坡工程中的应用

针对宜春至遂川高速公路在开挖时在连续强降雨极端天气发生的滑坡,进行了路基滑坡变形破坏特征及物质结构特性调研,运用简化Bishop法和极限平衡理论对滑坡坡体进行稳定性验算,得出坡体下滑力,后基于上述计算结果建立midas三维模型,研究天然、暴雨2种工况时滑坡推力,对失稳坡体进行抗滑桩的设计和验算。结果表明:(1)暴雨工况较天然工况滑坡推力更大;(2)滑坡推力在抗滑桩桩身会产生较大的弯矩和剪力,应根据剩余下滑力合理设置抗滑桩的位置及根数;(3)设计时应根据抗滑桩所受弯矩和剪力分布充分考虑其配筋率以及钢筋布置,以免造成抗滑桩自身的破坏。

复杂地质条件下综采工作面大断面切眼施工及支护

为解决复杂地质条件下综采工作面大断面切眼围岩变形量大、支护困难的问题,以木瓜煤矿10201综采工作面切眼为研究对象,提出采用“二次成巷”施工工艺和“锚网索+注浆+单体支柱”的联合支护措施。现场应用效果表明:切眼过断层破碎带期间,顶底板相对移近量最大值为138.72 mm,两帮相对移近量最大值为81.62 mm,无冒顶及片帮现象发生,切眼成形效果较好。