装药结构对硬质岩隧洞轮廓成型效果的影响研究

硬质岩隧洞的轮廓成型效果对提高围岩稳定性和降低支护成本具有重要意义。以优化隧洞轮廓孔单孔装药量和装药结构为目标,首先,理论分析了隧洞爆破中轮廓孔装药参数的取值范围;其次,分别以1200 g、900 g、750 g、600 g的单孔装药量进行了硬质岩隧洞爆破试验,并借助激光扫描仪对隧洞轮廓成型效果进行了扫描分析;最后,利用断裂力学模型分析了不同单孔装药量的隧洞轮廓成型效果。结果表明:当硬质岩隧洞的轮廓孔装药参数在合理范围内时,单孔装药量越小,爆破产生的孔间裂缝数量越少,岩体损伤范围也越小;当装药量由1200 g降低至600 g时,隧洞轮廓超挖体积由6.53 m^(3)降低至2.02 m^(3),但由孔位误差导致的轮廓欠挖体积由0.15 m^(3)增大0.26 m^(3);断裂力学模型在硬质岩隧洞轮廓爆破的模拟中优于损伤模型,模型计算得隧洞轮廓上的半孔数与观察值吻合较好。研究成果可为类似硬质岩隧洞爆破开挖中轮廓成型效果优化提供技术与方法借鉴。

表面应变重构的视觉识别方法

针对全断面岩石隧道掘进机刀盘在恶劣工况下的应变监测,本文提出了一种表面应变重构的视觉识别方法。通过图像中圆形标距中心点之间像素点数量的变化,得到标距的实际变形,并在此基础上结合柯西-格林公式进行表面应力重构。本文以隧道掘进机刀盘刀座和筋板2个关键位置为研究对象,设计了4330V和Q345-D共2种材料不同尺寸标准样件,搭建了基于视觉识别和基于应变片的2套测量系统,进行了拉伸载荷作用下的应变对比及样件表面应力重构。研究表明:本文基于视觉识别方法测得的2种材料标准件变形的误差范围为1.28%~3.23%,在此基础上,进行的材料表面应力重构的误差范围为2.20%~4.76%。本文方法可以实现变形的准确测量及实现多方向的应变和变形重构,为实现复杂结构的应变和变形测量奠定了坚实基础。

改善不同地应力下隧道轮廓爆破成型效果

含预切空腔的轮廓爆破技术被认为是改善高地应力下隧道轮廓成型的有效方法。然而,对这种爆破技术在不同地应力下性能的研究较少。本文通过校验后的公路隧道数值模型,调查了含预切空腔(PC)的两种典型轮廓爆破技术(即光面爆破(SB)和预裂爆破(PB))在不同地应力条件下的性能。结果表明,在耦合装药和50 MP地应力下,PCSB比PCPB能获得更好的隧道轮廓成型效果。此外,研究了两种轮廓爆破技术在不同的不耦合系数和地应力条件下的性能,发现随着地应力从30 MPa增加至50 MPa,PCSB和PCPB作用下隧道轮廓成型效果均逐渐改善。此外,在不同地应力条件下调整周边孔的不耦合系数能使PCPB形成有效的隧道轮廓。然而,对于PCSB,在不同地应力条件下,需调整所有炮孔的不耦合系数才能形成符合要求的隧道轮廓。最后通过多元非线性回归获得经验公式,本研究可以为不同地应力下使用PCSB和PCPB开挖隧道提供设计参考。

近发震断裂带古城隧道设计研究

以拟建公路项目古城隧道的土建工程设计为背景,对该隧道近发震断裂带段的地质情况进行剖析,分别从建筑限界、衬砌、防排水、边仰坡稳定设计等方面对该隧道进行研究,并针对该隧道进行了抗震措施设计,为今后类似工程设计提供参考依据。

小净距深埋平行隧道全断面开挖相互影响数值分析

随着地下空间资源的减少,小净距隧道施工成为了城市地铁建设的必然选择。为研究砂岩地层深埋平行近接隧道全断面施工过程中新建隧道与既有隧道之间的相互影响规律,依托重庆富华路站-歇台子站双线平行隧道工程,采用FLAC3D分析了4种小净距工况下新建隧道和既有隧道的轮廓变形特征、围岩4个特殊部位的纵向位移及某一监测断面径向位移与开挖步的关系。研究表明:随着净距增大,新建隧道非对称“哑铃”状轮廓线逐渐对称化,新建隧道拱底、右侧拱腰纵向位移减小,左侧拱腰纵向位移先增后减,拱顶基本无变化;既有隧道“黄豆”状轮廓线整体向左偏移减小,既有隧道各部位纵向位移均减小。随着新建隧道的开挖,既有隧道与新建隧道监测断面产生径向位移的开挖步范围不同。4种净距工况该工程支护方案均满足洞周的变形要求。

基于激光雷达的隧道轮廓拟合方法研究

针对电气化铁路隧道轮廓顶部打孔和安装吊柱的作业需求,提出了一种基于激光雷达的铁路隧道轮廓拟合方法。采用激光雷达实时扫描隧道顶部轮廓,获得轮廓的点云数据,设计了以正交函数作基函数的最小二乘拟合算法与点云滤波算法,完成了隧道轮廓点云数据的拟合,得到了隧道轮廓的拟合曲线方程,对拟合误差进行了初步分析,并将拟合轮廓与真实轮廓进行对比。实验结果表明:该方法能较好地拟合出隧道轮廓,为电气化铁路隧道自动化施工作业提供一种新的方法。

隧道建筑限界及内轮廓设计要点探讨

该文在总结隧道建筑限界及内轮廓设计过程中存在问题的基础上,提出基于隧道设计规范要求及工程应用的隧道建筑限界分步旋转拟定方法,明确隧道内轮廓与建筑限界最小间距要求,继而确定隧道内轮廓。通过隧道标准化设计为标准化施工提供设计基础,具有一定的推广价值。

高原大断面隧道现场混装爆破关键技术研究

目前我国隧道装药爆破仍主要采用人工作业,是制约隧道钻爆法施工大型机械化配套的关键难题。依托某高原大断面铁路隧道项目,形成了集乳化基质集中生产、远程配送、现场储存、机械化装药、智能化爆破于一体的系统解决方案。开发了基于开挖面轮廓自动扫描的快速建模的智能化爆破设计软件,提出了基于最佳炮孔负担体积和自适应拓扑算法的炮孔布置和装药量智能设计方法,实现了基于掌子面钻孔信息岩性分区的精细化爆破设计。结合现场爆破试验和数值计算,提出了基于现场混装炸药爆破作业的隧道长进尺、大孔网、周边孔连续装药的高原大断面隧道爆破关键技术。结果表明:现场混装炸药具有装药连续性与耦合性好的优点,可改善爆破块度,提高循环进尺5%~10%,节省钻孔数量和起爆器材使用量15%以上,降低劳动强度约90%,显著减少危险作业人员,加快施工进度。

大跨度四线铁路车站隧道内轮廓研究

对于大跨度四线隧道,相比传统单、双线铁路隧道,其开挖跨度及开挖面积要大得多。一方面,为提高隧道空间的利用率、降低工程成本,其断面形式将更加扁平,开挖后的应力重分布状态恶化,增加了隧道结构设计和施工的难度。反之,单纯从受力考虑,衬砌结构宜采用近圆形的内轮廓,导致空间利用率降低,开挖量及圬工大幅度增加,势必产生浪费,增加成本。基于贵昆铁路六盘水至沾益段增建二线上的乌蒙山2号四线车站大跨度隧道,在满足建筑限界及相关作业要求条件下,在技术可行、经济合理的范围内,通过对大跨度四线隧道不同扁平率洞室的围岩应力、位移及塑性区,衬砌结构的承载力及经济性对比等进行研究,以确定经济合理的衬砌内轮廓及其扁平率范围,为特大跨度隧道衬砌内净空拟定提供参考与指导。

基于轴线马赫数分布的喷管扩张段无粘型面设计

针对高超声速风洞轴对称喷管设计问题,开展了喷管扩张段无粘型面设计研究。介绍了基于预设轴线马赫数分布的直接设计方法,改进了基于面积比的轴线马赫数分布预设方法,提出了一种方便多点控制的轴线特征点分布方法。对设计喷管流场进行特征线网三角化,与数值模拟结果进行比较,并分析了影响喷管无粘型面的设计因素。表明:改进的面积比方法可以保证轴线马赫数分布预设的合理性;轴线马赫数分布、轴线上特征点分布和边界特征点数明显影响喷管无粘型面。

设计时速160km以下铁路隧道(普货、有砟轨道)内轮廓标准研究

当前运营的时速160 km以下有砟轨道(普货)隧道内轮廓尽寸难以满足大型养护机械(特别是大型清筛机)作业空间需求,通过对新建时速160 km以下电气化铁路、单双线隧道内轮廓主要影响因素(建筑限界、接触网悬挂方式及布置、大型养护机械空间需求、轨道结构型式、侧沟及电缆槽设置等)进行综合分析,确定单双线有砟轨道隧道内轮廓控制性尺寸,并初步拟定满足大型养护机械作业要求的内轮廓方案,在此基础上通过对内轮廓方案的结构安全性、经济性及施工便利性进行综合比较,确定推荐方案,该成果对铁路行业隧道通用图编制有一定的参考价值。

Ⅳ级围岩大断面隧道全断面开挖轮廓控制研究与应用

Ⅳ级围岩大断面隧道采用全断面爆破法开挖具有围岩强度低、雷管段别高、装药量大的特点,爆后容易出现断面轮廓控制不足,超挖严重的难题。以新疆其特长高速公路隧道为工程背景,分析了爆破开挖过程中导致轮廓围岩损伤严重的主要因素,基于现场试验方法结合围岩损伤分析,优化了光爆层厚度、装药结构、起爆顺序等爆破参数,其中利用预留光爆层试验法确定最佳光爆层厚度为65 cm,采用导爆索三角形搭接法降低了周边眼起爆误差,优化装药结构及起爆顺序降低最大单段药量及总药量。爆后连续8个循环的超欠挖统计数据及振动监测结果表明:方案优化后的平均线性超挖量控制在0.25 m以内,平均炮孔痕迹率由之前的49.3%提高至试验后的91.1%,有效地改善光面爆破效果,降低隧道支护成本。爆破过程中最大峰值振速发生在掏槽段为2.131 cm/s,符合爆破安全规程的相关要求,且整体振速分布比较均匀。故所采取爆破参数优化设计是可行的,能够有效降低Ⅳ级围岩大断面隧道全断面开挖对围岩的损伤,研究成果为类似工程提供借鉴。

挠性壁喷管撑杆单位影响曲线相关性研究及其在2m×2m超声速风洞中的应用

对挠性壁喷管撑杆单位影响曲线的相关性进行了研究,提出了一种通过已知单位影响曲线计算同一马赫数相邻撑杆及相邻马赫数同一撑杆单位影响曲线的方法,结合实验影响法成功用于2m×2m超声速风洞二元挠性壁喷管的型面优化,有效提升了第一菱形区核心流速度场均匀性,大大提高了调试效率,降低了调试能耗,缩短了调试周期。该方法对类似喷管型面优化具有借鉴意义。

深埋大断面隧道穿越大型隐伏溶洞施工工法比选

依托新建仁化—博罗公路李洞隧道工程,运用有限元软件对比分析了不同施工工法下溶洞位置对隧道洞周位移及初期支护结构受力的影响。研究结果表明:在上覆地层荷载和下部地基抗力的作用下,大断面隧道主要为上下压缩变形;不同工况下全断面法控制水平收敛的效果最好,CRD法控制拱顶沉降及仰拱隆起的效果最好;溶洞位置对隧道洞周位移及初期支护结构的受力均有一定的影响,溶洞会增大隧道靠近溶洞侧的位移和正弯矩,减小其负弯矩;采用全断面法开挖隧道初期支护结构内力较大,不利于稳定。综合考虑洞周位移及初期支护结构受力,对于洞门等较为危险位置采用CRD法施工,洞内采用安全性较高、施工速度较快的台阶法施工,并同时配合一些辅助性支护措施。

提速列车车厢减小空气阻力风洞实验研究

列车提速使得其空气阻力明显增大。为了减小空气阻力，列车车厢气动外形的研究变得愈加重要。在低速风洞中获得的实验结果表明，对现型列车车厢局部外形稍加改善，就能使得其空气阻力大为降低。这是实现我国列车提速最为有效的途径之一。

实体鼓包改进超临界翼型跨声速气动特性研究

采用风洞试验手段,初步研究了高速试验条件下二元翼型加载的实体鼓包高度、形状、安装位置等多方面因素对其减阻特性的影响,结果表明,实体鼓包可以减小阻力系数,在某些特定情况下(一般为中高升力系数情况下)可明显提高升阻比;实体鼓包的最佳应用场合是中高升力系数情况,小升力系数情况下不宜采用实体鼓包,如采用,则应使用较小的最大高度。为充分发挥实体鼓包的减阻作用,并且不至于因此导致气动性能的下降,最佳方法是采用自适应实体鼓包,根据需要随时改变其位置和高度。

降低超高层建筑的局部风压措施

对一栋位于台风区的超高层建筑的刚体模型进行了风洞试验 ,测量了该建筑物表面的平均风压和脉动风压 .在特定风向角下 ,建筑物的几个位置处出现较大的负压 ,不能满足设计要求 .在对建筑物局部外形进行修改之后 ,有效地减小了最大负压 ,满足了表面石材及玻璃幕墙的设计要求 .

管棚超前支护隧道掘进周边控制爆破方法

为了改善松软岩隧道,采用管棚超前支护条件下的周边爆破效果,分析了隧道开挖周边爆破效果差的原因,以及改善周边控制爆破效果的方法。研究表明:周边眼及二圈眼应以较大角度向外倾斜钻进,通过按光面爆破要求进行二圈眼爆破参数设计,实行间隔炮眼不等装药,间隔分段起爆等,可为周边眼爆破创造良好条件;进一步得到了相应的二圈眼和周边眼爆破参数确定方法,有助于达到充分利用炸药能量,降低周边控制爆破对隧道围岩的损伤,实现良好的周边控制爆破效果;算例表明:二圈眼间距和最小抵抗线均小于周边眼的相应值,计算结果与工程实践相符。对提高松软岩石的爆破施工效率有参考价值。

半柔壁喷管型面设计与校准方法研究

半柔壁喷管是跨超声速风洞柔壁喷管的一种类型,由喉道块、可变型面的柔板及出口端板等部分构成。半柔壁喷管具有长度短、支撑机构数量少、建设成本低、系统可靠性高、运行维护成本低等优点。鉴于半柔壁喷管的各项优点,航空工业气动院的0.6 m连续式跨声速风洞和2.4 m连续式跨声速风洞均采用半柔壁喷管。本文以0.6 m风洞的半柔壁喷管为例,详细介绍航空工业气动院的半柔壁喷管型面设计方法,主要内容包括曲率连续的喷管无黏型面设计方法、曲率连续的附面层位移厚度计算方法、喷管型面的迭代设计方法、半柔壁喷管设计方法和喉道块上游型线设计方法。本文提出了一种根据计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)和流场校测结果调节附面层位移厚度的喷管型面校准方法,有效地提高了喷管型面出口马赫数的精准度。半柔壁喷管流场校测结果表明,半柔壁喷管菱形区的马赫数偏差小,流场均匀性良好,达到国军标先进水平。

空化器参数对通气超空泡形态影响的实验研究

为了在低速下获取形态可控有效减阻的通气超空泡,利用中速可持续通气空泡水洞开展了空化器参数对通气超空泡形态影响的研究。研究结果表明:空化器直径与通气超空泡的形态密切相关,在相同流场参数条件下,较大直径的空化器易于空化且在较低的通气率下即可形成较大的通气超空泡;通气超空泡的优良率与空化器直径密切相关;不易选取空化器直径与模型后体直径比值Dn/D<0.263的空化器;空化器线形同样也是一个重要的参数,例如,在相同流场参数条件下,平头倒角形空化器比圆锥形空化器形成的超空泡尺寸大,对于圆锥形空化器,锥角越小越不易产生通气超空泡。此外,还将圆盘形空化器超空泡形态的试验结果与理论结果进行了比较,其总的规律是相一致的。