沉井建造VSM工艺与成套装备及其工程应用

传统的沉井施工技术通常采用人工取土或小型机械取土,靠结构自重下沉,现场浇筑混凝土井壁的方式。然而传统方式存在施工效率慢,作业人员多且施工风险高,停沉突沉和倾斜现象多,对周围环境影响大等弊端。随着技术的发展,沉井施工技术也正在向装配式、机械化、数字智能化和绿色建造的趋势靠拢。针对目前前沿的沉井掘进技术-VSM工法极其国内外装备研制,总结了其工程应用情况,为沉井领域的机械化建造提供技术方案和设备选型参考。

VSM掘进机在城市竖井施工中的优势与展望

通过对VSM竖井掘进机的组成、功能和施工工艺的介绍,结合施工案例,阐述了该设备及其工法在城市内施工的优势,展望了其在我国地下工程领域中竖井建设的应用前景,可为我国相关设备的研发、制造和应用提供参考。

深井掘进技术在厚层高渗透性粉细砂层中适用性的数值模拟研究

科学合理高效开发深层地下空间是城市不断发展的必然趋势与重要难题。深井掘进技术(vertical shaft machine,VSM)是一种开挖超深竖井的新型工法,该技术施作的竖井结构形式简单、结构受力状态好、施工速度快、对周边环境扰动小、适用性广泛,可被广泛用于城市深层地下空间的点状开发。以中国首例使用VSM施工的南京市儿童医院沉井停车库项目为原型,建立在砂性土中开挖60 m竖井的数值模型,重点研究VSM竖井在厚层高渗透性的粉细砂层开挖过程的变形情况与开挖面的稳定性问题。数值模型结果表明:60 m竖井开挖过中地表变形量均控制在毫米数量级,且最大地表变形量不超过13 mm;在水位差1 m的水下施工过程中安全系数均较好控制在2.0以上。对于变形问题,分析不同开挖深度下的井底隆起变形和地表变形情况,表明在60 m开挖深度内,使用VSM开挖砂性土竖井在深度、安全性和对周边环境扰动上均具有明显优势。针对开挖面稳定性,计算分析与竖井内外水位差和竖井深度相关的开挖面安全系数,计算结果可用于指导实际施工,实现分段施工与精细化控制。

椿木山特长隧道施工风险评估及精细化施工方案研究

为提高特长隧道的施工效率,降低施工成本,本文依托椿木山特长隧道开展风险评估及精细化施工技术研究。分析了该隧道施工的重难点,结合各种风险源对隧道风险进行评估。基于隧道施工工艺,从人力安排和施工工时多角度分析了“七台套”大机作业的实施成效。并根据多种因素对比各种竖井布置方案的经济效益。结果表明:(1)隧道风险评估仅考虑单一风险忽视作业风险会使得风险出现不可控现象,应从地层、水文及技术水平等多角度分析;(2)与传统钻爆法施工相比,大机作业施工在降低人力成本和提高施工效率方面都具有明显优势;(3)竖井布置方案应在满足正常运营通风条件下选择埋深短、施工方便、经济效益好的方案。本文的研究成果为椿木山隧道施工提供了技术支持,也可为类似隧道提供技术参考,有助于大机作业推广。

新型悬挂式竖井掘进技术在沉井施工中的应用研究

文章基于德国海瑞克公司发明的垂直掘进挖掘机,介绍了一种新型悬挂式竖井掘进技术。上海竹园白龙港污水连通管工程应用了该项技术,相较于传统沉井施工工艺,新型悬挂式竖井掘进技术可以大幅缩短施工周期,对周边影响更小,符合新时代对绿色工地的号召。垂直掘进设备和管片采用预制拼装技术,可减少对于场地的需求,缩短施工周期,具有简约化、集成化的特点。超挖控制与井壁润滑可以减少竖井对周边土体的扰动,保证竖井的顺利下沉,文章研究内容可为类似工程提供参考。

复合地层沉井式竖井机械法掘进施工技术

竖井建井技术快速发展,但随之也带来了一系列的技术难题,尤其是施工地点在中心城区,建筑密度大,空间有限。针对于该问题,本文介绍了一种新型竖井施工工艺,复合地层下采用沉井式竖井机械法掘进,采用预制管片拼装成井的方法,重点探讨机械法竖井的施工工艺和原理,预制管片的设计和拼装方法等。通过收集施工过程中的各种记录,进行总结分析,找出影响复合地层中施工效率的因素,进行设备改进和工艺改良,有效地提升了施工效率,在投资节约、工期缩短、质量控制等方面都得到了提升,为今后该技术的应用和发展奠定了基础。

基于VSM沉井施工过程的井壁受力实测研究——以南京沉井式地下智能停车库工程为例

VSM(垂直竖井掘进机)工法具有自动化程度高、施工速度快和施工占用场地小等技术优势,是一种适合在建筑密集区间建造竖井的新型工法。然而,VSM沉井施工过程中所受外荷载、沉井结构响应等施工力学行为尚不清晰,为探究VSM沉井井壁在施工过程中的受力和结构响应规律,通过对施工过程中井壁所受外部水土荷载、结构主筋应力和管片环间压力等进行监测,获取VSM沉井井壁所受的荷载作用和结构响应规律。研究结果表明:1)下沉过程中,竖井所受侧壁压力为膨润土泥浆压力;2)泥浆套助沉条件下侧壁摩阻力值极小,与膨润土泥浆剪切强度接近;3)铣挖下沉阶段,管片在内水压作用下有向外扩张的趋势特征;4)排浆固壁成井阶段,沉井井壁结构的环向、竖向均呈现压紧响应特征。

超小型埋弧自动横焊机在竖井压力 钢管焊接中的应用

总结了超小型埋弧自动横焊机设备在中东抽水蓄能电站500 m级深垂直竖井压力钢管现场安装焊接中的应用技术,重点论述了超深竖井井内使用埋弧自动横焊机具有的优点及焊接工艺方法,所取得的经验可为其他同类型水电站竖井压力钢管安装焊接施工提供借鉴。

大直径竖井掘进机锥面刀盘破岩仿真研究

为了探究大直径先导式竖井掘进机锥面刀盘滚刀破岩规律,采用离散元方法建立了锥面刀盘滚刀破岩仿真模型,研究了近临空面和远临空面两种区域滚刀破岩特性,分析了锥面角、临空距、刀间距等参数对锥面刀盘滚刀破岩状态、岩石裂纹扩展及破岩比能耗的影响规律,并开展滚刀锥面破岩试验验证了仿真模型的正确性。结果表明:竖井掘进机刀盘锥角、临空距、刀间距对滚刀破岩影响显著;近临空面滚刀的最优临空距和远临空面滚刀的最优刀间距均随锥角增大而减小;近临空面滚刀破岩效率高于远临空面滚刀。研究结果可为竖井掘进机锥面刀盘设计和刀具布置提供参考。

超大直径全断面竖井掘进机分级开挖刀盘结构设计及应用

为了匹配掘进机驱动系统的国产化、通用化,降低制作难度,缩短生产工期,开发出一种采用常规动力系统且能满足驱动要求的超大直径全断面竖井掘进机分级开挖刀盘。依托国内某竖井项目工程,基于分级开挖的设计方法,研制出一种采用5.3 m主轴承驱动、直径21.85 m内嵌滑动刀箱的分级开挖刀盘。该分级开挖刀盘通过滑动刀箱上下伸缩控制滚刀位置高度的变化,使每一次破岩只有部分滚刀参与,达到降低刀盘掘进时所需的转矩和功率的目的。在实际工程应用中,刀盘掘进转矩小于17000 k N·m,最大日进尺为1.8 m,平均日进尺约为1 m,刀盘应用效果较好。最后,根据实际应用效果指出分级刀盘设计存在的不足和需要改进的地方。

立井液体乳化炸药机械化装药施工技术研究

哈萨克斯坦VCM竖井项目于2021年8月5日开始进入基岩段凿井,使用凿岩爆破方式进行井筒下掘作业,由于受到当地法律法规的约束,由现场中方人员进行凿岩作业,当地爆破公司进行爆破作业,火工器材由爆破公司购买、运输、存储和使用。2021年8月至10月使用卷装乳化炸药进行井筒爆破作业,爆破后存在较多的盲炮、哑炮,爆破效率低下,爆破后大块产出率高等问题,自2021年11月开始使用液体乳化炸药进行井筒爆破作业。VCM立井设计井深742.6m,净直径7m,井深0--80m为钢筋混凝土结构,其余段为素混凝土结构,混凝土厚度分别为500mm和450mm,混凝土强度为B30。

立式碾米机主立轴的有限元分析

运用Solidworks软件建立碾米机主轴的实体模型,通过软件接口把模型导入到有限元分析软件ANSYS Workbench中,对碾米机主轴进行应力应变及模态研究,得到碾米机主轴的固有频率和振型,找出主立轴的应力分布规律和主要应力集中区域,分析了各阶振型得到碾米机主轴较为薄弱的地方和敏感部位,为后续的碾米机结构参数设计提供依据。

反井钻具扩孔工况下的纵向振动分析

反井钻井广泛应用于煤矿通风立井的建设当中,钻具的振动对反井工程有较大影响,应在工程中避免钻具发生共振。对比石油钻具纵向振动模型,建立了适用于煤矿通风立井施工中的反井钻具扩孔工况下的纵向自由振动模型,并推导了反井钻具纵向自由振动固有频率表达式。利用ANSYS有限元分析软件,对不同钻井深度内的钻具系统进行了分析,得到了固有频率在不同钻杆直径、不同扩孔钻头直径、不同钻井深度条件下的变化特点。分析结果表明,反井钻具纵向自由振动固有频率受钻井深度的影响较大。

纵轴式掘进机钻进工况的运动学模型

为了解决纵轴式部分断面掘进机在钻进过程中,截割头几何参数、运动参数对截齿的速度、加速度影响问题。通过分析,给出掘进机钻进时截齿的运动轨迹,建立了掘进机在钻进工况下单个截齿的螺旋线方程,并导出其运动速度和加速度的方程,所建立的运动学模型为研究掘进机钻进工况的运动学、动力学特征,改善机器工作性能奠定基础。

1MSF-2型立秆式地膜回收机的研制

针对秋后棉田的地膜回收率低、适应性差、人工卸膜效率低及强度大等技术问题,在整体仿形搂膜机基础上,设计研制了一种具有单体动态仿形搂膜、自动卸膜、起边膜和株间断膜等功能的1MSF-2立秆式地膜回收机。介绍了其总体结构和工作原理,分析确定了该机悬挂机架、双立轴四杆仿形机构、双排弹齿搂膜机构、液力式转轴卸膜机构、仿形护禾板,以及起膜边机构等关键部件的结构及参数,并进行了田间性能试验。试验结果表明:该机在平均作业速度为7.4km/h的情况下,平均地膜回收率为88.1%,平均生产效率可达到5hm2/h,各指标均达到设计要求。该机能实现单行独立仿形残膜回收作业,适应机采棉种植模式下秋后棉田立秆回收残膜的农艺技术要求。

立轴式脱粒机研究

针对南方丘陵稻麦两熟地区分段收获机械化的需要，研制出立轴式脱粒机。该机以一根立轴联接螺旋板齿脱粒滚筒、上排杂风扇和下轴流风扇，并驱动其旋转。同时，采用二次切割喂入装置。试验表明，该机脱净率高、破碎率低、结构紧凑，但脱稻的含杂率较高。

立式环模颗粒成型机压辊性能仿真分析

立式环模颗粒成型机是一种新型生物质燃料颗粒的生产设备,采用偏心轴压辊式结构,即压辊绕轴转动,与环模接触将物料挤出,压辊成为成型机稳定工作的关键影响因素之一。基于虚拟样机仿真技术,利用有限元分析软件对压辊组件进行静态结构仿真分析,得出在正向与侧向受载情况下,压辊所受最大等效应力小于材料本身许用应力,并且压辊的最大变形量远远小于其压辊的总体尺寸,压辊的强度与刚度可以得到保证,从而验证成型机压辊的结构性能合理性。

基于组态软件与PLC的立轴平面磨床监控系统设计

本文给出了应用PLC和组态软件的M7475B立轴平面磨床监控系统设计。重点介绍了其PLC控制系统以及上位机组态的设计,调试证明该控制系统的可行性。该系统节省了控制器I/O资源,降低了成本和故障率,使操作更加方便,为同类机床控制系统的改造设计提供参考。

立轴磨床多轴加工进刀轨迹优化控制模型

对立轴磨床多轴加工进刀轨迹优化控制模型的设计,提高模型的加工精度,为评价数控立轴磨床多轴联动的误差补偿提供依据。传统的进刀轨迹优化控制模型采用稳态预测误差控制的控制算法,导致磨床进刀的交叉耦合轨迹预补偿误差较大。提出一种基于直线轨迹的轮廓误差补偿的立轴磨床多轴加工进刀轨迹优化控制模型。以CAD为预处理软件工具,对加工模具进行空间曲线生成实体模型,构建三维造型,进行立轴磨床的多轴加工进刀轨迹控制模型设计,正确地选择加工刀具,合理地设置切削参数,构建刀具进刀的时间控制轴。构建复杂的零件加工控制系统解耦得到两个独立的控制子系统,实现进刀轨迹三轴联动控制,构建立轴磨床多轴加工进刀轨迹控制系统的轮廓误差向量最小化目标函数,实现控制模型改进。仿真结果表明,该模型能有效提高加工精度,减小误差。

千米级竖井全断面科学钻进装备与关键技术分析

千米级竖井全断面钻进技术是我国深地开发的重要技术支撑。围绕机械高效破岩与智能安全钻进这一主题,阐述了机械破岩钻井装备和无人化钻井的研究进展,梳理得出以竖井钻机、竖井掘进机和反井钻机3种钻机构成的机械破岩科学钻井技术、工艺及装备体系,并凝练出竖井全断面科学钻进过程中破岩、排渣、智能监控、支护和辅助钻进5项核心技术及其涵盖的12项关键技术;提出千米级竖井全断面机械破岩钻井需要攻克的关键技术问题与科学问题。针对深部高应力、高岩温和高水压条件下岩石强流变、强扰动等特点,以破岩与围岩控制技术、高效排渣技术、装备钻进与支撑技术的“三位一体”协同控制为核心,将重点攻克:①深部破岩机理和井帮围岩控制理论研究,以及辅助机械破岩的高效破岩技术;②多相流流动理论研究,优化多相比、提升高度、多相流速等参数,建立低能耗高效循环排渣模式;③围岩智能感知、判识与精准钻进轨迹的智能化控制理论研究,开发深部地层钻进多信息融合的钻机自适应钻进技术。为解决机械破岩、多相流循环排渣、钻井智能推进3者之间的协调性和匹配性问题,从基础理论分析、装备性能、工艺研究3个方面,构建了机械破岩科学钻井参数动态优化设计体系,基于以上机械化全断面钻井技术和装备现有条件和尚待攻克难题的梳理,为国家千米级竖井全断面钻进成套技术与装备的开发与升级提供借鉴。