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Tunnelling performance prediction of cantilever boring machine in sedimentary hard-rock tunnel using deep belief network 被引量:2
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作者 SONG Zhan-ping CHENG Yun +1 位作者 ZHANG Ze-kun YANG Teng-tian 《Journal of Mountain Science》 SCIE CSCD 2023年第7期2029-2040,共12页
Evaluating the adaptability of cantilever boring machine(CBM) through in-depth excavation and analysis of tunnel excavation data and rock mass parameters is the premise of mechanical design and efficient excavation in... Evaluating the adaptability of cantilever boring machine(CBM) through in-depth excavation and analysis of tunnel excavation data and rock mass parameters is the premise of mechanical design and efficient excavation in the field of underground space engineering.This paper presented a case study of tunnelling performance prediction method of CBM in sedimentary hard-rock tunnel of Karst landform type by using tunneling data and surrounding rock parameters.The uniaxial compressive strength(UCS),rock integrity factor(Kv),basic quality index([BQ]),rock quality index RQD,brazilian tensile strength(BTS) and brittleness index(BI) were introduced to construct a performance prediction database based on the hard-rock tunnel of Guiyang Metro Line 1 and Line 3,and then established the performance prediction model of cantilever boring machine.Then the deep belief network(DBN) was introduced into the performance prediction model,and the reliability of performance prediction model was verified by combining with engineering data.The study showed that the influence degree of surrounding rock parameters on the tunneling performance of the cantilever boring machine is UCS > [BQ] > BTS >RQD > Kv > BI.The performance prediction model shows that the instantaneous cutting rate(ICR) has a good correlation with the surrounding rock parameters,and the predicting model accuracy is related to the reliability of construction data.The prediction of limestone and dolomite sections of Line 3 based on the DBN performance prediction model shows that the measured ICR and predicted ICR is consistent and the built performance prediction model is reliable.The research results have theoretical reference significance for the applicability analysis and mechanical selection of cantilever boring machine for hard rock tunnel. 展开更多
关键词 Urban metro tunnel Cantilever boring machine hard rock tunnel Performance prediction model Linear regression Deep belief network
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The Practice of Forward Prospecting of Adverse Geology Applied to Hard Rock TBM Tunnel Construction: The Case of the Songhua River Water Conveyance Project in the Middle of Jilin Province 被引量:19
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作者 Shucai Li Lichao Nie Bin Liu 《Engineering》 2018年第1期131-137,共7页
An increasing number of tunnels are being constructed with tunnel-boring machines (TBMs) due to the increased efficiency and shorter completion time resulting from their use. However, when a TBM encoun- ters adverse... An increasing number of tunnels are being constructed with tunnel-boring machines (TBMs) due to the increased efficiency and shorter completion time resulting from their use. However, when a TBM encoun- ters adverse geological conditions in the course of tunnel construction (e.g., karst caves, faults, or frac- tured zones), disasters such as water and mud inrush, collapse, or machine blockage may result, and may severely imperil construction safety. Therefore, the advance detection of adverse geology and water-bearing conditions in front of the tunnel face is of great importance. This paper uses the TBM tun- neling of the water conveyance project from Songhua River as a case study in order to propose a compre- hensive forward geological prospecting technical system that is suitable for TBM tunnel construction under complicated geological conditions. By combining geological analysis with forward geological prospecting using a three-dimensional (3D) induced polarization method and a 3D seismic method, a comprehensive forward geological prospecting technical system can accurately forecast water inrush geo-hazards or faults in front of the TBM tunnel face. In this way, disasters such as water and mud inrush, collapse, or machine blockage can be avoided. This prospecting technical system also has reference value for carrying out the forward prospecting of adverse geology for potential TBM tunneling and for ensuring that a TBM can work efficiently. 展开更多
关键词 hard rock TBM tunnelS Comprehensive FORWARD PROSPECTING Geological analysis3D induced polarization3D seismic methodAdverse GEOLOGY
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3D DEM simulation of hard rock fracture in deep tunnel excavation induced by changes in principal stress magnitude and orientation
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作者 Weiqi Wang Xia-Ting Feng +2 位作者 Qihu Wang Rui Kong Chengxiang Yang 《Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering》 SCIE 2024年第10期3870-3884,共15页
To achieve the loading of the stress path of hard rock,the spherical discrete element model(DEM)and the new flexible membrane technology were utilized to realize the transient loading of three principal stresses with ... To achieve the loading of the stress path of hard rock,the spherical discrete element model(DEM)and the new flexible membrane technology were utilized to realize the transient loading of three principal stresses with arbitrary magnitudes and orientations.Furthermore,based on the deep tunnel of China Jinping Underground Laboratory II(CJPL-II),the deformation and fracture evolution characteristics of deep hard rock induced by excavation stress path were analyzed,and the mechanisms of transient loading-unloading and stress rotation-induced fractures were revealed from a mesoscopic perspective.The results indicated that the stressestrain curve exhibits different trends and degrees of sudden changes when subjected to transient changes in principal stress,accompanied by sudden changes in strain rate.Stress rotation induces spatially directional deformation,resulting in fractures of different degrees and orientations,and increasing the degree of deformation anisotropy.The correlation between the degree of induced fracture and the unloading magnitude of minimum principal stress,as well as its initial level is significant and positive.The process of mechanical response during transient unloading exhibits clear nonlinearity and directivity.After transient unloading,both the minimum principal stress and minimum principal strain rate decrease sharply and then tend to stabilize.This occurs from the edge to the interior and from the direction of the minimum principal stress to the direction of the maximum principal stress on theε1-ε3 plane.Transient unloading will induce a tensile stress wave.The ability to induce fractures due to changes in principal stress magnitude,orientation and rotation paths gradually increases.The analysis indicates a positive correlation between the abrupt change amplitude of strain rate and the maximum unloading magnitude,which is determined by the magnitude and rotation of principal stress.A high tensile strain rate is more likely to induce fractures under low minimum principal stress. 展开更多
关键词 Deep hard rock tunnel Three-dimensional(3D)discrete element model(DEM) Magnitude and orientation of principal stress Transient unloading Fracture mechanism
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低压超声速磨料空气射流喷嘴结构
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作者 刘勇 李志平 +3 位作者 魏建平 蔡玉波 余大炀 黄逸 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期1704-1716,共13页
硬岩隧道掘进刀具磨损严重、换刀频繁是限制高效掘进的主要因素,低压磨料空气射流辅助刀具破岩是突破硬岩隧道掘进技术瓶颈的可行性思路,为实现辅助高横移速度刀具破岩,提出了矩形喷嘴。矩形喷嘴能有效提高磨料在移动方向集束性,进而减... 硬岩隧道掘进刀具磨损严重、换刀频繁是限制高效掘进的主要因素,低压磨料空气射流辅助刀具破岩是突破硬岩隧道掘进技术瓶颈的可行性思路,为实现辅助高横移速度刀具破岩,提出了矩形喷嘴。矩形喷嘴能有效提高磨料在移动方向集束性,进而减小切缝宽度,提高切缝深度。为明确矩形喷嘴对磨料加速及破岩的影响规律,采用加长扩张段长度和截面近似等效设计了圆形喷嘴及矩形喷嘴;然后基于数值方法确定了喷嘴扩张段长度对气体及磨料加速的影响,并对比分析了喷嘴不同断面形状对磨料加速和分布特征的影响。最后通过开展低压磨料空气射流冲蚀破碎花岗岩实验,研究了喷嘴结构和横移速度对冲蚀效果的影响,分析了不同断面形状喷嘴的切割效率,确定了适用辅助刀具破岩的最佳喷嘴结构。数值结果表明压力2 MPa时,加长扩张段长度,气固两相能量转化更充分,磨料加速更充分,但随着喷嘴扩张段持续加长,磨料速度提升不明显;相比圆形断面喷嘴,矩形断面喷嘴对磨料加速稍差,但仍能将磨料加速至300 m/s,且经矩形喷嘴加速的磨料在自由流域呈扁平矩形分布,有效提高了磨料在刀具横移方向的集束性。实验表明圆形喷嘴扩张段加长,岩石冲蚀深度不断增加,当扩张段长度为145 mm时,花岗岩冲蚀深度分别为23.90、20.23 mm,扩张段长度持续加长,岩石的冲蚀深度提高并不显著。当横移速度为0.02 m/s时,喷嘴C_(4)、R_(1)、R_(2)切割玄武岩深度分别为3.35、12.15、8.25 mm,花岗岩深度分别为5.2、14.9、11.5 mm;横移速度为0.30 m/s时,喷嘴C_(4)、R_(1)切割玄武岩深度分别为0.8、3.0 mm,花岗岩深度分别为1.0、3.6 mm。对比喷嘴C_(4),和数值模拟结果相同,矩形喷嘴能使磨料聚能、磨料利用充分,切割效率较优。且喷嘴R_(1)的切割效率最好,喷嘴结构最优。研究结论将为磨料空气射流辅助刀具破岩提供理论和技术支撑。 展开更多
关键词 磨料空气射流 喷嘴结构 硬岩掘进 磨料加速分布 切割效率
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围压条件下粒子冲击破岩裂隙扩展机理研究
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作者 刘勇 李兴 +2 位作者 郭鑫辉 魏建平 宋大钊 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第8期1-10,33,共11页
为揭示粒子冲击下围压对岩石裂隙形成及扩展机制的影响,开展了粒子冲击破岩试验和微纳米工业CT(compnted tomography)扫描试验,明确了围压对粒子冲击作用下岩石裂隙扩展特征的影响;并对不同围压条件下的粒子冲击进行数值模拟,分析了岩... 为揭示粒子冲击下围压对岩石裂隙形成及扩展机制的影响,开展了粒子冲击破岩试验和微纳米工业CT(compnted tomography)扫描试验,明确了围压对粒子冲击作用下岩石裂隙扩展特征的影响;并对不同围压条件下的粒子冲击进行数值模拟,分析了岩石的应力场和裂隙场演化过程,揭示了围压影响裂隙扩展的内在机制。结果表明,粒子冲击岩石后,在岩石内部形成破碎区和晶间主裂隙扩展区。压应力导致形成的剪切应力和拉应力是破碎区形成的主要原因,而晶间主裂隙扩展区形成的主要原因是切向衍生拉应力。围压使岩石颗粒间产生预应力,导致切向衍生拉应力需克服颗粒之间的初始压应力才能形成张拉裂隙;围压的增大导致岩石颗粒间剪切裂隙比例和摩擦效应提升,产生相同裂隙数目消耗能量增大,抑制了晶间主裂隙扩展区和破碎区的形成,破碎效果降低。 展开更多
关键词 水射流 粒子射流 冲击破岩 辅助破岩 硬岩掘进
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极高地应力硬岩隧道变形规律及施工优化研究
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作者 王昆 张粒 +2 位作者 廖峻 朱仁景 吴胜忠 《公路交通技术》 2024年第3期124-132,共9页
依托重庆市巫镇高速宝山隧道工程,采用数值模拟方法开展极高地应力无仰拱硬岩隧道的变形规律和施工优化研究,对不同施工工法、施工步距进行了比选。研究表明:1)不同施工工法隧道变形规律基本一致,竖向位移大于水平位移且基底隆起较拱顶... 依托重庆市巫镇高速宝山隧道工程,采用数值模拟方法开展极高地应力无仰拱硬岩隧道的变形规律和施工优化研究,对不同施工工法、施工步距进行了比选。研究表明:1)不同施工工法隧道变形规律基本一致,竖向位移大于水平位移且基底隆起较拱顶沉降更明显,全断面法施工隧道变形收敛速度最快;2)不同施工工法均为基底应力释放程度最大,释放后基底应力仅为初始的55%,且全断面法拱脚处应力集中范围最小;3)隧道周围的岩体以拉伸破坏为主,部分位置存在剪切破坏,施工工法对塑性区的水平影响范围有限;4)该隧道选用全断面法施工可行且较经济。全断面法不同施工步距变形及应力分布基本规律相同,施工步距越大,水平竖向位移越大,拱脚处应力集中越显著,最小主应力值也越大,综合考虑现场施工建设速度、变形收敛情况、应力分布状态,采用1.6 m步距较经济合理。 展开更多
关键词 极高地应力 硬岩隧道 变形规律 施工工法 施工优化
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基于层次分析法的TBM滚刀评价方式
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作者 李雪 陈霖 +3 位作者 霍鹏 马文帅 龚子邦 吴九七 《城市轨道交通研究》 北大核心 2024年第2期38-42,47,共6页
[目的]为了减少TBM(硬岩隧道掘进机)在高磨蚀性岩层中掘进时的换刀次数,以及选出最适用于高磨蚀性岩层的滚刀,提出一种基于层次分析法的滚刀评价方法。[方法]建立了滚刀磨损失效危害评价模型;选取7个磨损失效类型因素,基于层次分析法建... [目的]为了减少TBM(硬岩隧道掘进机)在高磨蚀性岩层中掘进时的换刀次数,以及选出最适用于高磨蚀性岩层的滚刀,提出一种基于层次分析法的滚刀评价方法。[方法]建立了滚刀磨损失效危害评价模型;选取7个磨损失效类型因素,基于层次分析法建立了滚刀磨损失效危害评价模型和比较判断矩阵,计算出各失效类型危害的占比;以广佛东环城际铁路大源站至太和站区间线路为例,对4个常用品牌的滚刀进行定量分析;建立风险评价分值表,分析4个品牌的滚刀在使用过程中的失效影响评价值。[结果及结论]高磨蚀岩层中的滚刀非正常磨损占比为23.29%,正常磨损占比为76.71%。c品牌和d品牌滚刀的失效影响评价值分别为7.141和4.816,远小于a品牌滚刀的失效影响评价值7.587和b品牌滚刀的失效影响评价值9.058。d品牌滚刀的相对磨损速率大于c品牌滚刀,因此c品牌滚刀最适用于高磨蚀性岩层。a品牌滚刀适用于硬度极大的岩层,b品牌滚刀不推荐使用,d品牌滚刀适用于硬度较小的岩层。 展开更多
关键词 硬岩隧道 层次分析法 滚刀评价方式
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金属矿山深部硬岩矿床非爆连续采矿技术及应用
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作者 刘福春 郭钦鹏 熊有为 《有色金属(矿山部分)》 2024年第6期64-69,83,共7页
随着我国矿产资源需求的不断攀升及浅层矿产资源的日益枯竭,向深部拓展开采新的矿产资源已成为必然的趋势。首先,针对传统的凿岩爆破工艺在深部开采中面临的诸多挑战,阐述了深部硬岩矿床非爆连续采矿技术及装备。然后,以某深部硬岩矿山... 随着我国矿产资源需求的不断攀升及浅层矿产资源的日益枯竭,向深部拓展开采新的矿产资源已成为必然的趋势。首先,针对传统的凿岩爆破工艺在深部开采中面临的诸多挑战,阐述了深部硬岩矿床非爆连续采矿技术及装备。然后,以某深部硬岩矿山为例,详细介绍了非爆连续采矿技术的应用实践,并展示了所带来的积极成效,为深部硬岩矿床非爆连续开采提供案例借鉴;最后,基于实践经验,结合人工智能等前沿技术,提出了矿石制浆与水力输送技术,有望为深井矿石的提升提供一种更为高效、环保的解决方案,进一步优化和提升深部矿山的开采效率和安全性。 展开更多
关键词 深部开采 硬岩矿床 综合机械化掘进 机械破岩 水力输送
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浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制研究与应用
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作者 王守慧 梅玉春 +9 位作者 刘泉维 李为腾 殷险峰 王刚 李文蓄 王绪勇 秦哲 杨旭旭 冯强 张朔 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期131-141,共11页
预应力锚杆主动支护技术在隧道工程的应用日益增多,但其对浅埋大跨岩质隧道的适用性及作用机制尚未明确。以青岛地铁暗挖车站为依托工程,开展调研分析、数值计算和模型试验,对比分析预应力锚杆与非预应力锚杆对块状围岩的支护作用,从围... 预应力锚杆主动支护技术在隧道工程的应用日益增多,但其对浅埋大跨岩质隧道的适用性及作用机制尚未明确。以青岛地铁暗挖车站为依托工程,开展调研分析、数值计算和模型试验,对比分析预应力锚杆与非预应力锚杆对块状围岩的支护作用,从围岩应力补偿、块体围岩挤压成拱和危险块体控制3个方面研究浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制及理论模型,并进一步开展现场应用。结果表明:原支护方案主要沿用了土质隧道支护理念,对岩质围岩自承能力的认识和利用不充分;锚杆预应力(100 kN)使围岩拉应力区消失、塑性区大幅度减小,并使围岩结构面的法向挤压接触应力提高约0.2~0.3 MPa,有效控制结构面两侧岩体的滑移错动,提升了隧道围岩整体稳定性;建立的主动支护理论模型将传统主动支护应力补偿对象由开挖面聚焦至岩体结构面;主动支护新方案较原支护方案的支护材料减量约30%,工期缩短约17%,隧道沉降量减小约50%。 展开更多
关键词 预应力锚杆 主动支护 地铁暗挖车站 硬岩 大跨隧道
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高压富水硬岩地层双护盾TBM前置式超前注浆堵水技术研究
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作者 冀国栋 王立川 +5 位作者 陈典华 王灿林 王宝友 李庆斌 黄江帆 陈霞飞 《施工技术(中英文)》 CAS 2024年第1期87-92,共6页
晋中引黄输水隧洞双护盾TBM施工穿越高压富水裂隙,掌子面高压大流量突涌水严重,采用常规后置式超前注浆技术对掌子面突涌水进行超前处置效果不佳,主要原因是受外插角影响,采用常规后置式超前注浆存在注浆目标区域受限、钻探效率低、超... 晋中引黄输水隧洞双护盾TBM施工穿越高压富水裂隙,掌子面高压大流量突涌水严重,采用常规后置式超前注浆技术对掌子面突涌水进行超前处置效果不佳,主要原因是受外插角影响,采用常规后置式超前注浆存在注浆目标区域受限、钻探效率低、超前注浆控制难度大等问题,难以形成有效的止水帷幕结构。对隧洞水文地质条件、突涌水情况及超前注浆技术进行系统研究分析,提出双护盾TBM前置式超前注浆堵水工艺,通过优化注浆设备,在掌子面处实施超前注浆堵水。开展现场注浆试验,对坚硬岩面钻孔施工、注浆材料、注浆参数控制及注浆段长优化等技术进行研究,并根据现场试验信息,不断优化注浆设备及工艺。通过对晋中引黄输水隧洞实施前置式超前注浆堵水技术,洞内平均出水量降至3 702m~3/d,降幅达75.9%,同时在一定程度上提高了TBM施工效率。实践证明该技术方法有效。 展开更多
关键词 地下工程 输水隧洞 硬岩地层 双护盾TBM 突涌水 注浆
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TBM窄刃刀与标准刀现场性能对比测试与分析
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作者 郑加星 贾昊霖 +4 位作者 裴成元 杜立杰 李青蔚 宋闻学 唐荣 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第2期360-367,共8页
极硬岩条件下如何进行刀具选型,使TBM掘进速度和刀具消耗取得综合效益,是有待解决的具有争议性的问题。为此,依托新疆YE工程现场TBM实际掘进,在岩石单轴抗压强度为100~150 MPa的完整Ⅱ类凝灰岩条件下,对比测试刀盘主要区域窄刃刀和标准... 极硬岩条件下如何进行刀具选型,使TBM掘进速度和刀具消耗取得综合效益,是有待解决的具有争议性的问题。为此,依托新疆YE工程现场TBM实际掘进,在岩石单轴抗压强度为100~150 MPa的完整Ⅱ类凝灰岩条件下,对比测试刀盘主要区域窄刃刀和标准刀的掘进性能表现以及刀具消耗情况,探索降低滚刀刀圈刃宽,提升TBM贯入度和掘进速度的可行性与合理性。结果表明:1)使用窄刃刀破岩对贯入度和施工速度有着较为明显的提升,且随着围岩抗压强度的增加,窄刃刀对掘进速度的提升效果明显;2)与标准刀相比,窄刃刀消耗数量也有较大增加,但2种滚刀的失效形式占比情况大致相同,对TBM作业利用率影响极小;3)经综合成本估算,窄刃刀通过提升施工速度节省的成本远高于刀具消耗增加的成本。 展开更多
关键词 TBM 滚刀 刀刃宽度 贯入度 掘进速度 刀具消耗
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硬岩引水隧洞掘进爆破参数研究
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作者 张北旗 贾虎 +1 位作者 汪海波 吕闹 《佳木斯大学学报(自然科学版)》 CAS 2024年第4期114-118,共5页
为探究不同岩性时引水隧洞爆破合理的延迟时间和最小抵抗线,以瓯江引水工程三标段隧洞爆破工程为背景,依据理论公式分析了隧洞爆破的合理延时;通过ANSYS数值模拟软件建立不同最小抵抗线的计算模型,对不同工况下岩体内有效应力、裂纹扩... 为探究不同岩性时引水隧洞爆破合理的延迟时间和最小抵抗线,以瓯江引水工程三标段隧洞爆破工程为背景,依据理论公式分析了隧洞爆破的合理延时;通过ANSYS数值模拟软件建立不同最小抵抗线的计算模型,对不同工况下岩体内有效应力、裂纹扩展情况进行对比分析。结果表明,对于花岗岩和凝灰岩,随着最小抵抗线增大,对应的延时也增大,有效应力作用呈衰减态势,裂纹扩展逐渐分散;根据优化结果以3m的炮孔深度为例,花岗岩和凝灰岩下掏槽孔与辅助孔、崩落孔间、崩落孔与周边孔的延时分别取80ms,50ms,30ms和90ms,50ms,40ms,最小抵抗线为600mm~650mm,经现场试验表明爆落岩石块度均匀、易于装运,断面轮廓成型规整,炮孔利用率达到91%,光爆效果良好、与研究结果吻合。 展开更多
关键词 硬岩隧洞 延迟时间 最小抵抗线 光面爆破 数值模拟
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三模式掘进机全断面岩层段TBM模式施工技术研究 被引量:1
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作者 谢文达 梁红兵 +2 位作者 陈乔松 郭永顺 马经哲 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第3期596-604,共9页
为研究三模式掘进机使用TBM模式在全断面岩层中的施工技术,以广州地铁7号线二期萝岗站—水西站盾构区间工程为研究背景,分别从出渣方式、掘进参数控制、刀具管理和稳定器应用4个方面对三模式掘进机TBM模式施工技术进行总结。结果表明:1... 为研究三模式掘进机使用TBM模式在全断面岩层中的施工技术,以广州地铁7号线二期萝岗站—水西站盾构区间工程为研究背景,分别从出渣方式、掘进参数控制、刀具管理和稳定器应用4个方面对三模式掘进机TBM模式施工技术进行总结。结果表明:1)本工程中三模式掘进机使用镶齿滚刀施工,相对光面滚刀的消耗更少,刀盘转矩更低;2)三模式掘进机TBM模式采用泥浆循环和螺旋输送机双通道出渣,可显著降低泥浆管堵塞的概率,提高出渣效率;3)三模式掘进机在前盾、中盾安装稳定器和撑靴,可保证全断面硬岩地层中掘进盾体不发生滚动,同时增强盾体稳定性;4)在全断面岩层中采用三模式掘进机TBM模式开挖隧道,刀盘转速为3.0 r/min,总推力约15000 k N,转矩可控制在1300 k N·m,推进速度为8~12 mm/min。 展开更多
关键词 轨道交通 三模式掘进机 硬岩段 掘进效率 全断面岩层
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不同堵塞条件下硬岩隧道直眼掏槽破岩效果数值模拟研究
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作者 陈思佑 姚颖康 +2 位作者 朱丹 孙金山 贾永胜 《江汉大学学报(自然科学版)》 2024年第3期5-15,共11页
为研究不同堵塞材料及堵塞长度对硬岩隧道直眼掏槽爆破效果的影响,依托工程实例,采用ANSYS/LS一DYNA仿真模拟软件建立三维数值模型,对5种不同堵塞条件展开研究。根据数值模型计算结果,对掏槽区域爆破裂纹拓展情况进行了定性分析,对典型... 为研究不同堵塞材料及堵塞长度对硬岩隧道直眼掏槽爆破效果的影响,依托工程实例,采用ANSYS/LS一DYNA仿真模拟软件建立三维数值模型,对5种不同堵塞条件展开研究。根据数值模型计算结果,对掏槽区域爆破裂纹拓展情况进行了定性分析,对典型部位的岩石受力情况进行了定量分析。结果表明:1)自由面岩石主要受拉应力作用产生裂纹,炮孔堵塞使得爆炸荷载整体作用时间延长,致使自由面上裂纹更加密集;2)位于炸药和堵塞材料之间空气段附近的围岩,先受爆炸应力波作用岩石被压碎,后受力在拉压应力之间多次转化,致使裂纹被放大,结合爆生气体发挥的“气楔”作用,使得裂纹几乎贯穿模型截面;3)炮孔堵塞后炸药段周围岩石受到的爆生气体作用应力值显著提升,比不堵塞时的炸药段周围岩石峰值应力高出1.31~2.34倍,炮孔堵塞使得爆生气体持续稳定发挥作用时的压应力值提高3.70~4.70倍;4)以黏土和水作为堵塞材料时,堵塞长度为40cm的直眼掏槽破岩效果优于堵塞长度为60cm的效果。研究成果可为优化硬岩隧道直眼掏槽爆破参数提供理论基础。 展开更多
关键词 钻爆法 硬岩隧道 直眼掏槽 炮孔堵塞 数值模拟
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不同岩性与断面形状的深部硬岩隧洞板裂失稳试验
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作者 李翔 苗森 杨博 《中国安全科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第8期108-119,共12页
为探究岩性与断面形状对深部硬岩隧洞板裂失稳特性的影响,开展板裂失稳室内真三轴试验。首先,选择以大理岩和花岗岩为主的2种硬岩试样以及高边墙城门洞形和曲墙拱形2种实际应用中的典型断面形状试样;然后,从板裂失稳形态、剥落岩板(片)... 为探究岩性与断面形状对深部硬岩隧洞板裂失稳特性的影响,开展板裂失稳室内真三轴试验。首先,选择以大理岩和花岗岩为主的2种硬岩试样以及高边墙城门洞形和曲墙拱形2种实际应用中的典型断面形状试样;然后,从板裂失稳形态、剥落岩板(片)特征及板裂特征应力3方面入手,对比分析不同岩性与断面形状影响下的不同破坏特征;最后,利用数值模拟探究围岩板裂裂纹发育扩展过程中相应的位移及应力分布特征,进一步揭示深部硬岩隧洞的板裂失稳特性。结果表明:试验过程中,对于板裂失稳形态,与花岗岩相比,大理岩试样岩板剥落及张开破坏现象更为显著;与高边墙城门洞形相比,曲墙拱形试样板裂破坏涉及的断面轮廓范围更小。对于剥落岩板(片)特征,不同岩性产生不同的剥落岩板形态;与高边墙城门洞形相比,曲墙拱形试样对应的近外层剥落岩板更趋细长。对于板裂特征应力,与大理岩相比,花岗岩试样在板裂开始时的应力门槛值更高,板裂失稳演化进程更快;与曲墙拱形相比,高边墙城门洞形试样从开始出现板裂直至发生明显板裂破坏的特征应力均更高。数值模拟中的位移较大区域集中在孔洞侧壁处,距离侧壁越远,位移相对越小;切向应力集中是导致板裂发生的主要原因。 展开更多
关键词 岩性 断面形状 深部硬岩隧洞 板裂失稳 真三轴试验
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矿用硬岩巷道机械化掘进破岩形式研究现状及展望
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作者 李潮 鲁义强 +2 位作者 陈召 易海洋 王明耀 《煤炭科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第S01期259-268,共10页
硬岩巷道快速掘进是实现煤矿智能高效开采的重要环节,悬臂掘进机、TBM和底切割装备都在尝试解决这一难点,掘进技术和装备的发展直接影响采矿的安全生产和经济效益。首先,总结了悬臂掘进机在硬岩截割工况的适用范围和截齿消耗现状,分析... 硬岩巷道快速掘进是实现煤矿智能高效开采的重要环节,悬臂掘进机、TBM和底切割装备都在尝试解决这一难点,掘进技术和装备的发展直接影响采矿的安全生产和经济效益。首先,总结了悬臂掘进机在硬岩截割工况的适用范围和截齿消耗现状,分析截割破岩形式的现场试验,发现在较高的岩石强度条件下,截齿消耗量较正常磨损翻倍,掘进速度与开采速度的不匹配,严重制约了矿井生产。其次,分析了滚刀破岩形式和装备在矿山领域的应用和新产品现状,得出移动式矿用掘进设备采用滚刀挤压破岩,块状渣土少,粉末多,刀盘推力小,导致破岩能力不足。最后,分析了线性底切割破岩技术和非线性底切割技术的原理和装备研发现状。结果表明:随着振荡频率的提高,切削力显著降低,非线性底切割破岩单位体积消耗能量少,优势明显。但在硬岩条件下的掘进效率、设备稳定性等关键问题有待验证,非线性底切割技术有望突破未来矿山硬岩掘进的技术难题。 展开更多
关键词 硬岩巷道 掘进技术 破岩形式 截齿破岩 滚刀破岩 底切割技术
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秦岭马白山硬岩隧道快速施工安全步距研究
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作者 文凯 高永补 《铁路技术创新》 2024年第1期157-162,共6页
秦岭马白山隧道属于双洞单线隧道,隧道洞身主要为燕山期花岗岩,粗粒花岗结构,块状构造,以Ⅱ、Ⅲ级围岩为主,属硬质岩体。为满足硬岩隧道快速施工要求,有效组织实施各工序,考虑马白山隧道施工现场实际作业工装配置和作业空间需求,通过现... 秦岭马白山隧道属于双洞单线隧道,隧道洞身主要为燕山期花岗岩,粗粒花岗结构,块状构造,以Ⅱ、Ⅲ级围岩为主,属硬质岩体。为满足硬岩隧道快速施工要求,有效组织实施各工序,考虑马白山隧道施工现场实际作业工装配置和作业空间需求,通过现场监测试验,提出满足全断面开挖及相应支护条件下的长距离安全步距,实现硬岩隧道快速施工。该研究可为类似硬岩隧道施工提供借鉴。 展开更多
关键词 西十高铁 隧道 机械化施工 硬质岩体 安全步距
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高地应力水平层状硬岩隧道岩爆分级与防控技术研究
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作者 朱铭 《交通节能与环保》 2024年第2期238-242,共5页
本文依托乐汉高速大峡谷隧道,总结分析了高地应力水平层岩爆的特征并提出了岩爆分级标准。在岩爆分级的基础上,提出了针对不同岩爆等级的处置措施。现场实践结果表明,对于弱岩爆可以采用全断面法开挖,降低扰动次数。对于中~强岩爆段,宜... 本文依托乐汉高速大峡谷隧道,总结分析了高地应力水平层岩爆的特征并提出了岩爆分级标准。在岩爆分级的基础上,提出了针对不同岩爆等级的处置措施。现场实践结果表明,对于弱岩爆可以采用全断面法开挖,降低扰动次数。对于中~强岩爆段,宜采取短进尺分部开挖,降低爆破对围岩的一次性扰动,同时采取应力释放孔、应力解除爆破孔等辅助措施提前释放围岩应力。 展开更多
关键词 高地应力 硬岩隧道 岩爆 防治措施 施工技术
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深埋硬岩隧道结构面对岩爆破坏特征的影响研究
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作者 陈毅 《水电能源科学》 北大核心 2024年第7期105-108,72,共5页
深埋硬岩隧道开挖过程岩爆灾害频繁,严重威胁施工安全及工程进度,而岩爆孕育破坏过程主要受结构面影响。为此,通过对岩爆区域岩样开展单轴压缩试验,对比分析了不同岩样破坏过程力学特性,并结合隧道开挖过程典型岩爆案例,揭示了结构面对... 深埋硬岩隧道开挖过程岩爆灾害频繁,严重威胁施工安全及工程进度,而岩爆孕育破坏过程主要受结构面影响。为此,通过对岩爆区域岩样开展单轴压缩试验,对比分析了不同岩样破坏过程力学特性,并结合隧道开挖过程典型岩爆案例,揭示了结构面对岩爆破坏特征的影响。结果表明,深埋硬岩隧道岩爆区含结构面岩样比完整岩样宏观破坏较早,主要以往复破坏或二次破坏为主,完整岩样以阶梯状逐级破坏为主;结构面对岩爆破坏过程具有很强的控制作用,结构面存在区域发生岩爆的概率更高,破坏方向主要沿结构面发育方向扩展,破坏影响范围和深度主要受结构面控制;结构面存在区域岩爆多发生于结构面端部附近或结构面交汇处。研究结果可为类似深埋硬岩隧道开挖过程岩爆灾害预防与控制提供参考价值。 展开更多
关键词 深埋隧道 硬岩 岩爆灾害 结构面 破坏特征
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宽孔距爆破技术在大断面硬质岩石隧洞开挖中的应用
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作者 杨玉银 杨仕杰 +2 位作者 张艳如 黄浩 苑庆森 《工程爆破》 CSCD 北大核心 2024年第1期66-73,共8页
在乌干达卡鲁玛水电站尾水隧洞开挖施工中,为了解决大断面硬质岩石隧洞开挖炮孔数量多、钻孔时间长、施工进度慢等问题,实际施工中调整了隧洞爆破布孔思路,改变了传统布孔方式,提出了“隧洞开挖宽孔距布孔”的理念。通过一系列爆破试验... 在乌干达卡鲁玛水电站尾水隧洞开挖施工中,为了解决大断面硬质岩石隧洞开挖炮孔数量多、钻孔时间长、施工进度慢等问题,实际施工中调整了隧洞爆破布孔思路,改变了传统布孔方式,提出了“隧洞开挖宽孔距布孔”的理念。通过一系列爆破试验,成功将原设计上台阶开挖炮孔数量246个减少到181个,有效降低了炮孔数量,实现了快速掘进。试验表明:在大断面硬质岩石隧洞开挖中,通过采用宽孔距爆破技术,炮孔数量降低了26.42%,有效缩短了钻孔时间,加快了开挖单循环速度,最终实现了主洞上层开挖单面月进尺230.2 m(开挖断面102.02 m^(2)),为同类隧洞的开挖提供了经验。 展开更多
关键词 隧洞开挖 硬质岩石 宽孔距布孔 试验研究
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