盾构机始发井深基坑力学和变形特性离心模型试验研究

为探究盾构机始发井深基坑开挖过程中周边土体的应力、变形和土压力分布规律,通过对工程原型进行概化,在典型土层条件下,采用停机-开挖-支护的模拟方式开展了方形基坑和圆形基坑两种方案共2组离心模型试验,从地连墙的弯矩和其后土体的水平位移、基坑外侧土压力分布以及地表沉降等角度,对比分析了两种盾构机始发井深基坑开挖过程的工程特性。结果表明:地面沉降随基坑开挖深度增大逐渐增加,形成沉降槽状;地连墙土压力变化呈非线性,随着基坑开挖不断深入的,离地表较近处的土压力逐渐变大,而深处的土压力则逐渐减小;在第5步开挖时2组模型地下连续墙水平位移均达到最大值,圆形基坑是方形基坑的1.4倍,同时地连墙的弯矩也达到最大值,圆形基坑比方形基坑小320 kN·m。研究成果可为深埋隧道深基坑的优化设计和开挖提供指导。

考虑刀盘推力的泥水盾构隧道开挖面平衡机理研究及应用

现有泥水盾构隧道开挖面平衡机理中,开挖面的支护多认为全部由泥浆压力提供,刀盘推力在支护中的作用少有提及。针对穿沁泥水盾构隧洞工程存在的开挖面支护具体问题,结合开挖面支护主控参数分析,揭示了考虑刀盘推力的泥水盾构隧道开挖面平衡机理,给出了刀盘推力具体表达式。运用所揭示的平衡机理,结合提出的一种盾壳外侧摩阻力估计方法,对该工程的3个重点穿越段进行了开挖面支护力计算和稳定分析。研究表明:3个重点穿越段的掘进中,刀盘推力分别占开挖面支护力的21%,24%,11%;同时考虑泥浆压力和刀盘推力的开挖面支护力,与仅考虑泥浆压力相比,在开挖面前方的轴向水土合力存在区间内占比分别由0,0和78%分别提高至78%,32%和88%,表明刀盘推力在开挖面支护中发挥了重要作用。

临近空间火箭探空温度传感器设计与分析

太阳辐射误差是30~60 km高度的临近空间火箭探空仪观测误差的主要来源。为了降低太阳辐射误差,设计了一种圆环状的镀银铝板防辐射罩。首先,使用计算流体动力学(CFD)计算出无防辐射罩的探头和有防辐射罩的探头在不同的海拔高度、气流速度、太阳高度角下的太阳辐射误差,并且进行数据对比分析。之后,利用支持向量机(SVM)算法训练出仿真结果并且得到相应的预测模型,可以得出预测值与仿真值之间的均方根是0.036 K,预测值与仿真值之间差值的绝对值在0.08 K以内。最后,使用低气压风洞和太阳模拟器作为实验平台模拟出高空环境,将实验结果与算法预测结果进行对比。得出实验值与预测值平均测量误差为0.096 K,均方根误差为0.097 K。

渗流条件下富水砂层盾构隧道开挖面临界支护压力计算分析

[目的]富水砂层是地铁盾构隧道常见的掘进地层,在土舱内外水压差作用下会发生渗流。因此,有必要研究渗流条件下,富水砂层盾构隧道开挖面临界支护压力的准确计算方法。[方法]采用三维有限元上下限极限分析法和Optum G3软件,对无渗流条件下的盾构隧道开挖面开展稳定性研究,通过主要参数敏感性分析,提出了不考虑渗流条件下的开挖面临界支护压力计算方法。考虑土舱内外水头差引起的渗流作用,采用三维有限元分析法和PLAXIS 3D软件,研究稳态渗流和流固耦合作用下富水砂层盾构隧道开挖面的失稳破坏模式。通过水头差、隧道埋深比和内摩擦角的敏感性分析,基于无渗流条件下的开挖面临界支护压力计算式,进一步提出了考虑稳态渗流条件下的开挖面临界支护压力计算方法。[结果及结论]所提计算式能够较为简便地确定富水砂层中盾构掘进的开挖面压力。对于不同的地下水状态,临界开挖面支护压力排序为:未发生渗流的临界开挖面支护压力>发生渗流的临界开挖面支护压力>干砂条件下的开挖面临界压力。当埋深比C/D<1、土体内摩擦角φ≤25°时,开挖面破坏区从拱底发展至接近地面处,容易发生浅层隧道冒顶破坏;当C/D≥1、φ>25°时,开挖面前方失稳破坏区局限于开挖面上方一定范围内,发生渗流时比无渗流时的破坏区域稍大。

基于BLT计算复杂腔体结构屏蔽效能的拓展方法

本文通过拓展BLT(Baum-Liu-Tesche)方法,计算了复杂结构腔体的屏蔽效能(Shielding Effectiveness,SE). BLT方法最初被用于分析传输线模型,后被拓展到计算腔体屏蔽效能,然而其局限于计算矩形腔体和圆柱腔体的屏蔽效能,无法分析更加复杂的腔体结构.本文将BLT方法与数值方法相结合,同时利用机器学习的回归方法,将其拓展到复杂腔体结构的屏蔽效能计算中.本文首先计算了腔体二维截面的特征模;然后,基于电磁波传播规律建立了等效电路网络结构,结合BLT方法获得腔体屏蔽效能的频域响应分布;最后,利用机器学习方法训练支持向量回归模型(Support Vector Regression,SVR),修正频域响应幅值,得到腔体目标的屏蔽效能.本文采用了3种不同结构的腔体对提出的方法进行了验证,频率范围为0.1~3 GHz.以商业软件仿真得到的结果为标准,本文提出的方法可以在85%的置信度条件下,实现均方根误差小于3,同时计算速度相比商业软件提升80倍以上.

煤矿急倾斜煤层柔性掩护支架采煤法开采参数分析

以神角煤矿为例,介绍了1种煤矿急倾斜煤层柔性掩护支架采煤法。通过对煤矿的生产技术条件进行分析,进而计算出作业面主要参数、巷道支护参数、回采工艺参数,确定了最佳的柔性掩护支架采煤技术方案,为煤矿急倾斜煤层的开采提供了支持,明确了根据柔性掩护支架采煤法的开采参数进行煤矿设计,可以提高煤矿的生产效率和经济效益。

采煤弓形柔性掩护支架沿空留巷技术分析

以山西A矿3062工作面大倾角煤层为例,设计了弓形柔性掩护支架沿空留巷技术方案。首先,介绍了大倾角煤层的基本情况,以此为基础,分析了弓形柔性掩护支架结构设计的内容与安装流程,并根据大倾角煤层特点,探讨了弓形柔性掩护支架的受力情况;其次,通过案例分析的方式验证了该技术的应用效果;最后,确定了利用弓形柔性掩护支架沿空留巷技术后,可以提高煤层顶底板的稳定性,减小变形量,有利于煤矿开采工作的开展。

考虑刀土摩擦的砂土盾构隧道开挖面支护压力计算方法

确定盾构隧道开挖面极限支护压力是隧道工程中的核心问题之一。现有研究一般忽略盾构刀盘与主动极限状态时开挖面前方失稳土体间的摩擦效应,导致计算结果偏保守。为了解决此问题,首先,基于梯形楔形体模型,考虑盾构开挖掌子面与前方被切削土体之间的竖向摩擦力、楔形体与上方土柱之间因相对错动引起的横向摩擦力以及隧道埋深对极限支护压力的影响,推导了砂土地层盾构开挖面的极限支护压力计算公式;其次,通过与其他理论方法及试验结果进行对比,验证了本文方法的合理性;最后,讨论了刀土摩擦力在不同工况下对盾构开挖面极限支护压力的影响规律。研究结果表明:在其他参数不变时,开挖面极限支护压力随着刀土外摩擦角增大而逐渐减小,与刀土外摩擦角近似呈线性关系;刀盘土体间摩擦力对维持盾构开挖面稳定具有有利影响,对开挖面极限支护压力的影响不可忽略;适当增大刀盘与前方土体间的外摩擦角可有效增加开挖面的极限稳定性;刀土摩擦力对浅埋情况的盾构隧道开挖面极限支护压力的影响要明显比深埋情况的影响大,在选择盾构掘进刀具时应重点考虑埋深的影响。

超小净距并行盾构隧道施工安全控制技术研究

为解决超小净距并行盾构施工安全掘进的技术难题,依托苏州地铁7号线枫红区间隧道工程,针对其超小净距交互影响问题,创新采用了“MJS咬合隔离墙+洞内径向深孔注浆+先隧道同步支顶+后行盾外克泥效注浆”的小净距并行盾构施工新型保护体系;自主研发了具有伺服精准控制、自动行走、大角度爬坡、小曲线转弯功能的同步平衡支顶系统;对外部荷载、夹层土水平位移、管片收敛、管线沉降进行监测分析,并揭示了不同条件下并行穿越附加荷载、夹层土水平位移变化规律及影响范围。最终实现了超小净距并行盾构施工安全控制。

液压支架护帮板焊接变形分析及其控制研究

为了确保液压支架焊接结构件的力学性能达到最佳状态,符合高强度、安全可靠性的要求,以矿用液压支架护帮板焊接变形工艺为主要研究对象,焊接工艺技术虽然可以焊缝可以合理地提高护帮板的钢性指标,但由于受热不均匀,可能会出现收缩变形、弯曲变形、角变形等变形问题,因此,着重讨论液压支架护帮板焊接变形分析及其控制研究,以供在解决生产护帮板过程中的问题时作为参考。

地铁穿地裂缝段盾构扩挖施工临时支护方式研究

为研究采用盾构扩挖工法施工穿越地裂缝过程中,不同临时支护方式对围岩变形的影响,依托西安地铁15号线府君庙村站—祝村站区间工程,采用FLAC3D和Midas GTS NX软件对盾构扩挖穿越地裂缝过程中围岩变形与盾构隧道的受力进行分析,得出合理临时支护方式进行实际应用,并结合现场地表变形情况进行对比分析。研究结果表明:双竖向临时支撑对围岩变形以及隧道结构均起到良好的控制效果;首环管片破除与扩挖施工会改变隧道结构的整体性,从而导致围岩变形剧增,是盾构扩挖施工中危险环节,需要加以重视;通过现场监测,扩挖施工地表沉降均在规范允许范围内,扩挖施工影响范围主要在7环以内,施工中可结合扩挖影响范围进行超前加固。

盾构穿越破碎带区域隧道变形特征研究

研究了盾构隧道下穿破碎带区域时隧道的变形特征及其控制方法。研究发现,该变形可分为稳定阶段、突变阶段和加剧阶段,采用超前支护可以有效减小拱顶沉降和拱底隆起,其中加剧阶段的控制效果最佳,其次为突变阶段,最后为稳定阶段;施工时,距掌子面较远时掌子面的挤出变形值较小,距掌子面较近时则变形值较大;掌子中部偏下区域变形值较大,超前支护能够控制掌子面的纵向内部位移和竖向挤出位移,并降低围岩塑性变形区域。该研究可为盾构隧道的施工提供参考和指导。

基于支持向量机回归算法的盾构下穿市政管线参数优化研究

随着盾构法施工在我国城市地铁隧道建设的广泛应用,盾构施工将面临越来越复杂的施工场景,尤其是在城市生活区的施工中,将不可避免地穿越各类复杂的市政管线。以合肥某地铁盾构工程下穿市政管线为背景,通过建立数值模型,构建了基于支持向量机回归(SVMR)算法的机器学习模型,并通过优化算法反向求解得到了符合施工要求的盾构参数优化方案。研究结果表明,方法的有效性通过了数值模拟试验和工程实践的验证,能够基于已有的少量盾构参数,针对关键掘进参数如推力、刀盘转速等进行优化,并提出最优组合方案,以确保施工的安全与高效,可为类似工程提供参考。

王庄煤矿综放工作面快速回撤全断面掩护支护研究

针对王庄煤矿综放工作面回撤期间面临的工序繁琐、劳动强度大、支护材料难以回收重复利用、支护耗材易燃等难题,采用掩护支架代替架设圆木木桩、枕木木垛支护的全断面掩护支护,从数值模拟分析得出木垛和单体支柱的支护强度无法满足待支护区域对平均支护强度的要求,采用全断面掩护支护可以降低顶板下沉量,防止帮部裂隙的扩展贯通和保证煤岩体的完整性,使回撤通道得到很好的控制;将原有撤架工艺优化为绞车牵引全断面掩护撤架工艺,提高了回撤顶板支护机械化程度与作业安全性,缩短了回撤工期、减人提效。

富水地层土压平衡盾构施工方法及管理措施

隧道开挖是隧道施工中常见的作业之一,其施工方法对隧道施工具有重要影响。在实际作业环节中,一些地区的地质较为特殊,含有较多的水分,一定程度上影响隧道施工的落实。土压平衡盾构施工方法作为专业的施工方式,通过先进的盾构机实现掘进作业,规避富水地层对施工产生的影响。本文从富水地层入手,探讨富水地层土压平衡盾构施工方法,分析其施工难点。在此基础上,对该施工方法进行详细分析,保证施工作业的落实。

盾构管片开孔临时支护措施研究

为了优化盾构管片开孔临时支撑系统,依托以色列特拉维夫绿线项目,对新型环形钢支撑支护形式进行了数值模拟理论分析。验证了此结构样式具有良好的结构稳定性、经济性、便捷施工性,可为类似管片破除临时支护或者管片加固提供一种新的解决方案。

盾构机后配套带式输送机设计及关键技术研究

后配套带式输送机是隧道施工土压平衡盾构机的关键部件。介绍了其特殊工作环境及水平转弯时面临的关键技术难题,给出了驱动装置、机身机构及其他零部件的设计参考方案,详细阐述了转弯时输送带偏移量的计算方法,为转弯处托辊组的调节提供了一定的理论依据。

复合地层中盾构施工掘进参数相关性及预测研究

在盾构掘进过程中,众多掘进参数交织在一起,规律错综复杂。科学地分析这些参数之间的规律与相关性,对于盾构的实时控制至关重要。依托济南地铁R2左线工程,基于机器学习方法对复合地层中盾构施工的掘进参数进行研究。首先,分析地层参数与盾构掘进参数之间的关系,通过相关性分析发现,6个掘进参数中,盾构的总推进力和刀盘扭矩与其他参数的相关性尤为显著。然后,利用支持向量机算法,对不同地层中盾构总推进力和刀盘扭矩进行预测。预测结果与实际监测结果基本一致,证明这种方法的有效性。最后,为进一步提高预测精度,采用PSO算法对盾构掘进参数预测模型进行优化。优化后的模型总推进力R2提升约3%,刀盘扭矩R2提升约10%,优化效果十分显著。该项研究可为复合地层中盾构施工参数选择提供重要参考。

What can the changes in shield resistance tell us during the period of shearer's cutting and neighboring shields' advance?

In order to determine the influence of shearer's cutting and neighboring shields' advance on the support resistance variation, leg pressure data of all 235 shields in the panel LW61 of Cumberland coal mine were analyzed. The results show that the relationship between the leg pressure increment and the distance from shield to front drum of shearer is a quadratic function and that the higher leg pressure increment before shield advance tends to be related to adverse roof conditions. In addition, the three proposed leg pressure increment-related parameters and the three traditional parameters(time-weighted average pressure, setting pressure, and final pressure) of approximately 32000 shield supporting cycles were calculated by a self-developed software package to analyze the correlation between them. The results show that there is a powerful connection between them, and that the three proposed leg pressure increment-related parameters could be used as the indexes to evaluate the interaction between shields and the roof, and to identify the periodic weighting.

软岩地质条件下的盾构机施工工艺研究及应用

阳城煤矿-650m南主要回风大巷穿层掘进,盾构机过软岩地带或地质构造带时,容易出现顶板破碎、漏空,两帮垮落,盾构机撑靴无法支撑、行走困难等问题,掘进装备的优势未能充分发挥,严重影响掘进效率,影响两井贯通工期。为解决现场制约因素,通过现场对处理方法研究、外出对标学习等手段,形成了减排距、强支护、撞楔法、支超前、垫木垛、优化劳动组织、加强后勤保障等综合措施,有效地解决了盾构机在软岩地质条件下掘进困难的问题,实现盾构机安全、高效地通过软岩破碎区域。工程实践结果证明,通过采取以上综合措施,能够有效解决盾构机在软岩破碎条件下的掘进问题,掘进进尺提升至3~5 m/d,顺利通过软岩破碎区。