TBM清渣机器人机构及其轨迹规划方法研究

隧道底部清渣是TBM施工中钢拱架立拱前的必备环节,针对敞开式TBM智能化、自动化施工需求,为实现隧道底部积渣的高效清理,开发一种新型清渣机器人机构。首先,对其结构及工作原理进行阐述;然后,以清渣机器人铲斗臂为例进行运动学分析及工作空间计算;最后,基于多项式插值和梯形曲线提出一种混合轨迹规划方法。仿真分析结果表明:所设计的清渣机器人参数合理,工作空间能够满足施工作业需求,可作为敞开式TBM施工过程中隧道底部积渣清理的有效解决方案。     

槽喷混凝土技术在开挖软弱围岩隧道中的应用研究

针对当前在软弱围岩隧道施工中爆破加挂网立拱架喷射混凝土技术存在的缺点,提出槽喷混凝土技术和理论计算方法.槽喷混凝土技术具有可控性好、减少喷射混凝土回弹量、对围岩扰动小等优点,可产生较好的经济效益.     

适用于隧道机械化施工的折叠式钢拱架及立拱关键技术研究

为提高隧道立拱质量和效率，解决人工立拱在隧道施工中存在的搭接部位不牢靠、错位以及劳动强度大等问题，基于新型多功能作业台车，结合装配式隧道及地下工程建造技术理念，设计一种适用于机械化装配的折叠式钢拱架。依托新乌鞘岭隧道进口段机械化装配施工，对折叠式钢拱架的装配性能进行现场试验并对其承载特性进行数值分析，结果表明： 1）折叠式钢拱架的装配性能可以满足隧道机械化装配的要求； 2）承载性能可以满足设计要求，且试验段隧道拱顶沉降为706 mm； 3）提高了钢拱架安装质量和效率，降低了工人的劳动强度。最后，总结折叠式钢拱架立拱关键技术要点。     

复杂动态环境下智能汽车局部路径规划与跟踪算法研究

路径规划及路径跟踪控制是智能汽车研究的关键技术，而复杂、时变的交通环境给智能汽车的路径规划与跟踪提出严苛要求。针对现有局部路径规划方法只适用于较为简单的工况，无法应对多车道、多静/动态障碍等复杂工况的问题，提出一种基于离散优化思想的动态路径规划算法。该算法利用样条曲线曲率变化均匀的特性，在s-ρ曲线坐标系中生成了一组参数化候选路径簇；考虑动态碰撞安全影响，在碰撞带约束下结合道路法规限制及车辆动态安全要求，规划车辆速度；此外，综合考虑静态安全性、舒适性、目标车道、道路占用率等影响因素，以选择最优路径。在路径跟踪层面，基于预瞄理论设计鲁棒性好、跟踪精度高的分数阶PID路径跟踪控制器，以跟踪误差最小为目标，采用粒子群优化算法对分数阶PID控制器参数进行整定。最后，基于Simulink/CarSim建立联合仿真平台，设计多车道，多静/动态障碍的复杂工况以验证该算法的有效性。研究结果表明：由于在评价函数中引入动态安全评价指标、目标车道评价指标以及道路占用率指标，极大地提升了规划器性能，使车辆在行驶过程中根据驾驶环境自主调整速度，降低换道次数，从而保证智能汽车的主动安全性能，提升了通行效率，使该算法能够较好地处理复杂动态环境下的避障问题。     

关于隧道穿越复杂地层塌方处理的对策与方法

隧道穿越复杂地层,施工中的塌方发生,针对吉茶高速公路麻栗场隧道塌方情况,进行了塌方原因的分析。文章通过麻栗场隧道塌方处理实例,浅述塌方处理的对策与采用＂护拱法＂、＂护拱法＂＋＂拱上拱＂及＂护拱法＂＋＂密排工字钢拱架＂等方法,进行塌方处理的主要施工技术措施。施工步骤以及处理后的效果。     

京张高铁东花园隧道喷涂式防水设计施工技术

为提高隧道防排水技术的水平，实现喷涂式防水的定量化设计，以京张高铁东花园隧道工程为背景，研究隧道喷涂式防水喷层厚度的影响因素，主要包括工程防水等级、设计使用年限、地下水状况、隧道纵坡方向、隧道所处环境及喷涂施工方式等；提出了喷涂式防水的定量化设计方法，基于隧道不同部位喷层厚度基本值与建议值，进行加权修正最终确定防水层厚度；提出适用于明洞隧道的全封闭喷涂速凝橡胶沥青防水体系，并成功应用于东花园明洞隧道防水设计中。研发隧道自动化喷涂防水设备，通过电脑控制走行装置和喷涂机械手实现了喷涂防水施工自动化，替代传统人工喷涂方式。经实践证明，机械喷涂效率为人工喷涂的4倍，检验防水合格率达到100%。     

浅埋软弱围岩隧道微桩锁脚施工技术研究

针对浅埋软弱围岩隧道开挖施工的沉降变形问题，以翁多隧道为依托，结合现场监测数据研究了“三台阶+微桩锁脚”施工技术下隧道初期支护结构的受力及变形特征。结果表明：两种支护结构下随着施工开挖的不断推进，围岩和钢拱架应力变化规律相近，先急剧增加并达到峰值，然后呈缓慢下降趋势，并逐步趋于平缓；累计沉降量则呈缓慢增大趋势。隧道拱顶位置处应力最大，风险最高，常规锁脚锚杆支护拱顶处围岩压力、钢拱架应力分别为0.55、74.10 MPa，累计沉降量最大值为6.70 cm，微锁桩支护时围岩、钢拱架峰值应力分别增加0.55、23.50 MPa，累计沉降量减小了3.96 cm。可见，微型桩技术方案可有效改良浅埋软弱围岩隧道结构的变形与沉降值，控制隧道变形，避免隧道因大变形导致侵限换拱，降低了施工安全风险，具有一定的应用前景。     

川藏铁路隧道高海拔环境钻爆法施工装备选型配置思考

川藏铁路隧道建设面临高海拔、复杂地质条件、恶劣环境等方面的严峻挑战,其中,高海拔环境对隧道施工装备选型的影响尤为突出。为实现川藏铁路隧道机械化建造,以新建川藏铁路雅安至林芝段隧道建设为例,在分析高海拔环境影响因素的基础上,从动力系统、电气控制系统、流体控制系统、空压机性能等方面,重点论述高海拔环境对钻爆法隧道装备作业性能的影响。系统研究并针对性提出在高海拔高寒等极端环境下超前支护、开挖、初期支护、二次衬砌等钻爆法施工关键工序的装备选型建议,如超前钻探及支护设备、凿岩台车、拱架安装设备、混凝土喷射设备等,并提出"破碎机+皮带机"出渣、挖装运电动设备、移动式除尘等新型装备和技术在川藏铁路隧道建设中的应用建议。     

智能汽车的运动控制

智能汽车的控制系统从环境感知传感器获得路况信息,通过计算进行动作决策、运动规划,控制智能行驶。对汽车的运动分析、动力分析,得到控制量,是局部路径规划的基础。     

基于多影响因素RDMA*算法的无人驾驶动态路径规划

无人驾驶汽车的路径规划面临着复杂多变的交通环境,为了更全面的评价路径选择指标以规划更合理的路径,以及更好的解决路段环境动态变化对规划结果造成的影响,研究了一种考虑多影响因素的动态路径规划算法——RDMA*(Real-time Dynamics of Multiple influencing factors AStar)算法.以A*(AStar)算法为核心,通过加入多影响因素的交通评价因子对其代价函数进行改进,综合考虑距离,交通拥堵程度,道路平整度和其他影响因素,应用层次分析法确定各影响因素的相对权重,以综合代价值为评价指标进行路径规划.通过GPS,雷达和摄像头等设备,利用融合感知技术获取相关道路环境信息,根据获取的全局和局部交通环境数据信息,利用实时动态更新策略解决动态环境下的路径规划问题,实时规划最优路径.通过对实际案例进行模拟,结果表明,应用RDMA*方法规划的路径相比基础A*方法规划的路径出行总体耗时减少了15.75%.并且在遇到特殊事件的状况下,通过RDMA*动态规划可为无人驾驶车辆即时提供一条综合代价值最小,耗时最少的可行路径,与改进的A*动态路径规划方法相比减少了10.63%的二次规划综合代价值的损耗,提高了7.83%的时间效率.该方法能更好的适应复杂的道路和交通系统,即时应对动态变化的交通状况,具备更强的实用性.      

上长坪连拱隧道无中导洞施工方法比选研究

目前国内外连拱隧道大多采用中导洞法施工，而对无中导洞施工研究相对较少，缺少相关工程经验，且未对无导洞法施工技术优缺点和适用范围做深入而系统的研究。本文研究的上长坪隧道为分离式隧道过渡到连拱隧道，因其与大桥衔接过渡，设计的中隔墙厚度不等厚，采用复合式薄直中墙，其结构设计新颖，在设计无法做变更及4个月完成504 m的工期要求下，为实施高难度操作的设计方案，采用竖直型钢喷射混凝土结构及斜向支撑成功解决了中墙二次衬砌浇筑的难题，其竖直型钢喷混结构浇筑在左右洞二次衬砌之间作为中隔墙的结构部分，成功开创了复合式薄中墙设计施工新工艺。同时，此工法有效解决了防水漏水问题及成本控制问题，为无中导洞施工方法增加了新的工艺类型，提供了Ⅳ级围岩隧道无中导洞施工新型案例。     

不等跨双向10车道四连拱隧道设计及施工方法

针对软弱围岩条件下大跨度多连拱隧道施工过程中荷载转换和施工工序复杂，施工风险高等问题，介绍观音岩四连拱隧道设计施工方法，提出“先主后辅”的施工工序，并应用数值模拟及现场监测手段，分析四连拱隧道多洞施工、主辅洞开挖相互扰动下，围岩与结构的反应、现场施工工序的可行性以及支护结构的安全性。结果表明： 1）采用先开挖主洞后开挖辅洞的施工工序是安全可行的； 2）多连拱隧道施工，洞室受到的开挖扰动次数越多，结构受力越复杂，建设过程需重点关注先行洞室受到后行洞室施工扰动带来的安全风险； 3）相邻洞室间的施工扰动影响要远大于不相邻洞室。现场实施效果表明，隧道施工过程中围岩变形稳定、支护结构安全，不等跨双向10车道四连拱隧道设计及施工方法可行。     

喷射机械手智能控制系统与喷射路径规划设计研究

为提高隧道施工中混凝土喷射的效率与质量,减轻劳动强度并使作业人员远离喷射区域,在机械化操作的基础上,研发喷射机械手智能化控制系统,对智能化控制系统的构成、各子系统的原理与作用进行介绍。喷射机械手智能化控制系统采用全站仪作为测量仪器,采用定位算法计算隧道大地坐标系与湿喷机基坐标系之间的转换关系; 采用三维激光扫描仪获取待喷面的点云空间坐标,计算待喷面的超欠挖信息; 利用机器人学建立喷射机械手运动学模型,设计正解算法与逆解算法计算喷射机械手的空间位姿,并根据目标空间位姿反算喷射机械手各关节运动值的路径规划系统。工程实践结果表明： 智能化喷射控制系统可以对周边环境进行识别,根据识别结果规划喷射路径,并根据不同区域的超欠挖情况动态控制喷射参量。     

浅埋偏压黄土连拱隧道施工方案有限元数值模拟

双连拱公路隧道在平面线路、洞口位置的选择上较分离式隧道自由度大,在一些中短隧道建设中,往往采用双连拱隧道结构形式。结合山西省离石黄土连拱公路隧道,进行黄土连拱隧道的关键施工力学问题研究:正洞上下台阶法与侧壁导洞法施工方案比较研究;先左洞(靠山一侧)施工方案和先右洞施工方案的对比。计算结果表明对于偏压黄土连拱隧道应采用先开挖靠山一侧的侧壁导洞法进行施工。     

公路隧道施工变形监测精度要求探讨

隧道周边收敛和拱顶下沉监测是判断围岩支护效果、二次衬砌施作时间、隧道动态信息化设计与施工以及保证隧道施工安全的重要措施。现有JTG F60-2009《公路隧道施工技术规范》对隧道周边收敛和拱顶下沉监测的精度要求为0.1 mm,明显高于铁路隧道施工和基坑工程变形监测0.5~1.0 mm的精度要求,且公路隧道的实际监测精度很难达到规范规定的精度要求。总结现有公路隧道、铁路隧道和其他规范的具体监测内容和要求,结合现有隧道施工监测仪器的精度技术指标,参照隧道设计规范规定的预留变形量、隧道施工阶段变形监测统计结果和基坑工程监测规范的精度要求等,建议将公路隧道周边收敛和拱顶下沉监测的精度要求修改为0.5~1.0 mm。0.5~1.0 mm的监测精度要求可以保证公路隧道的施工安全,促进高精度全站仪等非接触量测方法和仪器在公路隧道施工变形监测中的应用和推广,提高公路隧道施工变形的监测效率,避免因达不到JTG F60-2009《公路隧道施工技术规范》规定的监测精度要求而引发的监测数据造假现象。     

铁路隧道衬砌品质提升信息化施工关键技术与成套装备创新

为提升铁路隧道拱墙衬砌、底部衬砌、水沟电缆槽衬砌结构实体品质，解决隧道整体衬砌质量缺陷难题，采用拱墙衬砌智能化模筑、底部衬砌一体化浇筑、水沟电缆槽同步一次性浇筑施工技术，结合混凝土自动喷雾养护施工工艺，有效减少或消除衬砌空洞、裂缝、不密实、渗漏水、止水带偏位、施工缝压溃、开裂掉块等质量缺陷问题； 通过成套装备研发，创新施工缝质量控制技术、拱顶浇筑饱满度控制技术、拱墙衬砌预防空洞施工技术、仰拱与边模一体化施工技术、水沟电缆槽机械化施工技术、喷雾养护温度及湿度自动化控制技术，提高铁路隧道衬砌混凝土浇筑、振捣、养护等工序施工工艺质量及施工标准，辅以信息化手段和自动监测技术，达到衬砌全过程质量可控。结果表明： 该施工技术与成套装备创新一定程度上可实现衬砌施工自动化、信息化和智能化，极大地提高衬砌施工技术水平，降低工人劳动强度，有效减少衬砌质量缺陷，提升衬砌施工品质，确保隧道衬砌满足设计及运营安全要求。     

土质地层公路隧道大断面快速施工技术研究

随着交通工程建设的快速发展，公路长大隧道越来越多，常规施工方法效率较低，无法满足工期要求，这对公路隧道快速施工技术提出了新的挑战。以东天山特长公路隧道为背景，提出土质地层隧道大断面开挖工法，通过力学分析及现场对比试验，分析论证了该工法的可行性。结果表明：土质隧道大断面开挖时，采用超长小导管能够减少上部围岩压力对掌子面滑动土体的荷载作用，预留核心土则能够为掌子面滑动土体提供支撑反力，通过这2种控制措施能够实现土质围岩隧道掌子面稳定；相比台阶法，大断面开挖时围岩应力释放速率较快，变形快速发展，拱架和喷混凝土受力快速增长，支护封闭成环后可得到有效控制，但需进一步提高初期支护早期承载性能，即提高喷混凝土早期强度；采用大断面工法能够提升机械作业空间，简化工序，实现多组设备同时作业，相比两台阶施工，隧道施工效率提升约22%。综合评价，土质地层隧道采用大断面快速施工工法能够实现掌子面稳定，支护结构安全，且相比台阶法施工效率可得到显著提高。     

连拱隧道改扩建方案探讨与研究

以安徽省内某高速公路中双向4车道连拱隧道改扩建项目为依托，提出了10种连拱隧道改建方案，并从行车安全性、对既有工程的充分利用、交通组织易于识别等多角度对方案进行定性分析。根据定性分析结果选出3种较优方案，对3种较优方案从工程造价、施工难度、占压矿产等方面进行定量比选分析，并对隧道原位扩挖2种方案采用数值模拟方法建模分析，通过模拟结果得出： 1）大断面隧道改扩建中采取较强的支护可有效控制隧道变形； 2）方案1和方案2施工引起隧道位移和应力均可控，2种最大轴力值相差不大，但方案2位移控制效果更好； 3）大跨度隧道在改扩建或新建过程中，需注意隧道拱顶沉降和拱底隆起，其中拱底隆起问题更为突出。     

公路隧道光环境信息感知及试验研究

为进一步认识公路隧道光环境的信息组成，探讨静态和动态条件下的隧道信息感知机制，首先，综述国内外公路隧道光环境信息与感知的最新研究成果，着重介绍构成公路隧道光环境的物质及其反映的信息。然后，探究人-车-路行驶环境中的动态信息感知，并开展静、动态信息感知的试验研究。研究结果表明： 公路隧道光环境包含直接影响因素和间接影响因素；感知这些因素所反映的综合信息可分为静态和动态2种工况。作为人-车-路行驶环境，信息感知既牵涉到物理指标（物理量），也牵涉到人的主观反应即生物指标（生物量）。最后，通过分析研究信息感知机制，构建动态信息感知试验平台并开展试验研究，初步提出结合物理量和生物量交互的隧道光环境信息感知研究方法及评价指标。