考虑下游河道明渠流扰动的尾水隧洞水力波动特性研究

除过渡过程引起的明满流现象外,尾水河道波动同样对长尾水系统的稳定性具有重要影响。基于VOF明渠流模型,研究了下游河道尾水波动对尾水隧洞水力震荡和机组性能的影响。结果表明,调压井后端的尾水隧洞中的压力脉动主要由调压井和下游波浪共同作用引起,呈现出一定的周期性波动;调压井对来自下游的低频脉动具有消波作用,可消除95%以上由波浪引起的低频压力脉动;在下游水位突变的情况下,压力脉动经历了由喷气主导的大波动向下游造波主导的平稳波动的过渡;由下游波浪引起的脉动无法有效传递至转轮区域,受调压室的影响较大;然而喷气引起的某些脉动频率如0.8203 Hz能够有效传递到转轮出口,并保留67.2%的脉动幅值,进而影响转轮性能。

高速铁路隧道下穿尾矿库开挖安全稳定研究

尾矿库是防止环境污染的重要环保设施,一旦发生渗滤液渗漏、溃坝等,后果极为严重。当隧道从下方穿越尾矿库时,对尾矿库安全稳定存在一定影响。依托粗铅、电锌及渣综合利用工程的配套尾矿库旁大羊山隧道穿越项目,开展隧道开挖方式及尾矿库堆载对于尾矿库安全稳定的研究。经地质预报和监控量测分析,在离尾矿库较远处隧道采用控制爆破开挖,近接范围内采用机械开挖。利用数值模拟软件FLAC 3D,分别建立隧道机械开挖数值模型与尾矿库三维数值模型以分析隧道机械开挖及尾矿库堆渣对地表沉降影响。结果表明,隧道开挖造成的地表沉降对尾矿库最大影响约2.08 mm,尾矿库堆渣本身造成的地表沉降约10 mm,隧道开挖造成的地表沉降值小于尾矿库堆渣造成的地表沉降值。因此,隧道开挖不会对尾矿库安全造成影响。

基于高仿生形态布局的仿鸽扑翼飞行机器人系统设计

针对现有扑翼飞行机器人存在的飞行形态与实际鸟类相差较大,以及翅膀、尾翼布局和俯仰、转向控制方式仿生度较低的问题,提出一种形态布局与鸽子相仿的扑翼飞行机器人系统设计及实现方案.通过设计弧面-折翼-后掠翅膀、仿鸟扇形尾翼以及尾翼挨近翅膀后缘布置的布局方式,使扑翼机器人飞行形态更加接近真实鸟类,提高扑翼机器人的形态仿生度.在此基础上,设计结合下扑角调控无需尾翼大角度上翘的俯仰控制方式,以及不依赖于尾翼的翅膀收缩转向控制方式,在提高仿生度的同时保证飞行控制的有效性.在具体设计过程中,首先参考鸽子翅膀型式选择不同类型翅膀并进行风洞测试,确定出下扑角变化时仍能保持较优升推力性能的翅膀设计方案;其次,对各种尾翼型式进行分析和比较,结合鸽子尾翼特点进行仿鸽尾翼及俯仰、转向控制机构设计,并通过风洞测试验证;最后,设计飞控系统并装配整机,进行外场飞行测试,验证仿鸽扑翼飞行机器人平台的稳定性和可控性.

大型低速风洞尾撑机构研制

尾撑机构是为大型低速风洞研制配套的多用途支撑设备,其主要用途包括:支撑战斗机模型完成大迎角状态测力、测压试验任务,迎角连续变化范围-15°~90°,侧滑角连续变化范围±35°;支撑大尺度模型(最大翼展达6 m)完成常规测力、测压、地效试验等任务,满足迎角连续变化范围-10°~75°;支撑特殊模型进行特种试验,包括细长体模型、螺旋桨模型、动力模拟试验模型等。标模试验验证结果表明:该机构刚性强,模型支撑牢固,运行灵活,模型姿态变化定位精确,可满足常规和大量特种模型支撑和姿态变化需要。

土压平衡盾构机洞内更换盾尾刷技术

针对城铁花桥站—光夏路站盾构工程中出现的漏浆漏沙现象,对洞内更换盾尾刷技术进行具体的阐述,详细介绍了盾尾封堵、拼装机工装安装、盾尾刷更换等流程中的技术要点,对盾尾刷损坏的原因与防护措施进行分析和总结。

基于压电叠堆的智能风洞尾支杆结构主动抑振PD参数整定

验证飞行器气动性能往往需要进行风洞全模试验,尾支杆支撑结构设计简单、拆装便捷、对试验流场干扰低,因此全尺寸模型普遍采用尾支杆支撑形式。但其支撑刚度低、结构阻尼小,容易引发支杆-模型系统的振动。本文基于压电叠堆设计了集成于尾支杆根部的智能主动抑振结构,应用改进粒子群算法对工程上常用的比例微分(PD)控制方法进行了整定优化,改善了其参数整定所需时间长、整定效率不高的问题。控制仿真及试验结果表明,采用基于改进粒子群算法的PD控制器可降低振动信号振幅最大值为52%,缩短99.48%的调整时间,抑振效果明显,能够为风洞尾支杆主动控制提供理论及实践参考。

速度160 km/h列车通过隧道时侧向气动力变化特征

[目的]我国某动车组以160 km/h的速度在明线运行时列车平稳性良好,但通过单线隧道时尾车出现周期性横向晃动的问题,需要对该动车组过隧道时列车气动特性进行深入研究。[方法]采用数值模拟方法,基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格技术,建立了带有转向架的某动车组的三维可压缩瞬态仿真模型,研究了列车通过隧道时尾车表面压力变化情况;同时,在时域和频域内分析了列车侧向气动力特征的瞬态性质。[结果及结论]由于隧道壁面对空气流动的限制和列车尾绕流的作用,列车通过隧道时车体两侧存在压差并呈现出交替变化的特征,并且尾车侧向力交变特征更明显;列车所受侧向力具有低频周期性交变特点,主频约为2.2 Hz,且在尾车刚进隧道时气动效应最强,侧向力波动幅度最大;列车侧向力变化值可作为车辆横向平稳性分析的边界条件。

MICP固化石墨尾矿对其抑尘能力及环境的影响

我国石墨尾矿产量大,堆积而成的尾矿库在没有有效处理的情况下会造成扬尘。微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)作为新型的岩土工程技术可以治理尾矿扬尘。MICP固化石墨尾矿影响因素众多,该文选取3种因素,对固化后的石墨尾矿进行风洞试验,酸碱度试验和易溶盐试验,研究各因素对微生物固化石墨尾矿的抑尘能力和环境的影响。从结果上看,MICP固化后的石墨尾矿试样抑尘能力好,且固化试样后的酸碱度与易溶盐含量变化不大。

基于角度传感器的机械式盾尾间隙测量装置的研制与应用

[目的]针对在盾构或隧道掘进机掘进过程中,盾尾间隙时刻处于变化之中,为保证施工安全,必须对盾尾间隙进行实时测量。针对非接触式盾尾间隙测量装置环境适应性差、精度低、造价高等不足,开展了接触式即机械式盾尾间隙测量装置的研制与开发。[方法]采用磁敏角度传感器进行角度测量,再经数学计算将角度值转换成距离值,得到对应的盾尾间隙值,实现了盾尾间隙实时测量。[结果及结论]该装置在工程现场进行了试验与应用,达到了较好的应用效果:机械式盾尾间隙测量装置可实现对盾尾间隙的连续实时测量,测量数据可以本地存储和远程读取,故测量效率高;机械式测量不需要经过复杂的数据处理,测量精度相对较高,可以控制在1 mm以内;机械式盾尾间隙测量装置成本低,约为非接触式测量装置造价的1/5,有利于成本控制。

滨海砂性土层顶管隧道接收挡土止水关键施工技术研究

接收过程是顶管隧道工程施工的关键环节之一,尤其在渗透系数较大的滨海砂性土层中,挡土止水措施处理不当很容易导致水土涌入,以致发生地面沉降塌陷,道路、管道管线或其他设施破坏等事故。在上海临港某商办项目顶管西通道砂性土层顶管隧道接收不当导致地表塌陷的背景下,借鉴盾构法盾尾钢丝刷的使用,结合二次进洞、土中进洞及备用辅助降水措施的联合实施,取代原设计方案中帘布橡胶板加弹簧钢板的挡土止水的方式,优化施工工艺,成功实现了东通道的安全接收。

盾尾密封油脂防水密封性能评价指标的相关性分析

[目的]盾尾油脂的性能对盾尾防水密封效果有显著的影响。盾尾油脂的性能检测指标较多,但这些指标与盾尾防水性能的关系尚未阐明,需对油脂各检测指标与防水性能之间的关系展开研究。[方法]选取了4种典型的盾尾油脂材料,分别进行了泵送性试验、稠度试验及耐水压密封性试验,获取了4种油脂的泵送量、锥入深度、保压时间及防水失效压力等4个性能指标的测试数据。基于自主设计的盾尾防水性能试验装置,开展了盾尾油脂的防水性能试验。采用皮尔逊相关系数法,分析了这4个性能指标与防水性能的相关性。[结果及结论]具有长纤维的油脂可以抵抗一定的应力,且较好的保压性能。不同盾尾油脂的防水失效压力有较大差异,其防水失效压力在0.41~0.70 MPa之间,并不是所有盾尾油脂都能满足0.60 MPa的设计防水压力,在油脂选型时应对油脂的性能进行检测。锥入深度与耐水压密封性、锥入深度与防水失效压力之间均呈高度负相关。

中国盾构隧道工程关键技术的新进展综述

从研究背景与思路、机制/原理、材料/装备、技术论证、试验研究、工程应用等方面介绍中国大直径盾构掘进主轴承事故分析及国产主轴承的自主研发、盾构隧道工程安全高效掘进渣土适配性改良技术及配套材料、盾尾安全保障核心材料研发、盾构隧道新型管片连接技术、城市隧道三模掘进机关键技术等5个方面关键技术的最新进展情况。认为:1)自主研制的超大型盾构机用直径8.01 m主轴承大型套圈纯净度、大型滚子纯净度、大型套圈疲劳性能、大型滚子硬度均匀性、套圈材料淬透性和淬硬层深度、保持架焊缝疲劳寿命和拉断力均优于进口水平;构建了真实对数曲线大型滚子设计方法,突破了高精度大型滚子加工技术,处于国际先进水平,高精度加工和装配保证了零件尺寸精度及形位公差均满足设计要求;通过产品验收、装机应用论证和工程应用,表明应用该大直径主轴承不会产生接触疲劳强度不足和微动引起的疲劳磨损,可用于超大直径盾构隧道工程建设。2)针对黏性、富水砂性和硬岩等复杂地层,以改善岩土环境为核心,研发出了高配向密度的聚合型泡沫剂、高分子抗黏剂、喷涌防止剂和耐磨抑尘剂等环保型系列渣土改良剂,形成了盾构泥饼、喷涌和磨损原位改良主动防控技术,建立了通用地层适配性盾构渣土动态改良技术体系,保障了盾构安全高效掘进。3)针对盾构掘进过程中的盾尾密封失效难题,研发了“黏-稠-流”有机统一的新型盾尾密封油脂,温度敏感性低(黏温系数0.4)、抗水压能力强(最高抗水压3.5 MPa),整体性能提高1.3倍,为盾尾安全提供了有力保障;针对盾构同步注浆浆液泌水、离析和地层沉降难题,研发出了同步注浆充填剂,优化了惰性充填浆液配比,30 min零泌水,实现了壁后惰性充填,保障了管片壁后注浆质量和地层沉降精细化控制。4)新型管片连接技术采用环缝插入+纵缝滑入的连接形式,可以高标准地控制隧道接缝张开量和错台量,管片制作及拼装精度高,可降低接缝防水难度,提升成型隧道的质量,无需设置手孔,无需人工紧固作业,自动化程度高,施工效率高,可节约施工成本及改善洞内拼装作业环境。5)研制出的土压+泥水+TBM三模掘进机能够满足复杂多变、软硬不均复合地层等几乎所有地层的掘进施工,且可在不停机、不拆装设备的前提下实现掘进模式的快速转换,在TBM掘进模式下螺旋输送机+泥浆管道可协同排渣,解决了富水硬岩地层掘进排渣难的问题,机械化和智能化程度高,安全可靠,施工效率高,可改善工人作业环境,节省工期和成本。中国盾构隧道建设取得的巨大成就,推动了中国乃至世界盾构隧道技术的发展和进步,但仍时有安全事故发生,需从装备、材料、技术、管理等方面进一步研究和突破。在今后较长的时间内,中国盾构隧道(尤其是大直径盾构隧道)仍将处于高速建设发展期,面临的建设条件将越来越复杂,技术难度和挑战也将越来越大。要实现盾构隧道建设的快速、安全、健康,需处理好盾构隧道技术领域的关键问题,实现盾构隧道关键核心技术的突破。上述关键技术仍需不断完善并加强推广和应用,以促进中国盾构隧道建设向高适应性、高智能、高可靠性、高效益、高质量、高安全性和低能耗方向发展,形成适合于中国“土壤”的盾构隧道新技术。

软弱局部透水地层注浆止水盾尾刷更换技术

在城市轨道交通建设中,由于长距离、小半径盾构掘进情况越来越多,导致盾尾刷因长时间受力或受力不均而磨损,降低或失去密封性,需对其及时进行更换。本研究以苏州轨道交通8号线虎殿路站—虎丘湿地公园站出入场线区间更换盾尾刷为背景,基于盾尾刷更换各种止水方式比选分析,结合该工程位于软弱局部透水地层特点,提出并实施了一种多方式注浆止水的盾尾刷更换方法。即在软弱局部透水地层中,通过在盾尾注入聚氨酯、惰性浆液、双浆液,以及通过盾体径向注入惰性浆液,对盾尾前后地下水进行有效封堵,再通过拆卸一环管片进行第一道盾尾刷的拆卸与更换,更换期间实测表明地表累积沉降与日沉降均满足控制要求,注浆加固后打开观测孔止水效果良好,仅耗时14 d便恢复掘进。本研究提出的软弱局部透水地层注浆止水的盾尾刷更换成套工艺与方法取得很好的实施效果,可为今后类似工程提供参考。

标准环加转弯环盾构管片排版及拼装选型算法研究

[目的]为解决人工进行标准环+转弯环(双面楔形)盾构管片排版和选点中存在的主观性强、计算繁琐、重复工作量大等问题,特对其进行算法研究,以解决实际工程问题。[方法]开发了标准环+转弯环管片自动排版、拼装选型及预测算法软件。基于成熟施工经验,依据隧道线形和管片转角计算管片排版计划,实现了管片排版的自动化计算。提出了综合考虑隧道线形、盾尾间隙、推进油缸行程和盾构机趋势的标准环+转弯环管片选型计算方法和决策算法,实现了管片自动拼装选点。在此基础上,通过建立盾构姿态变化与盾尾间隙和油缸行程变化量的关系式,实现了未来2环标准环+转弯环管片拼装点位和管片型号的预测。[结果及结论]研究成果在广州地铁12号线成功应用,显著提升了现场标准环+转弯环管片排版、选型的工作效率,降低了人力成本,并优化了盾构隧道施工工序。

富水软弱地层盾尾刷更换技术研究

盾尾刷是防止水、泥砂等涌入盾构内部的关键设施,在长距离掘进过程中,盾尾刷会逐渐磨耗,一旦失效,会诱发盾尾漏浆、地面沉降开裂等风险,甚至造成盾构机被淹,隧道损毁等工程事故。文章通过某区间盾尾刷更换案例,从工程概况、地质水文、风险预控、加固止水、安拆实施、盾构复推等角度,详细介绍盾构掘进过程中盾尾刷更换施工的全过程,验证文章所采用工序及措施的合理性、可靠性,为未来苏州轨道交通第四轮线网隧道施工盾尾刷更换作业提供借鉴。

A Calculation Method of Rolling Characteristics of Canard Missile with Free-Spinning Tails

The steady flow field of a canard missile on different angles of attack and Mach numbers were studied. Based on analysis, a method was proposed to reduce the calculation for the rolling characteristics of the canard missile with free-spinning tails, and was tested to obtain the relations between rolling moment coefficient, Mach number, and angle of attack. All the computed rolling moment coefficients obtained from the proposed method greatly agreed with the experimental results of FD-06 wind tunnel in CAAA, which proved that the method can not only reduce the calculation cost but also keep precision in calculating the rolling characteristics of canard missiles.

Rolling Control Characteristic Experimental Investigation of a Canard Missile with Free-Spinning Tail

To study the rolling control characteristics of a canard-controlled missile, a series of wind tunnel experiment is conducted. The experimental method, the structure features of wind tunnel model and the experimental results are introduced in this paper. The experimental data show that the canard is an inefficient rolling control device for canard-controlled missile with fixed tail fins; but for the free-spinning tail fin configuration, the canard can conduct rolling control of the missile, and even have higher controlling efficiency under larger canard deflection angle.

基于压缩和油脂逃逸试验的盾尾刷密封性分析

为研究盾尾刷质量问题对盾尾刷密封系统工作性能的影响,基于动态压缩试验与油脂逃逸试验,探讨了盾尾刷长期挤压、磨损程度、砂浆渗入对盾尾刷密封性能的影响机理.首先,通过动态压缩试验,获得各个影响因素下盾尾刷贴合力变化规律;其次,利用油脂逃逸试验获取不同工况下盾尾刷的油脂逃逸量;最后,以贴合力为媒介,将影响盾尾刷质量的因素与油脂逃逸量联系起来,探讨盾尾刷的密封性能.研究结果表明:长期挤压、盾尾刷磨损程度、砂浆渗入等因素对盾尾刷弹性性能的影响显著,尤其是砂浆渗入,盾尾刷弹性性能损失最大可达90%;油脂压力存在一临界压力,盾尾间隙为50、70、90 mm的临界油脂压力分别为0.4、0.3、0.2 MPa,低于临界压力时油脂逃逸量极少,超过临界压力时油脂逃逸量陡增,油脂压力增加0.1 MPa,油脂逃逸量增加4倍以上;在盾构平均盾尾间隙(70 mm)条件下,当保护板磨损超过1/2与砂浆渗入比超过10%时,油脂逃逸将超过工程容许上限.

某尾矿库内外排水隧洞合流水力计算分析

结合某尾矿库的实际汇水面积和地形条件,采用上游设拦洪坝截洪和库内另设排洪系统的联合排洪系统。对库内外特征标高分别进行调洪库容计算,均采用无压均匀流公式对排洪系统的泄流能力进行了计算,并进行了调洪演算分析。结果表明,隧洞合流前后均为无压流且能满足排洪要求,为确保尾矿坝防排洪安全提供理论依据,可为类似工程提供一定参考。

燃气尾喷对水下航行体通气空泡形态及表面压力的影响

为研究燃气尾喷对水下通气航行体空泡形态及表面压力影响,开展了燃气尾喷下的航行体通气空泡实验。通过高速摄像获得了尾喷状态下的通气空泡形态,通过压力采集系统测量了尾喷作用下航行体表面的压力,并对压力信号进行频谱分析。实验结果表明:相同攻角下,随着通气空泡覆盖率增大,尾喷对通气空泡的影响经历了“退泡”至“颈缩”的发展,且随着攻角的增大,通气空泡的“颈缩”现象减弱;局部通气空泡状态下,受强回射流作用,尾喷对模型表面的压力影响较大,较小频域范围内的表面压力振幅与无尾喷相比呈增大趋势;通气超空泡状态下,尾喷高压造成的回射流现象减弱,对模型表面压力影响较小,较小频域范围内的表面压力振幅与无尾喷相比差异不大,且其他条件相同的“颈缩”状态下,随着攻角增大,较小频域范围内的表面压力振幅变化与无尾喷相比总体呈增大趋势。