基于钻进参数和岩性的钻爆法隧道围岩智能分级模型

为进一步提高基于钻进参数的围岩智能分级模型判识准确率,引入围岩岩性作为已知条件,对不同岩性分别建立基于钻进参数的围岩智能分级模型。首先,依托宜兴高铁、郑万高铁隧道工程中凿岩台车采集到的钻进参数,将其根据围岩岩性划分为白云岩、花岗闪长岩、灰岩、砂岩、页岩5类子数据集;然后,进行数据清洗、特征提取,对各子数据集及原始数据集按照4∶1的比例拆分为训练集和测试集,分别以提取的特征和原始特征均值2类特征集合作为输入;最后,使用机器学习随机森林算法建立5个基于钻进参数和岩性的围岩智能分级模型以及基于钻进参数的围岩智能分级模型,评估每个模型的泛化性能。结果显示:1)以提取特征集合为输入的白云岩、花岗闪长岩、灰岩、砂岩、页岩5种围岩智能分级模型在测试集上的准确率分别为85.48%、92.16%、88.62%、85.00%、89.47%,不考虑岩性的围岩智能分级模型的测试集准确率为84.91%。2)相比不考虑岩性的围岩智能分级模型,基于钻进参数和岩性的围岩智能分级模型测试集准确率提高0.09%~7.25%;相比不进行钻进参数特征提取,围岩智能分级模型准确率提升1.61%~13.82%。由此表明:进行钻进参数特征提取能够有效提升围岩智能分级模型的准确率;相比不考虑岩性的围岩智能分级模型,考虑岩性的围岩智能分级模型稳定性提高,模型的泛化能力提升。

基于数字钻探与多尺度模型融合的隧道岩体完整性自动解译技术研究及应用

在多岩性与多指标钻探数据收集的基础上,综合考虑解译精度与预报效果,借助机器学习工具,提出一种基于数字钻探与多尺度模型融合的隧道岩体完整性自动解译技术。首先,对原始钻探数据有针对性的进行降噪与等距分割(0.5,1,2 m)等预处理,形成多尺度、高质量机器学习数据集;然后,进行模型参数自动寻优、训练、评估与可解释性等操作,验证模型的准确性与可靠性;最后,采用加权平均的方法进行多尺度模型解译结果的融合,以增强该技术的工程实用效果。为方便实际工程应用,以上述技术为核心开发轻量化数字钻探智能解译平台,经多条灰岩与砂岩隧道应用结果表明:对比地质雷达与常规钻探解译,多尺度模型融合解译在解译效率、预测效果等方面总体表现优异,可为隧道施工的开挖与支护提供可靠的岩体完整性信息。

高速公路互通地道桥工程中的回旋钻施工技术探讨

高速公路作为不同地区经济、文化联通的桥梁,是我国陆地交通体系的重要组成部分。保证高速公路工程施工质量对推动当地经济发展、解决民生问题有着重要意义。在路桥工程施工中,路基强化是极其重要的施工环节,虽然钻孔灌注桩施工技术日益成熟,但如果施工工艺选择不合理,依然会影响整体施工质量和工程进度。基于此,结合某高速公路互通地道桥工程案例,探究回旋钻施工技术应用措施,同时分析施工技术的应用难点,并提出相应的解决措施,旨在保障钻孔灌注桩整体的施工质量水平、提高路基工程使用安全性能、保障高速公路工程的综合建设效益。

钻爆法隧道上台阶爆破炮孔装药量精细计算方法

目前隧道钻爆法施工技术日趋成熟,但炮孔装药量的精细计算仍缺乏可靠的经验或理论公式。基于利文斯顿爆破漏斗理论,考虑隧道上台阶爆破方案设计中的炮孔孔距、排距和倾角等因素,提出了倾斜与垂直炮孔负担爆破岩石体积的计算方法。考虑岩石坚固性系数、爆生临空面方向等因素的影响,建立了炸药单耗优化计算方法。最后,基于炮孔装药量经验体积计算公式,提出了隧道上台阶爆破炮孔装药量精细计算的方法。依托临沂至滕州高速公路寨山隧道开挖试验段,验证了炮孔装药量计算方法的可靠性,研究成果对指导隧道精细爆破具有重要意义。

先导式顶拉管技术在给排水工程中的应用探讨

先导式顶拉管技术是一种基于水平定向钻技术改进的新型铺管技术,在多地实际排水工程应用中已取得成功经验。文中结合南方某城市排水工程,分析了先导式顶拉管技术的原理和特点,深入阐述了施工前具体计算方法和施工技术要点,以期为该技术的应用提供参考。

穿越河流输水隧洞工程地表灌浆阻水施工技术——以引绰济辽输水工程隧洞段为例

为探讨穿越河流隧洞工程地表灌浆阻水施工技术,以引绰济辽输水隧洞工程为背景,立足地表灌浆阻水施工的重难点,分析了地表灌浆阻水施工技术的应用要点及实践成效。实践得出,在穿越河流隧洞工程施工中如何有效阻水是施工成败的关键。地表灌浆阻水具有施工方便、阻水效果好等优势,在实际施工中需要切实把控好灌浆试验、钻孔质量、注浆方式等各地表阻水灌浆施工要点,地表注浆效果评定分析检查显示,芯样完整性较好,可见明显浆液结石填充痕迹。经验证,地表阻水灌浆技术在穿越河流隧洞施工中高效可行,能保障隧洞工程施工任务顺利完成,可为类似工程施工提供参考。

钻爆施工隧道喷雾降尘数值模拟分析

为研究喷雾系统对隧道开挖后粉尘浓度的影响规律,采用Fluent软件建立长度为50m的隧道通风数值仿真模型,研究压入式风管风速、喷射角度、喷嘴数量和喷嘴至掌子面距离对喷雾除尘效率的影响。研究表明:随着风管风速的增加,粉尘颗粒加速运动,并且粉尘浓度最大位置逐渐远离掌子面。增加喷嘴数量可增大喷雾与粉尘的接触面积,提高粉尘颗粒与水雾作用的概率;在设置5个喷嘴且喷射角度为90°的条件下有利于降低粉尘浓度。喷嘴距离掌子面10m时可有效限制掌子面释放的粉尘,提高除尘效率。

我国隧道钻爆法施工技术回顾与展望

随着经济的持续发展、综合国力的不断提升及高新技术的不断应用,我国钻爆法隧道施工技术得到前所未有的快速发展。首先,回顾我国隧道钻爆法施工技术的发展历程,并依次阐述湿式凿眼的采用、多臂凿岩台车的引进、乳化炸药的应用、导爆管雷管起爆系统的广泛应用、工业数码电子雷管的应用与推广等5大技术突破;然后,分别介绍钻爆法建造理念与方法(新奥法)、机械化施工配套设备、超长隧道与超长距离通风技术、超大埋深与极端复杂地质隧道施工技术、超长高水压水下隧道施工技术、特大断面隧道与洞群施工技术、隧道超前地质预测预报技术的现状及发展趋势;最后,对隧道智能化建造技术、绿色低碳建造技术等未来建设和发展中亟待解决的问题进行思考,并提出,钻爆法在复杂地质长大隧道施工中具有显著优势,一定时期内仍将是隧道施工的主要方法,今后应着重发展机械化、智能化及绿色低碳建造技术,进一步提升钻爆法的施工效益和建造水平。

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。

长距离水平定向孔取芯技术应用——以天山胜利隧道水平定向孔地质勘察为例

为在长距离大埋深隧道工程施工前更全面地掌握隧道全断面地质信息,借鉴垂直钻井取芯经验,结合水平取芯特点,研制TK-SQ215大直径水平孔取芯钻具,制定特殊的取芯工艺,完成隧道工程1 900 m长距离水平孔取芯作业,取芯进尺2.31 m,采获岩芯2.2 m,岩芯采取率为95%。结果表明:采用长距离水平孔取芯技术通过布设1个水平孔即可获取沿隧道走向的全断面地质信息,改变了传统隧道工程前期勘察采用的垂直、多井施工方式,探索出了一套从下钻到取芯再到提钻的全流程水平取芯工艺。

隧道钻爆法开挖的超挖控制分析

以际丰隧道为研究背景,探讨采用隧道钻爆法开挖的超挖控制,并对造成隧道超挖的原因进行分析,着重分析超挖控制技术的应用要点及控制效果。实践得出,在隧道钻爆开挖中,因现场条件复杂、施工空间有限等影响因素较多,极易造成隧道超挖,影响隧道施工质量和安全性。因此,在应用钻爆法开挖时,需要结合隧道围岩的特点,改进钻爆法开挖工艺,选择合适的钻爆参数,同时,加强钻爆施工管理,方可实现对隧道钻爆超挖的有效控制,更好地保证隧道工程施工质量和施工任务顺利完成,可为类似工程施工提供参考。

用于工程勘察的水平定向钻探技术探讨

在工程勘察中采用水平定向钻探技术,可以高效地解决一些垂直钻孔无法解决的问题。论文概述了水平定向钻探技术在非开挖铺设管线、油气钻井、地质勘探等领域的技术现状,认为在工程勘察领域的应用前景广阔。分析了应用水平定向钻探进行工程勘察在适用能力、勘察速度、勘察精度等方面具有的优势,提出水平定向钻探适用于深埋隧道等水平线状工程、既有建筑加固工程、考古发掘探测等领域的勘察。最后对应用于工程勘察的水平定向钻探技术需要研发的重点方向提出了建议,包括超长孔钻进技术、轨迹控制技术、连续取心技术、综合测试技术等。

悬臂式掘进机在水利水电工程隧洞施工中的应用研究

为探索适合采用悬臂式掘进机进行水利水电工程隧洞施工的相应条件,达到施工优质高效、安全可控和节约成本,笔者以银屯—凡平隧洞施工为例,选取钻爆法和悬臂式掘进机开挖法从安全、质量、进度、成本等方面进行对比分析,得到两种施工方法在不同大小的隧洞断面和不同地质条件下应用的优缺点,从而确定采用悬臂式掘进机开挖法的合理使用范围,为后续类似条件的隧洞施工提供可参考和借鉴的经验。

中国隧道及地下工程修建技术

主要介绍了我国隧道与地下工程的设计理论及方法、钻爆法隧道施工技术、盾构隧道施工技术和TBM(tunnel boring machine)施工技术等。指出了我国隧道及地下工程今后研究的方向:大埋深特长隧道的修建技术,城市地下空间规划,隧道及地下工程的动态设计以及降低工程造价的方法等。

隧洞钻孔作业工效及低位作业姿势研究

为探究隧洞钻孔作业过程中钻工身体疲劳程度与作业姿势关系,从人因工程理论视角,运用CATIA软件建立隧洞钻孔作业模型,并模拟6种典型钻孔作业姿势。测算钻工在不同孔位作业姿势疲劳程度评估值,分析钻工疲劳程度与身体下蹲参数的关系。研究表明:脚踝和大腿是钻孔作业最易疲劳部位,需重点保护;下蹲作业姿势极易疲劳,推荐坐姿为低位钻孔作业姿势。为减轻脚踝和大腿受力,应采用作业支持系统。

软岩挤压型大变形隧道锚杆施工特性及工艺优化

以渭武高速木寨岭隧道大变形段为工程依托,基于对岩石可钻性与钻机性能间关系的分析,选择5种不同类型的锚杆施工机具,进行现场钻孔试验。研究结果表明:低强度炭质板岩挤压型大变形隧道,旋转式钻机应优选额定钻速较高的液压型钻机,冲击-旋转式钻机应优选冲击频率f较高的钻机;钻孔深度以5 m左右为界,超过此深度,钻孔易出现塌孔、卡钻及钻机钻进效率低下等问题,建议5 m以上长锚杆采用自进式;对于5 m内短锚杆的施工,MYT-125/330液压锚杆钻机施工拱顶部位锚杆的有效钻速(除去钻杆加长耗时)约0.8 m/min,YT28钻机施工边墙部位锚杆的有效钻速(除去钻杆加长耗时)约0.4 m/min,施工效果均较为理想;对于10 m长锚杆,采用“大功率台车式钻机+自进式锚杆”,施工功效可达10 m/30 min。

高应力软岩隧道锚杆(索)成孔钻具研究

为解决高应力软岩隧道锚孔,尤其是深锚孔的稳定有效成孔难题,以渭武高速木寨岭公路隧道为工程依托,对围岩钻孔机理进行分析,选择适宜锚杆钻机与不同型号和不同参数的钻具,开展现场钻进和锚索安装试验。从钻具失效模式、钻进工效、使用寿命及成孔效果等方面研究高应力软岩隧道适宜成孔钻具。研究结果表明:钻孔直径增加导致钻具螺纹连接处的应力复杂化,钻具出现了连接处断裂的非常规失效模式。后倾角是PDC钻具钻进工效和使用寿命的关键影响因素,设计应以20°为基准,软岩条件下适当减小其值可显著提升钻进功效,但会减小钻具的使用寿命。小、大组合式钻具由导向钻具(28 mm)和扩孔钻具(45 mm)组成,其中的导向钻具起到了增强钻具定位、提前释放围岩高应力作用,且采用较小后倾角(17.5°)设计以实现快速钻进。扩孔钻具采用3 PDC片形式以实现锚孔圆顺性的提升,使得小、大组合式钻具在使用寿命和成孔效果等方面较单一直径钻具均有显著提升,单个使用寿命达到60 m,10 m锚索的机械推入率降至9%。研究成果可为适配高应力软岩隧道(深)锚孔有效钻进需求的成孔钻具选型提供支撑和实践基础。

我国交通隧道工程及施工技术进展

对我国隧道工程及施工技术现状、取得的成就及发展趋势进行了分析,介绍了21世纪初将要建设的特长和特殊隧道工程,分析了隧道工程的特点,指出要完成必须具备的基本条件.采用"新奥法"原则的矿山法需要提高开挖成洞速度,降低工程成本,改善施工作业环境条件和安全技术.隧道掘进机和盾构施工方法具有施工速度快、隧道成型好、机械化强度以及周边环境影响小等显著优点,将是新世纪广泛采用的一项新技术.沉管隧道在我国也将逐渐得到应用.

考虑钻孔速率的公路隧道围岩类别超前分类研究

为了有效的进行公路隧道围岩稳定性超前分类,将台车钻孔速率引入到围岩稳定性评价指标体系中,通过增加动量因子和设置自适应调整学习率的方法建立了改进型BP神经网络的围岩分类模型。该模型考虑了钻孔速率这一实测性、超前性的数据,为模型注入了更为丰富的信息量,提高了围岩分类的可靠性,能较准确的预测出掌子面前未开挖段的围岩类别,弥补了施工地质超前预报中靠主观经验观察、分析的不足。通过实例分析,所得的分类结果与实际吻合,对施工的指导性强。

钻爆法公路隧道装配式衬砌结构关键技术研究

目前我国山岭公路隧道常采用钻爆法施工,隧道衬砌大多为传统的现场浇筑施工,这对人员健康、安全保障、施工效率和工程质量等都产生不利影响。随着经济和交通建设水平的提高,隧道建设趋向于标准化、机械化和预制化发展,根据国内外工程建设经验,预制装配技术的发展可以解决上述问题。在国内外缺乏相关研究和建设经验的前提下,针对钻爆法公路隧道的装配式衬砌结构进行了关键技术研究,如结构构造设计、衬砌类型选择、分块设计以及接头转动刚度等,提出装配式衬砌结构新型式,采用梁-弹簧模型对该结构的厚度、接头刚度进行模拟,分析其变形和内力分布特征,保证结构的安全可靠,为类似工程提供经验。