盾构管片钢筋笼平面网片自动成型模块设计与应用

为解决盾构隧道管片钢筋笼平面网片人工焊接效率低、人员投入大、加工质量不稳定等问题,以佛莞城际FGZH-3标项目为依托,对管片钢筋笼平面网片成型模块的自动定位与成型、横筋自动落料与焊接装置、平面网片弯弧与焊接装置、自动控制系统等的设计方案进行研究和优化。通过引入平面网片定型装置、内外弧弯曲矫正模具等解决了平面网片弯曲和焊接应力集中、接头对正和焊接质量不稳定等难题,可实现管片钢筋笼平面网片从钢筋落料至一次成型的机械化、自动化,保障平面网片加工质量,降低工人劳动强度,以期推动管片钢筋笼自动加工成套设备的研发与升级。     

盾构管片钢筋笼自动加工设备设计及应用技术研究

为解决盾构管片钢筋笼采用人工加工方法人力投入大、加工质量不稳定和安全风险高等难题,开发自动加工设备已是迫在眉睫。以长株潭城际铁路CZTZH-1标工程为依托,通过对盾构管片钢筋笼生产工艺和钢筋加工设备进行系统分析和研究,确定棒材钢筋剪切、单片网成型、物料存储和立体网焊接成型等系统模块的设计方案和参数,完成设备加工制造、工程现场应用以及优化改进,形成有效的流水作业生产线,从而解决盾构管片钢筋笼自动加工的难题,实现加工机械化和自动化,有效降低劳动强度,提高安全性,且焊接质量稳定可控。     

隧道衬砌管片钢筋骨架机器视觉引导焊接技术

为解决人工焊接钢筋骨架时存在的焊接质量不均匀、生产效率低下，以及示教型焊接机械人焊接中存在的对钢筋骨架总装要求高、定位困难等问题，首次将基于3D结构光相机的机器视觉技术引入隧道衬砌管片钢筋骨架自动焊接中。首先，分析钢筋骨架结构特点，制定具体焊接策略；然后，通过钢筋接头特征的抽象提炼以及小型验证试验，完成控制软件和图像处理算法的开发和编制，再将其移植运用到实际钢筋骨架焊接测试中。结果表明，机器视觉技术的引入实现了对钢筋骨架焊接点位的成功纠偏，引导了机械手精准焊接。相比于原示教型焊接系统，3D结构光相机的引入使钢筋骨架的焊接效率和焊接质量均得到提高。     

基于参数智能化采集的盾构管片自动选型算法研究

为解决人工管片选型给盾构姿态和成型管片质量带来的隐患，将成熟的人工管片选型经验逻辑和合理简化计算模型根植于管片自动选型决策算法的内核，以影响管片选型的施工参数为研究对象，提出综合考虑盾尾间隙、推进油缸行程差和盾构趋势的管片选型计算方法和决策算法，预先考虑各影响因素实际施工中所有可能出现的取值范围以及不同施工工况下的权重变化。该软件首次针对大直径盾构特点开发8组盾尾间隙和6组油缸行程的算法，借助盾尾间隙智能化测量和监控屏幕参数图像识别技术，实现通用型管片选型参数智能化采集。在盾构隧道施工中配套使用，经多个项目现场验证和应用，管片选型算法合理，契合现场施工要求，起到规范或代替人工管片选型施工、保障成型隧道质量和盾构掘进姿态的作用。     

基于Revit的盾构管片参数化建模应用

为解决传统方法对盾构管片建模重复性工作较多的问题,介绍基于Revit参数化技术,将标准盾构预制管片中的变量参数进行参数化处理,通过修改参数快速生成新的盾构预制管片的方法,且针对盾构管片错缝拼接工作繁琐、拼接位置不准确等问题,采用盾构管片旋转角度参数及盾构管片到参考点距离参数进行参数相关的处理,使盾构管片随距离参数的改变而自动发生相应角度的旋转,从而快速并准确地完成错缝拼接的方法。利用Revit参数化对盾构管片进行建模和错缝拼接的方法,能极大地加快建模的效率和拼装的准确率。该方法成功地应用于上海市虹梅南路盾构隧道管片的设计中,对虹梅南路越江隧道的建设起着重要的作用。     

腐蚀环境下盾构隧道管片钢筋锈蚀规律研究

腐蚀环境下盾构隧道管片钢筋锈蚀严重影响隧道结构的长期安全使用性及耐久性。针对这一现状,采用数值模拟的方式,通过考虑时间效应,探究在不同环境条件下盾构隧道100年服役期内管片钢筋锈蚀规律,得到的结论主要有:随着隧道服役时间的延长,钢筋表面累积的离子浓度不断变大,但不同位置处累积的最大离子浓度不同,越靠近接缝面位置处离子浓度越大;管片外侧水压越大,钢筋同一位置处累积的离子浓度越大,出现锈蚀的时间越短;改变管片外侧表面氯离子浓度同样会影响钢筋位置处离子浓度,其值越大,钢筋同一位置处累积的最大离子浓度越高,出现锈蚀的时间越短;提高腐蚀环境中盾构隧道管片衬砌保护层厚度,是延缓钢筋位置达到锈蚀临界浓度时间以及保障隧道结构安全承载的有效手段。     

矩形盾构隧道准通用环管片排版技术研究

为解决矩形盾构隧道管片排版拟合任意空间设计曲线这一问题，提出了一种矩形盾构隧道准通用环管片排版技术，采用2种管片形成4种不同姿态拟合平竖设计曲线。利用Visual Lisp语言编制矩形盾构隧道准通用环管片排版程序，在一个500 m小转弯半径工程案例中进行管片预排版并验证其可行性。结果表明： 1）2种管片类型的数量大致相等； 2）拟合后的隧道平曲线与理论平曲线最大偏差为16.6 mm，竖曲线最大偏差为13.2 mm，满足相关规范要求。     

意大利Sparvo隧道超大断面盾构施工关键技术

意大利Sparvo隧道采用直径为1555 m、开挖断面达到15615 m的土压平衡盾构进行掘进施工,是当时世界上最大直径的盾构法隧道工程之一,其施工风险高、技术难度大为业界所公认。扼要介绍意大利Sparvo隧道工程所采用的一些关键技术： 1）盾构装备的选型; 2）衬砌管片的设计与生产,包括混凝土配合比设计、配筋设计与调整、管片接头、管片止水带以及管片预制厂情况; 3）超大断面盾构隧道掘进施工关键技术,包括土体改良、易燃易爆混合气体的对策和盾构原地掉头。这些技术较好地解决了该隧道施工中出现的诸多难题,可为今后同类工程提供借鉴与参考。     

黄土隧道马蹄形盾构工法选择及应用

目前铁路隧道施工以矿山法为主,但在黄土等软弱围岩隧道施工时风险大、进度慢;而盾构法已在地铁、水下隧道等软弱地层中得到了广泛应用。针对蒙华铁路砂质新黄土隧道:1)通过矿山法与盾构法比较确定采用盾构法施工。2)从开挖内轮廓、刀盘开挖特点、管片拼装方式、管片受力及配筋4个方面对马蹄形盾构隧道和圆形盾构隧道进行对比分析,得出马蹄形盾构隧道的断面利用率更高,马蹄形管片与圆形管片受力有所差别而马蹄形管片配筋量更低。3)介绍马蹄形盾构设备概况,并对马蹄形管片设计进行研究。4)例举马蹄形盾构掘进过程中遇到的防寒防冻、管片底部开裂和遇到含姜石的老黄土掘进困难等问题以及相应的处理措施。经过1年多的施工实践证明,在黄土隧道马蹄形盾构施工风险低,质量高,安全可靠。     

隧道管环端面平整偏差自动评估技术研究

为解决当前手段不能实现管环端面平整偏差自动测量的问题，及时为人工补偿平整偏差提供数据依据，基于所建立的模型设计自动测量方案并对测试应用结果进行分析总结。通过分析盾构施工特点，确定可在盾构坐标系内表征测量点坐标，在此基础上推导基于推进油缸行程的管环平整偏差数学模型，证明基点与测量点间距与安装角度关系可由三角函数描述，且可在平面直角坐标系内计算平整偏差。设计基于油缸行程传感器的评估算法、测量方案，实际测试的数据表明，和人工测量结果相比，该系统能以较高精度自动监测管环平整偏差，有效降低测量人员的劳动强度。     

新型智能衬砌台车施工自动控制系统研究与应用

为减少隧道二次衬砌空洞、裂缝、掉块等病害，解决普通衬砌台车在隧道衬砌施工中存在的搭接部位易损坏、浇筑量状况不能有效监控、拱顶不能有效振捣等问题，结合新型智能衬砌台车功能设计方案和传统施工工艺，基于引进信息化、智能化设计理念，研发出一套集成台车浇筑状况、台车布料系统、振捣系统、顶部压力监测、搭接监测系统、液压系统、侧部压力监测、行走控制系统、衬砌数据报表等功能的新型智能台车施工自动控制系统，并应用在张吉怀铁路1标吉首隧道。结果表明： 该系统可实现衬砌施工自动化、信息化和智能化，极大提高衬砌施工自动化水平，降低工人劳动强度，有效减少衬砌背后空洞，提高衬砌施工质量。     

郑万高铁隧道施工大型机械化配套及信息化应用探索

为解决隧道钻爆法施工整体机械化程度较低、施工环境恶劣和工人劳动强度大等问题,以郑万高铁湖北段隧道工程实践为依托,从大断面快速修建技术理论研究、机械化配套设备、机械化配套条件下施工技术和信息化系统应用等方面总结郑万高铁湖北段隧道大断面修建关键技术,即： 在建造理念上由塌方荷载发展为变形控制设计方法;在施工工法上由分步、分部开挖法发展为大断面和全断面开挖法;在支护形式上对初期支护和超前预加固进行强化（中空、砂浆锚杆强化为涨壳式低预应力锚杆,喷射混凝土采用高强、早强混凝土）;在施工装备上由小型机械化、半机械化开挖施工阶段转变为多臂凿岩台车为主的机械化作业;在工序作业上由单一工序机械化施工转向全工序机械化配套作业;搭建信息平台,将手机作为管理工具,借助物联数据进行施工管理。通过对隧道施工大型机械化配套及信息化应用的探索和创新,由理论到实践,形成了一整套机械化配套条件下的大断面隧道安全、快速、标准化施工工法及工艺,推动隧道的整体施工水平和综合管理能力。     

自动布料带压浇筑隧道智能衬砌台车研制及应用

为解决隧道衬砌背后空洞及不密实、施工缝压溃、掉块、止水带偏位等技术难题，创新研制了自动布料带压浇筑隧道智能衬砌台车，构建了隧道衬砌混凝土自动布料、带压浇筑、施工缝零搭接和防空洞监测等新工艺体系，可减少或消除衬砌质量缺陷。试验表明： 1）采用自动布料封闭管路带压浇筑系统，能实现分层逐仓浇筑，减少混凝土离析和污染，实现单次换管2～3 min，提高效率35％以上，节省人工50%以上； 2）拱部采用自动振捣器，混凝土不密实减少85%以上； 3）运用双模式控制系统，提升定位精度和安全性，比普通台车定位时间缩短30 min以上； 4）采用“V”形槽零搭接装置，可避免施工缝顶裂和压溃，且利用可视化堵头板，方便施工； 5）应用智能集成控制系统，可实现自动布料、自动振捣、自动监测和自动生成数据报表，实现人机交互。     

钢筋焊接热对混凝土的影响研究

箍筋焊接加固法为拱上立柱加固的常用方法,但箍筋焊接热可能会对立柱造成损伤.为研究箍筋焊接热可能对立柱造成的损伤,采用ABAQUS软件建立有限元模型,对受焊接热影响的立柱力学性能及破坏规律进行研究.结果表明:箍筋焊接热造成旧立柱局部焊热影响区域混凝土损伤,混凝土弹性模量和抗压强度降低,形成局部薄弱区域;在荷载作用下,薄弱...     

蒙华铁路隧道工程施工技术要点及机械化配套

目前我国隧道钻爆法施工存在整体机械化程度较低、施工环境恶劣、工人劳动强度大的问题。以蒙华铁路隧道工程实践为依托,从建立监控量测信息化平台、大断面开挖及初期支护早封闭施工、提高硬岩地段隧道光面爆破水平、确保隧道支护结构质量等方面总结蒙华铁路隧道工程施工技术要点,即"一强化(强化量测)、二紧跟(钢架紧贴掌子面、仰拱紧跟下台阶)、三超前(超前预报、超前加固、超前支护)、四到位(工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌质量到位)";并重点介绍隧道施工机械化配套情况,包括湿喷机械手、自行式仰拱长栈桥、新型二次衬砌台车工装、马蹄形盾构、预切槽设备、悬臂式掘进机等的应用和创新;为全面统筹全线路隧道施工技术管理及提高隧道施工机械化水平形成示范效应并提供技术支撑。     

连续出碴皮带收放装置的设计与实用效果

针对TBM施工连续皮带出碴在收放皮带时存在工作难度大、投入人力物力多、安全系数不高及皮带损伤严重等问题,引入自动皮带收放装置。介绍该装置的结构组成、工作原理及其在兰渝铁路西秦岭隧道中途转场过程中的实际应用及效果,不仅确保了连续皮带铺设、回收的质量和安全,而且大大提高了工作效率,减轻了作业人员的劳动强度。     

基于图像处理技术的表面缺陷自动检测系统的研究

开发了一种基于图像处理技术的制动阀表面缺陷自动检测系统。该系统根据功能面的特点设计了图像采集系统，综合运用了图像处理技术，使用了改进的中值滤波技术消除噪声，运用矩量不变法自动阈值分割，采用霍夫变换提取功能面，可准确判定工件的质量等级。用于生产线运行表明，该系统能够长时间稳定工作，检测结果可靠，克服了传统检测方法劳动强度大且误检率高的缺点。     

运行中市政管廊隧道的维修加固

我国早期浅埋暗挖市政管廊隧道标准较低,目前病害多发。为了治理断面狭小、内部净空限界要求不高的市政管廊隧道的病害,结合大连某电缆隧道维修加固工程,采用病害检测及分析、方案综合比选和施工实践的方法,介绍暗挖市政管廊隧道的维修加固过程。得出主要结论如下： 隧道病害检测应从结构变形、衬砌强度、衬砌背后、裂缝及渗漏水等方面详细调查,分析病害成因,评定劣化等级; 通过检测分析结构,选择合理的结构加固措施,劣化严重的市政管廊隧道应优先选择增设内衬的维修改造方案; 施工阶段应重点处理好无水施工、对既有结构和内部管线的保护和在狭小空间施工的问题。     

基于MLP-ARX模型盾构自动掘进技术研究与应用

为减少盾构施工过程中的人工干预，提高施工效率，解决人员误判或经验不足等情况导致的施工质量差、效率低，遇复杂地质难以及时调整，甚至引起施工事故等问题，结合盾构施工工艺、工程地质等因素，基于大数据与人工智能技术，研发一套基于MLP-ARX(多层感知机自回归)模型的盾构自动掘进控制系统，开发推进过程动态模型以及模型在线更新、参数优化的方法，在施工过程中能够及时、准确地自动调节盾构推进速度、分区压力和螺旋机速度等参数，并应用在深圳地铁14号线管线工程隧道。结果表明： 该系统可实现推进过程的自动控制，推动盾构施工自动化、信息化和智能化，极大地缓解盾构司机的操作压力，降低对施工情况误判的发生概率，提高施工质量和效率。