水下滑翔机器鱼机构设计与运动性能分析

本文设计了一种具有仿生尾鳍的水下滑翔机器人混合驱动机构,通过内部质量块的平移、旋转、仿生尾鳍的偏置以及外部皮囊的伸缩可实现滑翔机器人的小半径三维螺旋运动。同时,建立了水下滑翔机器鱼的水动力学模型,得到了稳态螺旋运动方程,给出了俯仰调节机构质心位置、尾鳍角、横滚调节机构质心旋转角与转弯半径和垂直速度之间的关系,以及每种稳态螺旋运动所对应的输出变量初值的取值范围。所得结果表明,在俯仰调节、浮力调节、横滚调节和尾鳍驱动的共同作用下,水下滑翔机器鱼可以获得更小的转弯半径,因而机动性更好。所设计的水下滑翔机器鱼在河流和湖泊等环境的水质监测、水下柱形区域取样等领域具有潜在的应用价值。     

秦岭天台山大断面高速公路隧道降尘除尘方案研究

为解决由于隧道施工断面大、在开挖过程中产生的粉尘难以通过施工通风排除的问题,对秦岭天台山隧道（双向6车道）施工过程中钻孔、爆破、出渣、喷浆等不同工况下的隧道粉尘质量浓度进行现场实测,并根据现场实测结果,对隧道内各工况施工粉尘分布特性进行数值模拟研究,提出适合于大断面隧道施工的粉尘控制措施。现场测试结果表明,出渣和喷浆工况下,粉尘质量浓度超过规范要求数倍。通过数值模拟得到： 1）靠近掌子面40 m区域内粉尘质量浓度不稳定,下降趋势不明显; 2）在布置风管时,风管末段至掌子面距离建议取为60~80 m,以保证新鲜风以较大的喷射面抵达掌子面; 3）建议采用附壁风筒降尘+车载除尘方案,除尘效率达95%,能有效处理隧道各区域粉尘,且对施工造成的影响小。     

软岩隧道三维扫描变形监测技术的试验研究

为解决传统监测技术单点监测无法满足软岩隧道整体性变形监测的局限性,采用三维激光扫描技术进行软岩隧道整体性变形监测试验,从隧道结构的变形时间、变形空间分布及变形量进行整体分析。首先建立全站仪和三维激光扫描仪测量误差模型,分析三维扫描监测技术与传统隧道监测技术的特点,通过平面标靶和棱镜靶球精度试验得出平面标靶最佳入射角范围小于60°,棱镜靶球自动提取距离不大于45 m,作为测站设置和控制点布设的依据; 然后以渭武高速木寨岭隧道2号斜井工程为依托,开展软岩隧道三维扫描变形监测技术的试验研究。研究结果表明： 中台阶开挖支护前已发生较大变形,最大变形位置为左侧上台阶与中台阶交界处,空间分布呈左大右小,试验段最大累计变形达0.48 m,下台阶及时封闭成环及2层初期支护有利于变形控制。     

地下工程平衡稳定理论再研究

目前,地下工程结构在计算分析方面主要采用传统松弛荷载理论（类似荷载结构法）和数值分析法;在合理结构构造、施工工法等方面主要采用岩承理论（类似地层结构法）,这些已有理论或方法隐含“变形协调控制”假定,实际应用中往往将这些假定忽视,因而需进一步发展新的理论方法以适应实际应用的需求。在大量工程实践和试验的基础上,揭示地下工程有效承载结构层与围岩荷载转移规律之间的关联性,建立地下工程平衡稳定理论,此理论既能反映传统“松弛荷载理论”和现代“岩承理论”的基本内容,又能拓宽平衡稳定性等内容,是地下工程平衡稳定性的新认识、新理念; 同时提出能量控制技术、预支护技术、受力独立性综合技术、变形协调控制技术4项关键技术。将这些技术合理地运用到实际工程施工中,将便于利用已有或新成果分类预防和控制地下工程质量和安全,为解决新型地下工程问题提供新的依据。     

金门特长公路隧道通风方案比选研究

为解决目前特长公路隧道通风方案比选时局限于送排式通风的问题,从方案设计角度分析几种不同纵向通风模式的功能特点、适用条件,结合送排式通风与互补式通风的特点,提出单通道互补式通风的组合通风模式,并以金门特长公路隧道为例,从全寿命周期角度,对“通风井送排式”“单通道互补式”“双通道互补式”“吸尘式”4种通风方案进行比选研究。结果表明： 1）送排式通风受通风井位置影响较大,从运营通风角度,宜设置在上坡隧道中部偏下风方向; 2）互补式、吸尘式通风能够突破通风井选址的限制,但对于超过5 km的隧道,需要设置专用排烟井; 3）单通道互补式通风省去送风井,保留了送排式通风的排烟功能,具备比选价值。     

地下叠合墙接触面形式的设计研究

为解决地下工程中叠合结构接触面采用常规凿毛等方式进行预处理时存在的施工难度大、剪力槽设置参差不齐等难题,提出一种便于施工的预制叠合结构形式,然后运用ANSYS有限元软件对波浪形、三角形以及梯形波纹结构面进行受力对比分析,结果表明梯形结构面在结构应力、接触面压力以及接触面滑移方面更有优势,并确定梯形结构面作为静力荷载试验方案。通过静力荷载试验对比分析整体现浇梁和梯形结构面叠合梁在各级荷载作用下的挠度、水平位移以及裂缝开展形态,结合实测数据表明： 在受到相同荷载作用下,叠合梁的挠度增量小于整体现浇梁,同时叠合梁在裂缝开展阶段存在停滞现象,能够减缓裂缝穿过叠合面,从而提高结构的整体承载力。     

大型地下空间的结构分割转换工法研究

为解决当下地下空间开发难题,依托中铁工程装备集团地下停车场项目,提出建造大型地下空间的结构分割转换工法（CC工法）,并成功应用。文章从传统各工法的特点出发,阐述CC工法的设想。基于工程实践过程,首先,从地下结构的分割与转换2个角度,重点介绍大型地下空间的形成过程、型钢和钢筋混凝土组合结构管节、节点处理措施等创新内容; 然后,针对B类节点的处理措施、整体背土现象等工程问题进行解决与优化; 最后,探讨该工法拓展应用的可能性,分别介绍多层、曲线、长距离、装配式结构大型地下空间的初步方案。CC工法的成功研发,旨在为城市大型地下空间开发提供一套新的解决思路。     

丽香铁路黄山哨隧道下穿岩堆段设计施工关键技术

以下穿岩堆段的丽香铁路黄山哨隧道为工程依托,对岩堆段地表开裂及洞内初期支护边墙严重变形的问题进行研究。地表埋设6根测斜管监测地表位移情况,洞内布置3个断面进行围岩压力、钢架内力、二次衬砌内力、初期支护与二次衬砌间的接触压力、锚杆轴力量测。在分析现场岩堆段洞内外受力机制及原因的基础上,根据数值计算结果优化二次衬砌断面型式及进一步加大二次衬砌厚度及配筋。采取以下措施控制隧道岩堆段变形： 1）地表岩堆土石接触面开裂处增设截排水措施; 2）加大隧道初期支护钢架型号及加长岩堆侧边墙径向系统锚杆; 3）加大隧道边墙轮廓曲率并优化隧道二次衬砌型式为圆顺型; 4）隧道预留变形量加大至30 cm; 5）隧道二次衬砌内净空预留50 cm补强空间; 6）隧道拱部设置42小导管超前支护。现场岩堆段采取以上措施后已顺利施工通过,根据洞内外监测结果显示,结构在安全可控范围内。     

基于远、近期合建的折多山公路隧道总体设计方案研究

为解决特长公路隧道升级改造困难问题,以折多山公路隧道项目为依托,创新性地提出远、近期合建的总体设计方案。通过交通量预测、工程造价、运营通风及逃生救援等方面综合比较,得出可实施的合建方案： 先期建设二级公路隧道主洞,设2段非贯通平导,后期直接将二级公路隧道作为高速公路隧道右洞,并贯通二级公路隧道平导作为高速公路隧道左洞。合建方案能有效节约工程造价,降低社会耗能。     

浅埋小间距矩形顶管掘进姿态控制技术探讨

为解决采用结构分割转换工法（CC工法）建造的某地下停车场小间距隧道群矩形顶管施工中顶管机出现栽头及掘进姿态控制困难的问题,结合项目施工过程的姿态监控数据,对产生栽头及姿态偏差的原因进行理论分析,提出相应的控制技术,并采取现场试验的方法进行效果验证。结果表明： 1）顶管机栽头现象的原因主要有顶管机体重心偏差、漏浆、姿态预留不够、后靠不稳; 2）通过设备和管节定位处理、洞门密封处理、增加始发姿态预留量、后靠稳定性控制等措施可有效防止顶管机栽头; 3）始发阶段采取洞门预留、破除等控制措施,掘进阶段控制掘进速度并辅以“E”型导向槽进行轴线控制等措施,可有效控制顶管机顶进姿态; 4）通过采取调整铰接油缸行程差、主推油缸行程差及姿态偏差方向的土压等姿态纠偏技术措施,取得了良好的施工效果。