复杂技术

关键词：

复杂技术（精选十篇）

复杂技术篇1

1.1 急倾斜煤层的主要特点

急倾斜煤的开采十分困难, 一般都是由中、小型矿井完成的, 原因是急倾斜煤的结构特点复杂, 煤层厚度相差较大、断层和褶曲多, 以至于急倾斜煤的开采面积很广但生产能力小。急倾斜煤的开采困难的另一个原因是由于急倾斜煤层的倾角大于岩石安息角, 采下的煤由于角度的关系会自动下滑, 虽然可以简化装运工作, 但是由于下滑的煤和矸石容易冲到支架, 砸伤下方人员。急倾斜煤由于角度的关系在开采过程中会不定时的出现大面积垮塌的现象, 给煤矿的开采工作带来了居多不安全的因素。

1.2 急倾斜煤层采煤方法的分析

合理划分采区, 加大采区尺寸。在对采区划分时要尽量加大采区尺寸, 加大采区的煤炭储量。同时划分采区时, 要根据生产设备及回采工艺的要求, 适当加大采区的走向长度, 加大阶段垂高。

目前, 我国的急倾斜煤开采工艺绝大部分都是采用炮采工艺和风镐落煤工艺, 与当今先进的采煤技术相比还是比较落后, 这种落后的开采工艺安全性差, 人工劳动需求量强大。不断优化回采工艺, 有利于提高煤矿安全生产效率。所谓不断优化回采工艺是指让机械工作代替人力劳动, 这样不仅可以大大的提高生产效率, 还可以降低人工劳动成本, 有助于煤矿的安全开采, 为推动我国煤矿资源的开采有着积极的意义。

煤矿的机械化发展可分为局部机械化和全局机械化。所谓局部机械化是指在某些方面利用机械可以大大提高工作效率, 一般都是在支护方式、落煤方式和运输方式这几个方面采用机械化程度比较高。全局机械化是指采用综合机械化采煤方法从破煤、装煤、运煤以及支护四个方面来实现机械化。

2 无保护层突出煤层的开采技术

2.1 无保护层突出煤层的主要特点

目前我国的大多数煤炭资源都以无保护层突出煤层为主, 无保护层突出煤层的开采方式已成为我国煤矿开采技术主要的探讨问题。无保护层突出煤层在开采过程中由于缺少必要的保护层, 加大了开采难度与危险性。在实际的开采过程中需要进行科学取样, 采用最优的技术手段和最安全的保护措施。这样才能够避免安全事故隐患的发生, 减少人员不必要的伤亡和造成不必要的经济财产损失。在对无保护层突出煤层的开采前, 需要制定一个安全合理的开采计划, 并做好抽放瓦斯的安全防护措施。

2.2 无保护层突出煤层采煤方法的分析

由于受到地壳运动的影响, 无保护层的突出煤层产状改变了原来的生成位置, 由原来的平稳或带有波浪起伏的状态变成了程度不同的地表存在状态。无保护层突出煤层开采技术已成为我国现在煤矿开采行业共同面临的主要问题, 长壁体系采煤方法在我国无保护层的突出煤层采煤过程得到了良好的效果并广泛使用。除此之外, 在我国无保护层的突出煤层采煤过程还有一种较好的采煤方法—柱式体系采煤法, 此采煤法以房、柱间隔进行采煤为主要标志。高度机械化的柱式体系采煤方法分为两大类, 一是房式采煤法, 二是房柱式采煤法, 所谓房式采煤法是指房间煤柱作为永久煤柱支撑顶板, 房间煤柱不回收。而房柱式采煤法是指房间煤柱在采房结束后需进行回收, 房间煤柱只是作为暂时的支撑。

3 剩煤开采的主要特点与方法介绍

3.1 主要特点

剩煤是指生产矿井储量损失表已经填报的那一部分损失量 (主要是设计损失和地质及水文地质损失) 以及转出、注销、报损及表外储量。主要表现为区段煤柱;各个井田之间的技术井界煤柱;出于安全因素考虑丢失的顶底煤;落后采煤法所造成的损失;被遗弃的劣煤等等。

3.1.1 煤柱

煤柱包括区段及阶段煤柱、构造保护煤柱、井田煤柱, 在整个煤矿中广泛分布, 在实际的煤矿开采中, 煤柱的大量损失是有一定原因的, 主要表现为, 地质的结构复杂, 出于安全因素的考虑, 需要丢失大量的煤柱或顶煤、底煤;因灾害事故而设立的隔离煤柱;各个井田之间的技术井界煤柱等等。

3.1.2 浮煤与底煤

浮煤的出现主要原因是使用的采煤方法比较落后, 没能彻底的将煤挖掘干净, 在落煤过程中, 大量浮煤被冒落的顶板岩石所覆盖。底煤出现主要原也是采用了落后的采煤技术, 在实际的挖掘期间, 没有沿煤层底板送道, 造成底煤大量丢失。这两种剩煤的大量损失主要原因是因为开采技术落后与人为因素, 所以需要不断的改进采煤技术和加大人员的管理, 才能够保证煤炭资源的最大化利用。

3.2 采煤方法介绍

由于残煤煤体不连续、疏松易冒以及瓦斯含量相对较少, 从利于顶板管理, 防火和瓦斯管理等方面考虑, 经多年开采实践, 逐步形成了按煤层厚度、倾角分类的几种采煤方法。

1) 煤层倾角近水平或近水平布置的残煤、煤层倾角大于45度的不连续残煤, 可采用巷柱采法开采。2) 煤层倾角小于25度煤层厚度大于6.0m。可采用单一长壁全陷扒顶煤采法开采。3) 煤层倾角大于45度、煤层厚度大于8.0m的残煤。可采用单扒采法开采。4) 对于煤层倾角大于45度、煤层厚度4~6m的原始块段或连续煤体。可采用巷道长壁法开采。

我国煤存储量大, 但地质结构复杂, 所以, 我们应该根据不同煤层的各个情况, 采用最适合的开采技术。

4 结语

煤矿事业的快速发展离不开先进的开采技术, 在实际的工作中, 我们应该不断引进发达国家先进煤矿开采技术, 提高工作效率。

煤矿的开采是一件高危险性的工作, 我们应该本着安全第一, 产量第二的原则, 科学的采用煤矿开采技术, 为促进我国煤矿事业的发展顺利进行。

摘要：我国是一个煤炭资源非常丰富的国家, 煤炭是我国的重要能源之一, 高回采率、高产、高效、高安全是采煤工艺必须坚持的基本原则。由于各个煤层之间的差异不同, 煤矿开采的方法也应随着煤层的变化而变化。本文阐述了不同煤层的各种开采技术, 并将此技术不断发展与完善, 对煤矿前景的发展有着决定性的意义。

关键词：煤矿,采煤方法,急倾斜煤层,开采技术,突出煤层

参考文献

[1]尹春恒, 廖为康.浅议煤矿开采技术与工艺发展.中国高新技术企业, 2009.

[2]卢志愿, 李守振, 王国庆, 李杰.回采工作面顶板泥灰岩含水层下开采技术.中州煤炭, 2011.

[3]李华炜, 刘玉德, 雍涛.双突煤层综放工作面瓦斯开采技术研究.矿业安全与环保, 2011.

[4]朱海洲, 吴永纯, 陈秀杰, 连鸿全.上行式开采技术在龙煤鹤岗分公司的实践应用.煤矿现代化, 2011.

复杂构件精密锻造技术的新进展-- 篇2

论文题目：复杂精密锻造技术新进展

导师：袁林学号：姓名：王娜娜专业：材料加工工程—锻压 14S009112

复杂精密锻造技术新进展

摘要：随着科学技术的不断发展，钛合金构件的应用越来越广泛，大型化、精密化将成为必然发展趋势。传统的自由锻及模锻形式，由于存在较多飞边并留有大量切削，造成材料浪费，增加产品成本。因此，本文在深入研究钛合金材料的基础上，分析并阐述有关钛合金复杂构件的精密塑性成形技术，以降低生产成本、提高锻件承载力[1]，推动钛合金复杂构件的应用与发展。复杂构件精密锻造是一种先进的热加工工艺，结合课题研究与成果应用，国内钛合金的精密锻造从简单圆盘件[2]到复杂结构件，从中小锻件到大型整体锻件，从均质锻件到功能梯度锻件等研究进展情况，并讨论锻造技术未来的发展方向。关键词：钛合金，精密锻造，超塑性

前言：当前，我国航空工业所取得的发展成就举世瞩目。伴随着航空工业的崛起

[3]和快速发展，钛合金复杂构件的整体化和有效的应对，研究钛合金复杂构件精当明显，作为的现实意义。钛合金之所以在航空工业中倍受青睐，主要是因为钛合金具有耐高温、高比强度、低密度、高抗腐蚀性以及能够焊接处理等优点，所以航空飞行器和航天飞行器在提升自身的综合性能、降低自身重量时，会优先考虑钛合金材料。由于钛合金及其构件的合成制作具有相当高的技术含量，因此，钛合金材料使用数量的多少目前已经成为衡量航空(航天)飞行器[4]先进程度的重要指标之一。但是为了实现航空(航天)飞行器总性价比的最优化，需要对钛合金的使用比例进行必要的控制。当前航空航天领域对于航空(航天)飞行器的总体要求是，安全。使用寿命长、性能优秀、速度高、自重轻，其中降低航空(航天)飞行器的自身重量对于增加燃料、提高飞行器性能而言是至关重要的。锻造是将模具与锻坯[5]加热到一定的温度，是一种先进的热加工工艺，具有的优点（1）显著减小材料的抗变形能力，从而大大提高锻造设备的实用能力；（2）提高锻造材料的塑性，使低塑性材料的锻造成为可能；（3）工艺条件易于控制，产品质量稳定。（4）避免模具激冷，大大提高材料的充填能力及充满型腔[6]的能力，减少锻造残余应力，使得少无余量锻造成为可能，使锻件流线非常合理。

一、钛合金材料的流变特性及超塑性

锻造技术主要包括锻造过程模拟技术，锻件设计技术，模具设计技术，模具材料技术，模具真空熔铸技术，模具机加工及电加工技术，电坯技术，润滑技术，等温超塑成型技术，锻件组织性能与控制技术，防止精锻件翘曲变形[7]技术，精锻件数控锻造技术。TA15钛合金属于高铝含量近a型合金是飞机和发动机结构的重要钛合金材料。钛的趟塑成形适用于航用球形燃料罐、机体构件、V2500 发动机前缘整流罩[8]等部件的加上。该方法是将扳材放置在真空热装置巾加热，上型压F，氩气氛中进行加压，用气体压力控制变形速度超成形 n J 进行复杂形状的深拉加工，比用锻造切削广，L占的金属利率高。接合加工包括熔焊及固相接合，是板、管、棒材绀合成部件的必要方法。由于焊接变形[9]、焊接质的离散件、焊接区的铸造组织等会使焊接接头的性能下降，仅限于框架类、静翼组装、燃烧器、排气管道等静止部件的焊接。但是，随着焊接技术自动化程度的提高，焊接的可靠性提高，因而也扩大r，其中，被用于高应回转部件的焊接。钛制航部件的 TIG 焊应置于氙气气氛的容器内进行。在氩气中JJI J入氦气，由于

[10]热收缩效应町提高焊枪的能量密度，是一种低入热、深焊透的技法。另外，对高价的钛压缩机动翼尖端部在受到磨耗、损伤时，也可用 TIG 焊修复。钛的电子柬焊接是一种高可靠性的精密焊接，对用于钛合金缩机间隔金筒等重要回转部件的焊接，以及 F 14 战机机翼中央 F i一 6A l一4V 合金部件的焊接。由丁钛的吸光和焊接性好，激光焊已应用于钛的航空发动机重要部件 V2500 风机架、风机壳体的焊接，采用的是10kW CO 激光器，钛的电阻焊由于焊接区与氖气接触机会少，没有像点焊、缝焊那样F焊接设备和设施[11]的限制，有电阻高，可实现低电流的焊接，已用 f 风机架外支撑的外强筋的焊接、襟翼迭板的焊接等钛的摩擦焊是使部件回转，由复运动的磨擦热热接的办法。惯性焊是使部件同

[12]转达定速度后力推力，回转部南惯性能量变为摩擦热达到接合的日的。适用于发动机盘件、套筒、轴食等旋转部件。由于航空发动机是高可靠性飞轮式，大多采用惯性焊。钛的扩散焊有钛合金精加 I 部ft：直接接合的方法和在接合部中间夹中间金属，由其产生的瞬间液相达到液相扩散接合的方法两种。直接接合已用于一 70发动机的中空风机盘焊接，Rolls． Royce[13] 公刊正在开发中空翼，其内部为液相扩散接合 I 艺制造的钛蜂窝结构，中间金属为 Ni、cu 两层镀层，由 r r i— Cu— Ni j 元共晶反应进行接合，适用于RB 211— 534GH、V 2500[14] 发动机。TRE NT 发动机采用的第二代中窄翼也是由扩散焊 + 超塑成形技术制造，是由3张板件重叠进行扩散接合而成。

二、钛合金复杂构件精密塑性成形技术分析

目前钛合金复杂构件精密塑性成形技术主要包括三种即粉末冶金技术、等温锻造技术以及精密铸造技术。这三种技术的钛合金材料利用率能够达到70％至90％的水平，拥有较好的生产经济性，并可以实现净形生产。因为钛合金材料是公认的非常昂贵的材料，并且废弃材料难以回收和加工，增加了钛合金[15]材料的加工成本，因此，选择利用率高的加工技术是提高钛合金构件性价比的关键。1．钛合金粉末冶金技术

MLM(金属粉末注射成形)技术是当前公认的优势最为显著的成形技术之一，它属于近净成型技术，在制造高精度、高质量的复杂零件方面拥有独特的优势。在制备形状复杂的部件方面，钛合金热等静压粉末冶金技术相对比较容易操作，并且制备完成的钛合金部件几乎都是净形，并且其材料性能和原先基于锻材加工技术制备的钛合金构件不相上下。并且，利用热等静压粉末[16]冶金技术固结的粉末钛合金能够实现全部程度的致密，不仅微观结构良好，而且组织均匀、晶粒细小，没有偏析和织构问题，其性能不低于锻件水平。当前，外国的航空航天领域在高性能钛合金粉末冶金[17]技术的研究方面已经达到了相对较高的水平，某些已经得到了商业应用。我国虽然也在钛合金粉末冶金技术进行了大量的研究工作，但是在高性能钛合金粉末冶金技术尤其是关键构件的高性能钛合金粉末冶金技术方面的研究还要落后于国外先进水平。

2．等温锻造技术

关于钛合金等温锻造技术的相关研究已经有三十几年的历史基于此技术的大型钛合金锻件类型也有不下数十种。资料显示，目前钛合金锻件[18]投影面积最大为0.4 ．8平方米。国外在该技术的研究和应用方面均早于国内，其中一些技术也颇具代表性，例如，德国G K SS 研究中心研发的等温锻造加工近一 Ti A I合金零件的技术便是典型代表之一。其他的一些欧美国家在该技术的研究方面也取得了一定的成就，并且已经具备了成熟的硬件设施，例如，反馈系统设备、常应变率控制设备以及温控设备等等。我国在钛合金等温锻造技术方面虽然起步较晚，但是也获得了显著的成就，例如，我国的宝钢公司利用等温锻造技术成功试制出了直径为500毫米的TC 17钛合金整体叶盘[19]和高压压气机盘。结果显示，该锻件的金属流线分布合理，并且具备良好的组织和性能。化工信息为了促进等温锻造技术获得更深程度地发展，在今后的研究当中需要重点解决以下关键技术：首先，大型件的组织性能控制技术；其次，复杂形状零件的多向加载成形模具结构的设计技术；再次，大型薄壁件整体成形省力技术；最后钛合金零件精密成形金属流动控制技术。

3．精密铸造技术

近年来，钛合金精铸技术发展德陕，如开发了钛精密铸造 + 热等静压-I-热处理技术，可保证钛合金铸件质量接近于 B 一退火的钛合金锻件；开发了浮熔铸造技术，采用减压吸引法进行铸造，浇注时很少产生紊流，基本无气泡夹杂，很少产生铸造缺陷。在美国，真空压铸法作为新的钛铸造方法已进入实用阶段，这种方法不会产生铸件表面污染，质量比较稳定，也省去了后续的酸洗工序。美国H ow met公司、波音公司与美国空军研究实验室联合进行薄壁钛铸件[20]的开发，选择了C 一 17军用运输机发动机挂架的鼻帽和防火封严件为对象，各用一个整体铸件取代由17个Ti 一 6A 1 — 4V 合金钣金件组成的鼻帽和由多个零件、紧固件组成的防火封严件。经过努力，目前已达到 l_ 27m m 厚度的要求，并在新生产的C一 17飞机中得到应用。国内方面，北京航空材料研究院曾成功浇铸出尺寸为630nlm ×300 r a n1×130 m m、最小壁厚仅为2． 5 m m 的复杂框形结构。该技术存在的问题，首先，大型钛合金构件将越来越多地应用在易疲劳断裂的关键部位，但大型复杂薄壁钛合金浇铸[21]时液态金属流将部分造型材料卷入金属流冷却后形成的夹杂容易导致裂纹的产生与扩展，尤其是钛合金铸件中大于10m m 的缩孔，很难在热等静压中压扁焊合。其次，熔模铸造的充型凝固过程容易产生许多如卷气、夹杂、缩孔、冷隔等铸造缺陷，从而影响铸件性能。最后，虽然真空压铸法不存在以上问题，但它仅适于制造形状简单的零件，铸件最大质量为18 k窖，最大尺寸为61 cm x 46 cm × 25 cm，一次最多可铸造12个零件。

三、锻造产业在航空制造领域的发展方向

随着先进锻造技术埘优质、精密、高效、环保、低成本曰标的断追求，锻造产业在航空制造领域的发展应从5个方面进行考虑。第一，应满足新一代航空装备制造大型化、整体化的需求；第二，臆发展低成本、高可靠锻造技术；第三，应考虑低碳、环保的制造方式；第四，针对新型制造技术的特点，结合锻造技术，发展高效率的复合制造技术；第五，应在锻造产业巾发展循环经济制造 1 发展低成本、高可靠的锻造技术在航空制造领域锻造技术主要用于飞机及发动机零件的制造，根据其结构特点，主要有自由锻技术、模锻技术和环轧技术，而自南锻技术除在新号飞机[22]试制部分零件选朋之外，很少直接应用于零件的制造，往往是作为给模锻制坯的T序。因此，发展先进的模锻技术和环轧技术是锻造技术在航空制造领域发展的方向。（1）发展等温精密锻造技术等温精密锻造技术是模锻技术的一种，该技术要求自始至终模具与工件保持相同的温度，以低应变速率进行变形的一种锻造方法。为防止锻件和模具的氧化，常在真空或惰性气体保护的条件下进行。能够生产出锻后不需机加 r的净型锻件或是仅需要少量加的锻件[23]，材料利用率高，锻件组织性能比普通锻件优异。近年来等温精密锻造技术在国内航空制造领域发展较快，但还远远未达到大量推广应的一业化技术水平，这主要是为模具由特殊材料制造，费用比普通模具高得多；且需要温度均匀可控的模具加热系统；润滑剂要求高，能在高温下充分使用；为防止T 件和模具氧化，需要额外的真空或惰性气体保护装置[26]。针对这些问题，后续应开发低成本高温合金模具材料；进行高温模具保护涂层和模具修复技术研究；进行真空或保护气氛下的等温锻造技术研究；进行高温合金模具结构设计、模具精密铸造[27]等研究。（2）发展精密环轧技术

[28]目前，我国在研和批产的各种型号航空发动机和其他军T 项目中，高温合金、钛合金等难变形材料环件的应用非常广泛。但国内现生产的航空航天难变形材料环件多为矩形或简单异形截面。材料利用率低，约5％～10％，且尺寸精度差、组织不均匀、加一变形严重等问题较突出。针对上述问题，如何在提高材料利用率、环件尺寸精度的同时，满足新型发动机对环件组织性能、组织均匀性及批次稳定性等要求，并降低生产成本、缩短研制J吉 J期、节约贵重材料和战略资源是发展环轧技术的方向。根据中航重机股份有限公司[29](以下简称 “ 中航重机”)的 J贵州安大航空锻造有限责任公司前期研究成果，可以从环件胀形一 r艺研究、异形环坯料设计与制备T 艺研究、辗轧、胀形校正、热处理一 r 艺研究；封面文章件产批次[30]稳定研究4方面推动精环轧技术的发腱，重点突破环件辗轧胀形忡技术、异形坯料设计优化技术、环什残余应力测试控制技术等火键技术，最终满足先进发动机和其他武器装备对环形零件的离性能、低成本、精确化、轻醚化、命和用制造的需要，使我国的生产技术达到国际先进水平。

四、结束语

在飞机，发动机和航空材料快速发展的推动下，锻造先进技术在国内发展很快但还未达到大量发展应用的水平，主要在航空钛锻件，高温合金锻件中得到越来越多的应用，今后应更多的开发高温合金模具材料开展热模锻研究进一步降低模具费用，开展高温模具保护涂层和模具修复研究技术，提高模具寿命，开发高温应变速率超塑性，开展真空或保护气氛下的等温锻造研究。为了实现降低飞行器自重的目标，航空航天工程人员通常采用整体结构形式而非原先利用小锻件连接成为大部件的方式，此举在提高飞行器刚性的同时也显著降低了飞行器的自重。对于钛合金材料而言，因为焊接难度较大，采用整体成形技术使其一次性成为整体构件是当前航空、航天飞行器用的钛合金结构件制造技术的发展趋势，特别是大型、薄壁、复杂、整体、精密制造技术更是代表。

参考文献

[1]SHEN gang shun,FURRERD.Manufacturing of aerospace forgings [J].Journal of Materials Processing Technology,2000，98：189-195 [2]庞克昌.钛合金特大型锻件生产的新途径[J].宝钢技术,2005(5)：66-69 [3]ZHAO Zhang long,GUO Hongzhen,CHEN Li,YAO Zekun.Super plastic behavior and micro structure evolution of a fine grained TA15 titanium alloy[J].Rare Metals,2009,28(5):523-527 [4] 曹静，王永锋，刘锐精密成形技术在汽车工业中的应用叭现代零部件，2008。(09)：125— 126．

[5]陈广森，昊国华，王迎新，丁文江．镁合金精密成形技术的国内外研究现状[J]材料导报，2008。(07)：103—104． [6] 李宝辉，侯正全，邱立新，陈斌 Ti A I合金精密成形技术研究进展[J] 宇航材料工艺，2008(05)： l52— 153 [7] 杨红霞．钛合金熔模精密铸造技术分析[J]中国高新技术企业，2008,(20)：125 — 126 [8]谢华生，刘时兵，苏贵桥，汪志华，赵军．我国钛用[J]特种铸造及有色合金，2008，(S1)： 203— 204 [9]D W zhang,H Yang,Z C Sun Analysis of lacal loading forming for titanium alloy method[J].Journal of Materials Processing Technology.2010.210(2)258-266 [10]王凤喜.大锻件生产行业与锻造技术发展 [J].锻压机械,2002,(4):3-6.[11]林峰, 颜永年, 吴任东, 等.重型模锻液压机承载结构的发展 [J].锻压装备与制造技术, 2007,(5):27-30.[12]陈火红.Marc 有限元实例分析教程 [M].北京:机械工业出版社, 2002.[13]林道盛.锻压机械及其有限元计算 [M].北京:北京工业大学出版社, 1998.[14]余心宏, 张盛华, 权晓惠等.快锻液压机机身模态分析[J].重型机械, 2005,(1):34-37.[15]侯永超, 房志远, 张营杰.大型自由锻造油压机上横梁的有限元分析 [J].锻压装备与制造技术, 2008,(1):32-33.[16]方钢, 康达昌.万吨水压机下横梁强度的有限元分析 [J].塑性工程学报, 1999, 6(2):78-81.[17]侯晓望, 童水光.基于有限元分析的液压机结构优化 [J].重型机械, 2005,(4):46-48.[18]史宝军, 鹿晓阳.开式压力机床身有限元分析与结构改进[J].力学与实践, 2000, 22(2):35-38.[19]X G F A N，H Y A N G ． Internal — state variable based self-consistent constitutive modeling for hot working of two-phase titanium alloys coupling micro structure evolution． International Journal of Plasticity，2011．27：1833— 1852 [20]N IN G L i n-xin，Y A N G Dai-jun，J I i n，eta1． Effect of laminar cooling on phase transformation evolution i n hot rolling process[J]． Journal of iron and steel research，International，2010．17(10)：28—32，4 4 [21]Z C S U N，H Y A N G，G J H an，eta1 ． A numerical model based on internal-state-variable method for t h e micro—structure evolution during hot-working process of T A 15 titanium alloy [J]． Materials Science and Engineering A，2010．527 ： 3464—3471 [22]M ark F Horstemeyer，Douglas J B am man n． Historical review of internal state variable theory for i n elasticity[J]． International Journal of Plasticity，2010． 26： 1310—1334 [23]H A L L B E R G H，W A L L IN M，R IS T IN M A A M ．Simulation of discontinuous dynamic recrystallization in pure Cu using a probabilistic cellular automaton EJ]．Com put Mater Sci，2010，49(1)： 2534 [24]J IN Z hao— yang，C U I Z h en — sh an．Investigation on strain dependence of dynamic recrystallization behavior using an inverse analysis method EJ]．M at Sci Eng ： A，2010，527(13／ 14)：31l1— 3119．

异型复杂屋面系统施工技术篇3

【关键词】异型复杂屋面系统；渗水；施工技术

异型复杂屋面的施工技术比较复杂，其安全性是施工工程的重点。在施工现场，一旦出现安全问题不仅会严重影响到施工的进度和施工的质量，同时还会造成施工人员的人身安全。因此，相关的管理人员和监督人员需要对这一施工技术进行有效的控制，保证其满足施工需要的前提下，尽量将安全隐患控制在一定的范围内，避免安全问题的出现，提高施工进度的整体效率。

0.工程概况

本文主要以某体育馆建筑工程为例，其面积达到4万多平米，分成地上和地下两个结构，这一建筑属于公共建筑的范畴，因此，需要对其造成以及性能提出更高的要求。为了提升建筑外观的美观程度，主要采用的是双曲面屋面的形式。整个工程呈现出圆弧形，其中屋面部位主要包括网架，钢结构以及铝板结构等等。这也是屋面结构的特色之所在。

1.施工难点

在具体的施工过程中，屋面结构的施工时难点之一，由于屋面主要以铝板屋面和膜结构两种情况构成。其中对于铝板屋面来说，网架结构是主要的承载部分。而膜结构主要是防水倒流为主，在实际的施工过程中，需要将膜下的钢结构支撑在网架上。可见，这是一种比较复杂的屋面系统，需要在施工之前对设计原则以及规范进行详细的掌握，同时根据屋面各种结构的特点来对各种界面的特点进行分析，还必须对节点处进行高效处理，保证屋面系统的稳定性。

2.相交界面的施工要点

2.1渗水隐患问题

本工程的屋面施工工艺比较复杂，多数情况下封口处的高度会超过屋面的高度，因此，预应力就不断提升，钢板会出现严重的翘曲现象，铝板之间就会出现严重的缝隙问题。另外，施工人员在对渗水问题进行控制的过程中，可能会采用钻孔的形式，但是如果施工不慎可能会出现钻穿的现象，进而引起更大程度的渗水和漏水，如果施工人员在交界处附近走动，用力过猛就会导致材质比较柔软的铝板变形或者是出现移动的现象。这就加大了铝板结构的断裂程度，严重的话还会导致脱落，进而出现严重的渗漏问题。因此，施工人员需要对开缝的部分进行有效的控制，尽量避免在其附近活动。

2.2施工中采用的防渗技术和管理措施

在施工单位进行施工之前，需要对复杂屋面结构的施工图纸进行详细研究，同时还需要在施工过程中找到重点，做好标识，尽量降低施工中的错误，这样才能有效的防止渗漏问题的出现。如果沉头的螺丝钻孔部位出现渗水的问题，就需要相关的工作人员对螺丝和螺孔中间部位用结构胶进行处理，这样才能有效的防治裂缝的出现。在实际的操作过程中，由于施工人员本身的疏忽可能会造成结构胶的稳定性出现严重的质量问题。使得结构整体的强度受到严重的影响。在施工的过程中需要严格按照施工程序进行施工，在工程进行的同时，还需要对离缝的开裂或者是脱落的现象进行控制和补修。与此同时，还需要对明确各个施工队伍的责任和义务进行明确，保证监理工作进行的准确性和高效性。在工程竣工之后，需要对其质量进行严格地验收，在做好自检工作之后，需要进行多层次的质量检查。如果出现質量问题，需要明确各方责任。只有这样，才能保证施工过程中防渗技术以及管理措施的高效性。

2.3安装控制

在真正的安装工程进行之前，需要对建筑施工的材料质量进行有效的把关，同时需要施工人员严格按照施工程序来进行。只有这样才能保证安装控制工程的稳定性和高效性。具体来说需要按照以下几个环节来进行：

第一，测量放线环节。在异型复杂屋面系统的施工质量控制工作中，少不了首先要进行测量放线的环节。因此，明确基准点至关重要。需要对预埋件进行标高和轴线定位控制，保证其施工的准确性。另外，测量工作也需要被重视，尤其是对节点位置的测量，要保证其准确性。只有保证测量放线的科学性才能够进行下一施工环节的操作。

第二，安装龙筋环节。在进行龙筋安装的过程中，施工人员要按照科学的施工顺序来进行安装，通常情况下都是从两边向中间安装。经过计算之后，首先确定钢管支架的位置，然后进行腹杆的安装，然后根据节点的空间位置来对不合理的环节进行调整，保证安装合格的同时提升安装的整体质量。

第三，由龙筋向两边安装。通常情况下，杆件在加工过程中，就已经被精确计算过。所以，施工人员只要按照图纸设计要求，将龙筋由中间向着两边延伸安装，以此来减少节点球的复核遍数。然而，边缘螺栓球节点的复核工作必须引起施工人员的高度重视。

第四，挠度测量。根据我国相关安装规定要求，需要在网架的中点和四分点部位，设置观测点，确保在钢管支架的支撑情况下，记录原始值。

2.4钢结构施工

采用高空散装法，最重要的为主龙骨，沿长轴方向从最高点位置向两侧拼装。膜结构下钢结构中间部位支撑在网架的球节点，四角支撑在4小块钢结构上。主膜下钢结构为一根主龙骨，每隔一段设一对撑杆。

第一，搭设满堂脚手架。当满堂脚手架安装之后，施工人员需要根据主龙骨位置，在此基础上进行脚手架的搭设，通过利用全站仪器设备，对网架每一个支撑点的标高进行测量，同时将得到的测量数据结果记录在图纸中，并与相关理论值进行对比，确保各支撑点空间坐标准确之后，才能在满堂脚手架上绘制出主龙骨的轴线。

第二，拼装前，在地面上根据网架安装图，预先将?203mm×8mm主龙骨分成几段，并且在操作平台上焊好2根撑杆，以便施工和减少空中作业量，保证焊缝质量。然后根据安装图上的理论坐标，根据满堂脚手上主龙骨轴线、网架或钢结构支撑点连接的轴线，确定空间坐标。使用倒链将主龙骨吊装到位，并且用脚手架支撑起来，复核空间坐标，无误后，将2根事先焊好的杆件与网架球节点或者钢结构支点焊接固定。拼装过程中，对接点坐标位置由专人严格控制，出现偏差及时进行调整。

第三，支撑保护。因为安装过程中，还未形成空间受力体系，所以对已装好的连接点做好刚性支撑，以防位移，最大限度降低施工中的累计误差。另外对于网架或钢结构支撑点要检测其位移变化情况，严禁强制受力拼装，可避免施工应力过大造成杆件弯曲变形和改变杆件的受力状态。这样膜张拉时才能够达到应力均匀。

2.5膜施工

第一，测量定位。膜下钢结构完成后，用全站仪测量钢结构各节点的坐标。

第二，膜的运输。每捆膜重约500kg，使用小铲车进行水平运输，再用设置在满堂脚手架上的卷扬机将膜提上来。

第三，放膜及张膜。膜结构施工时，网架上的铝板已基本完成。保证铝板上干净、无尖锐物体后，将膜在铝板上展开。打开包装前应核对包装上的标记，确认安装部位，并按照标记方向展开，尽量避免展开的膜在场地上移动。

3.结束语

综上诉述，屋面工程是建筑工程中非常重要的组成部分，其施工质量的好坏将会对建筑物整体的防渗性能有着直接的影响。因此，为了防止渗水问题的发生，提高建筑室内质量，施工人员在对异型复杂屋面系统进行施工时，必须严格遵守施工图纸中的设计要求，采用合适的施工技术与安装工艺，全面掌握施工要点，对以往同类工程施工中易出现的问题进行有效的预防，从根本上保障建筑工程建设质量。 [科]

【参考文献】

[1]李模谦，李谟彬，刘有明.膜结构建筑的应用[J].科技广场，2004（11）.

[2]胥传喜，陈楚鑫.膜结构设计（8）膜结构的施工安装与使用维护[J].工业建筑，2005（01）.

复杂气田承压堵漏技术研究应用篇4

我国每年要钻数百口深井, 井漏现象时有发生, 尤其在复杂气田中钻井, 井漏问题更加突出。中石化复杂地层深井主要分布在西部探区和南方海相油气探区, 这些探区资源丰富, 前景广阔, 但一些区块由于恶性漏失严重影响了钻井施工速度。在南方海相施工的探井80%以上发生过井漏, 如普光1井、毛坝2井、河坝1井、双庙1井、普光2、3、4井均发生过不同程度的井漏。上部井段井漏的特点是:井漏突发性强。井漏普遍, 出现的频率高。中、下部漏失层段破碎严重, 井漏后往往带来井塌, 同时漏失井段长, 地层孔隙压力、漏失压力、破裂压力三者比较接近, 钻井液密度窗口很窄, 给井漏处理带来了很大难度。同一裸眼井段存在多个压力系统。为了平衡高压地层的施工要求而提高钻井液密度, 引起低压地层发生井漏。

针对裂缝型漏失应用DL-A高温高压堵漏实验仪器, 针对4mm圆孔模板对13种桥堵剂的复配配方进行了模拟4mm裂缝堵漏实验, 评价出了适合4mm孔隙和裂缝性地层的桥堵剂配方。通过实验和现场应用该项承压堵漏技术在进入漏层后具有膨涨填充和挤紧压实作用, 封堵效果好且封堵裂缝宽, 泵入过程中, 不影响钻井液性能;进入封堵层后, 承压强度高、特别适合于上部高渗透及裂缝性地层的承压堵漏。

2 室内研究

2.1 实验仪器材料和方法

(1) DL-A型高温高压堵漏模拟试验装置是通过对待试验堵漏液加压使之通过模拟漏层试验块产生漏失, 再依据选定的试验温度、试验压力和实验模块特征, 以及记录的漏失量、漏失时间、堵漏时间和模拟漏层的封堵厚度, 来评价研究堵漏剂的组分配比、确定合理的施工工艺条件、为相关的科研和生产提供科学可靠的依据。由于井下漏失层的复杂多样, 该实验装置配备了多种多样的模拟漏层实验模块, 可根据井下漏层的特征, 选择适宜的试验模块进行实验, 以达到预期的目的。实验中选取了直径4mm圆孔模板进行模拟实验。

(2) 实验方法。正交实验法:正交实验法是利用排列整齐的表——正交表来对实验进行整体设计、综合比较、统计分析, 实现通过少数的实验次数找到较好的生产条件, 以达到最高生产工艺效果。正交表能够在因素变化范围内均衡抽样, 使每次试、实验都具有较强的代表性, 由于正交表具备均衡分散的特点, 保证了全面实验的某些要求, 这些实验往往能够较好或更好的达到实验的目的, 能够大幅度减少试验次数而且并不会降低试验方法的可行度。正交法实验也被称做为完全组合, 主要是当因素或位级较多时, 实验条件很多, 通过对不同的颗粒进行配比, 确定出一种优选的配方, 然后计算其颗粒大小的配比。

(3) 堵漏材料评价方法。使用DL-A测试堵漏浆的堵漏性能较为简便。DL-A仪器对堵漏浆的堵漏能力评价主要有五个方面:承压能力、堵漏材料进入深度、漏失量和返排压力。承压能力是反映堵漏有效性的一个主要参数;憋压时间是封堵成功后, 关闭进液阀, 保持憋压状态, 模拟井筒内压力下降的过程, 主要是考察形成的堵漏墙的渗透性和稳定性, 其时间越长越好;堵漏材料进入深度是本试验方法的一个独特之处, 直观反映了堵漏情况, 不同地层对其进入深度要求不同;漏失量则是越少越好;返排压力是考察堵漏墙稳定性的另一个主要参数, 返排压力越大, 则井眼耐井筒压力波动的能力愈强。

2.2 堵漏剂简介

采用正交实验法, 查询正交表得知本次试验具体配方表如表2。

3 DL-A高温高压堵漏实验

实验准备:将垫环内充满85 ml水, 然后用活塞将水与试件隔开, 防止漏失的水泥浆堵塞底盖的可控流速螺钉。在压力条件下, 水泥浆可穿过试件上的孔或缝, 再推动活塞, 将水从垫环内挤出, 此时被挤出的水的体积就是水泥浆堵漏后的滤失体积。该仪器 (见图1) 操作方便, 结构简单, 打开堵漏液容器上盖, 拔出堵漏容器内活塞, 加入堵漏液, 再将活塞放入堵漏容器, 活塞上有气孔, 在压入活塞时应打开排气孔, 压入后再密封好排气孔 (为了减少增压泵不必要的流失, 可以预先把堵漏容器里面加满水) , 密封好上盖。

安装实验模块:根据井下漏层的特征, 选择适宜的实验模块, 安装到实验模块容器内, 并密封好。活塞容器内注水:实验前必须将活塞容器内的活塞推到底部, 并在容器内注满水, 并将模拟系统与活塞连接管线内也注满水, 必要时要把模拟系统与活塞连接管线上的快速接头拔下放空, 直至快速接头出水时拧上接头。调节压力至3.5MPa测试 10min内漏失量随时间的变化, 并记录每100s的液滴漏失量大小。如果在该压力条件下可以堵漏, 则进一步升高压力。如此反复, 测其承压能力。

4 实验结果分析

实验条件:转速:600r/min;起始压力:3.5 MPa;温度:20℃;

实验标准:漏失量以10min总漏失量为准;在3.5MPa堵漏时, 滴漏速度小于0.8滴/s时则为堵漏;当在加压压裂时, 以堵漏速度为大于1滴/s则为压裂;漏失量单位:ml;承受压力单位:MPa;漏失时间单位:s。

4.1 4mm均匀空隙实验现象

在上述实验条件下, 对4mm均匀孔隙实验模块进行实验, 实验结果如图2、图3, 表3为实验数据记录表。

依据表3所示的数据绘制散点图, 观察附图可知各配方漏失时间和承受压力, 如表4。

由上述实验数据可知:

(1) 承压能力。

由图3可知, 从配方1到配方13承受压力总体逐渐减小, 甚至承受压力为小于5MPa, 导致试验模块无法被堵住。配方1、配方3、配方6、配方8的承受压力大于或者等于6MPa, 笔者认为这四种配比为优选配比。观察表3可知, 优选颗粒的复配比为:KL-2的复配比为4%～5%;KL-4的复配比为3%～3.5%;KL-5为3.5%;SD-1的颗粒为5%～6%。

(2) 漏失时间。

由图2可知, 从配方1到配方13漏失时间总体逐渐增大。配方1、配方3、配方8的漏失时间小于或者等于300s, 笔者认为这三种配比为优选配比。观察表3可知:KL3为3%～3.5%。

(3) 漏失量。

由图2可知, 漏失量曲线表明漏失量的变化量不大, 保持在100～200ml之间。配方2和配方8的漏失量小于100ml, 笔者认为这两种配比为优选配比。观察表2可知:KL1的配比为2.5%。

4.2 小结

通过对承压能力、漏失时间、漏失量实验数据对比 (数据交叉取交集原则, 后同) 和观察堵漏结果图, 如图3。配方3具有高的承压能, 较短的漏失时间和较低的漏失量, 对于4mm圆孔模板来说, 桥堵剂配方初步选定为:

2.5%KL-1+4%KL-2+3%KL-3+3.5%KL-4+3.5%KL-5+5%SD-1

5 实验结论

(1) 应用正交试验法对7种不同粒度、不同硬度的堵漏用桥堵剂进行了16种配方的排列。由于实验做至13配方时, 通过数据显示KL-2比例大于5%, 均匀空隙性模块和裂缝性模块的堵漏效果都比较差, 甚至无法堵住模块, 因此后边的3次实验可以省略。

(2) 应用DL-A高温高压堵漏实验仪器, 针对4mm圆孔模板、4mm长孔模板对13种桥堵剂的复配配方进行了模拟4mm裂缝堵漏实验。

(3) 通过对承压能力、漏失时间、漏失量实验数据对比看出, 对于4mm孔隙和裂缝性地层配方三和配方八具有高的承压能, 较短的漏失时间和较低的漏失量, 堵漏效果比较明显。

(4) 同种材料对于不同裂隙, 具有相同的颗粒配比, 堵漏层的厚度越薄承受压力越小;不同材料对于同种裂隙, 堵漏层的厚度不同, 因此对于堵漏剂的的堵漏效果应同时考虑其厚度和承受压力。本实验由于仪器操作问题, 对堵漏层厚度不做评价。

(5) 该桥堵剂配方在室内常温下了解决了裂缝性、溶洞性地层漏失的暂堵问题。

6 现场应用

6.1 AT16承压堵漏

AT16井是塔河油田沙雅隆起上的一口探井, 设计井深6621m。于2009年10月1日14:00钻进至5071.80m (进入膏盐层0.5～1m) , 2009年10月3日20:00电测完后开始承压堵漏的准备工作。2009年10月8日开始承压堵漏的准备工作。 (处理前钻井液性能:密度1.35, 粘度95, 塑粘32, 动切13, 中压失水1.8毫升, 泥饼0.5, 高温高压失水10, PH 9, 含砂0.3%, 固相13%, MBT38, 静切3/14, 摩阻0.06) 。

下光钻杆通井循环调整钻井液性能, 将钻井液密度由1.30g/cm3加重至1.44g/cm3, 加重完后循环两周, 使钻井液密度彻底循环均匀, ρ:1.44 g/cm3、FV:55S、API失水:4ml、HTHP:12ml。同时, 根据地质分层和采用电测井法的数据分析, 确定漏失层, 岩性情况, 将承压堵漏浆分成了四个配方进行分段配制, 堵漏泥浆采用复合堵漏, 共配堵漏浆380 m3。彻底清洗干净井底后, 于2009年10月9日16:00进行承压堵漏工作。本井累计承压80次, 泵入泥浆56.4方, 打压18.5MPa, 稳压17.2MPa, 当量密度1.784 g/cm3。

6.2 丰卤1井

丰卤1井于2009年3月12日18:00用Φ660.4mm钻头一开, 2009年12月10日14:00四开, 采用215.9mm的钻头钻进, 2010年2月26日6:15钻进至5300米设计井深。雷四段:主要表现为地层压力高, 流体主要为高压卤水。在井深4760m以下反映出卤水层压力系数高达1.96。

(1) 2010年1月16日钻至井深4782米, 为防止钻开下部地层出盐水时加重钻井液造成上部地层的漏失, 引起井下的复杂, 所以进行了承压堵漏, 2010年1月16日13:00—16:30配承压堵漏浆28方, 加入非渗透抗压处理剂4吨, 单封2吨。注入非渗透承压堵漏浆22方, 替浆40方, 起钻16柱关封井器承压, 挤入地层2.8方堵漏浆, 最高承压13.8MPa, 当量密度1.81g/cm3, 静止承压2小时后下钻到底, 开始恢复钻进。

(2) 2010年1月28日10:53钻进至井深4885.85m发现漏失, 至12:23累计漏失密度1.75 g/cm3钻井液17m3。

配堵漏泥浆30方 (漏失3.4m3) , 堵漏材料如下:1吨核桃壳, 1.5吨随钻堵漏剂, 2.5吨单封。注入堵漏泥浆21.6m3替浆30m3-注入1.85重浆14m3, 短起至套管鞋4400m处, 静止堵漏2小时, 关半封逐步蹩压至13MPa稳压1小时, 压力不降, 计算当量密度2.00g/cm3。

(3) 在AT16井承压堵漏密度由1.35 g/cm3提高到1.78g/cm3。提高密度0.43 g/cm3, 在丰卤1井由1.75g/cm3 提高到2.00g/cm3, 提高密度0.25 g/cm3。

7 结论

(1) 通过模拟评价装置, 建立一套堵漏评价方法;高温高压堵漏模拟试验装置是通过对待试验堵漏液加压使之通过模拟漏层试验块产生漏失, 再依据选定的试验温度、试验压力和试验模块特征, 以及记录的漏失时间、漏失量、封堵时间和模拟漏层的封堵状态, 来评价研究堵漏剂的组分配比, 确定合理的施工工艺条件, 为相关的科研和生产提供科学可靠的依据。

(2) 针对渗漏、裂缝性中性漏失和只进不出失返性漏失情况, 研究出不同堵漏剂配方及不同桥堵剂配方。

(3) 承压堵漏技术在进入漏层后具有膨涨填充和挤紧压实作用, 封堵效果好且封堵裂缝宽, 泵入过程中, 不影响钻井液性能;进入封堵层后, 承压强度高、特别适合于上部高渗透及裂缝性地层的承压堵漏。

参考文献

[1]马光长, 吉永忠, 熊焰.川渝地区井漏现状及治理对策[J].钻采工艺, 2006, 29 (2) :25-27.

复杂零件数控加工技术实习报告篇5

自己做封面（应包含实习项目、姓名、班级、学号、指导教师、实习时间）

一、实训目的数控综合加工实训是数控专业教学计划的一个重要组成部分，是各教学环节的继续深化和检验，其实践性和综合性是其他教学环节所不能替代的，通过综合实训，使学生巩固以前所学专业基础知识，使其能很好地将所学的基础理论、专业知识和基本技能，与生产实际紧密结合，掌握零件的加工工艺、规程或规范的制定方法，使学生获得综合训练，培养学生从事专业技术工作的能力。让学生有精度、效率、成本的概念。

二、实训任务

1、熟练掌握常用数控机床的各主要技术指标，常用编程指令格式、机床控制面板、操作面板各功能键的功用，能熟练操作机床；

2、掌握数控机床一般故障的原因及解决方法；

3、掌握常用量具、夹具、刀具的使用和刃磨方法；

4、掌握一般零件的加工工艺流程及切削参数的设定；

5、学会使用各类设计手册及图表资料。查找与本设计有关的各类资料的名称及出处，并能做到正确熟练运用。

6、编制零件加工程序和程序的自动生成，完成指定零件的加工；

7、掌握UG三维建模软件的使用（建模、生成刀具轨迹、后置处理）

8、掌握DNC加工基本方法；

9、交加工零件图纸、工艺卡、设计说明书各一份和加工零件。

三、指导教师

赵老师、黄老师

四、实训过程（叙述一周的实习过程、出现的问题及解决方法）

五、工序、工艺卡（写最后上交零件的）

六、加工零件图纸（正规尺规作图）

七、加工零件程序

大型复杂产品装配序列规划技术研究篇6

关键词：装配序列规划技术；层次关联图；装配经验知识；割集法

1.装配信息模型

装配信息模型是装配序列规划的基础，完善、正确的装配信息模型是装配序列生成的保证。

1.1.装配模型的信息需求

建立完整、精确的装配信息模型的目的在于一方面为装配序列规划优化提供全面的信息和支持。另一方面要简化装配序列生成过程中算法的复杂度、提高计算效率。影响装配序列规划的装配信息主要有三类：1.零件自身的属性信息，主要包括零件的形状、尺寸、材料等；2.产品的组成层次信息，一个产品根据设计时的功能、结构特点可以划分为多个功能模块，功能模块又可进一步划分；3.零部件间的装配联接关系信息，主要反映零部件之间的相对位置、相互联接、相对运动关系以及配合关系。

1.2.装配模型的表达方式

国外很多学者对装配信息模型的表达方式进行了研究，提出了不同的表述方法，归纳起来共有两种比较成熟的方法：

1.2.1.关联图模型：表达机械产品的装配关系最初由法国学者Bourjault提出，Bourjault以数据结构中的图结构G（P，L）表达装配体，其中节点P={ ，， …… }代表装配体中的零部件，n为产品中零部件的数目；边L={ ，， …… }代表装配体中的零部件间的联接关系，这里的联接关系表示零件之间的物理接触关系，m为联接边的数量。

1.2.2. 层次模型：从三维建模软件中可以获得原始的装配树结构，该装配树中只包含装配体中零部件的名称信息，为了能够自动生成装配序列，还需对产品的零件、子装配体、紧固件进行统一的编号，为简化装配层次树，还可以将一组规格、功能相同的紧固件合并当作一个零件处理。最后生成一个新的经过编号和简化的装配层次关系树用于割集法生成装配序列。

1.3.基于层次关联图的装配信息模型

层次模型可以树的数据结构来表达，反映了装配体中零部件之间的装配层次关系，符合人们的思维习惯，能较好地体现设计意图和产品的零部件组成层次，由于将产品的零部件分层来表示，所以当采用割集法生成装配序列时，只对某一层的零部件进行规划，可以有效降低装配序列规划的复杂度。层次树模型的缺点是缺乏对同层中零部件装配关系的描述，也没有涵盖零部件装配操作有关的信息，因此这种模型很难被装配序列规划模块直接所用，关系模型主要用图的数据结构来表达，反映了装配体中零部件之间的联接关系，但是该模型不能清楚的表达产品零部件的层次结构，不符合人们对产品的认识习惯，对于割集算法当产品中零部件数量较多时，容易产生“组合爆炸”问题。

针对上述两种方法的缺点，提出一种层次模型和关系模型相结合的装配模型表达方法，即基于层次关联图的装配信息模型。既表达了装配体中零部件的装配层次关系，也反映了零部件之间的联接关系。

2.装配序列生成

2.1.目前装配序列求解比较典型的几种方法，按求解方向的不同又可以将装配序列生成方法分为两大类，一类是正向法，正向法是按照产品装配的顺序得出装配序列；另一类是逆向法，逆向法是按照产品拆卸的方法得出拆卸序列，再取逆序得装配序列。

常用的知识表示结构有：基于逻辑的知识表示，基于框架的知识表示，基于规则的知识表示三种类型。其中基于规则的知识表示经过分析更加符合装配序列规划的过程，同时在系统实现方面比较容易，本文将主要介绍基于规则的装配知识表示。基于规则的知识表示形式如下：

IF（前提条件1，前提条件2，…，前提条件n），THEN（结果），CF（可信度）

其中前提条件主要描述配合的零件以及装配特征类型等，结果表述零件的装配序列，可信度表示结果正确的概率。

为了基于规则描述各种装配知识还需定义若干谓词，现举例如下：

螺栓联接用Bolt（x，，，y）表示，其中x表示螺栓，y表示螺母，，表示弹簧垫片和平垫片，当，为0时表示该联接没有使用垫片。

Connect（（x），（y））表示用联接件y将x中的零件联接起来。

Sequences（x，N）表示零件x的装配顺序为N。

利用上述三个谓词可以构造一个螺栓联接的推理规则，先叙述如下：

IF（Connect（（x，y），bolt（cont1，cont2）），bolt（cont1，0，0，cont2）），

THEN（Sequence（cont1，1），Sequence（y，2），Sequence（x，3），Sequence（cont2，4）），CF（0.9）

该规则包括两个前提条件，前提条件1表示用联接件（cont1，cont2）将零件x，y联接起来，前提条件2表示螺栓cont1，螺母cont2形成螺栓联接但没有使用垫片。结果为先安装cont1，然后y，x，最后cont2。该结果正确的概率为90%。

2.2. 割集法

割集法求解装配序列是装配序列规划问题的重要方法之一，它把装配体得拆卸过程巧妙的与图的分割过程结合在一起。但是割集法也有一个很大的缺陷，当零件的数目增加时，割集分解的数量呈现指数级增加，因此对于解决大规模装配体割集法则显得无能为力。

在利用割集法求解时，最后得到了每层子装配体的装配与或图。

3.总结：

传统的方法只能解决零部件较少的小型装配体的装配序列规划问题，本文针对大规模装配体提出了基于层次关联图的装配信息模型，该模型能够恰当的表达装配体的结构层次性以及零部件之间的联接关系，在装配序列生成时采用正逆向相结合的方法即装配经验知识与割集法相结合来求解装配序列。

参考文献：

[1]范菁，董金祥.虚拟环境中的产品装配技术[J].工程设计学报，2000，（3）：1～5.

[2]王艳玮.计算机辅助装配顺序规划关键技术研究[D].西安：西北工业大学，1999.3：1～5.

复杂地质条件下综采技术的应用篇7

平煤股份八矿戊9-10-14122采面位于戊四采区西翼下部, 为戊9-10-14121、戊9-10-14141采面的下分层, 跨上分层采面区段煤柱布置, 东至戊四轨道上山, 西邻已回采过的戊9-10-14120采面, 南邻已回采过的戊9-10-14101采面, 北邻已回采过的戊9-10-14141采面, 南北下分层均未回采。采面东西走向长689.9 m, 南北平均倾斜宽137 m, 实体煤段煤层厚4.4 m, 下分层段煤厚2.0～2.4 m, 平均厚2.2 m, 可采储量26.5万t。采面为戊9-10煤层下分层, 煤层直接顶为再生顶板, 基本顶为浅灰色细砂岩, 条带状, 具有明显水平层理。直接底为泥岩, 遇水易膨胀;基本底为砂质泥岩及细砂岩。采面煤体及巷道状况如图1所示, 煤岩层综合柱状如图2所示。

戊9-10-14122采面地质情况较为复杂, 煤体共分为6个部分, 4块实体煤, 2块下分层。各部分情况如下:第1块段, 切眼以外运输巷97 m、回风巷38 m实体煤段;第2块段, 从运输巷218点外44 m处以外, 137 m实体煤段, 倾斜29 m, 受断层影响, 煤层不稳定;第3块段, 戊9-10-14121外切眼实体煤段。倾斜宽75 m, 走向长65 m;第4块段, 戊9-10-14121与戊9-10-14141区段煤柱段, 倾斜宽23.5 m;第5、6块段, 下分层块段。

采面中间有3条老巷道, 1条为原戊9-10-14122采面运输巷, 工字钢梯形棚支护, 年久失修, 预计巷道内大部分支护已不完好, 巷道内可能聚集瓦斯, 直接影响戊9-10-14122采面的正常出煤和安全生产, 需要随回采逐步恢复老巷口处的支护, 保证通风。另2条分别为上分层戊9-10-14121运输巷、戊9-10-14141回风巷, 已被片帮煤和冒落顶板填充严实, 其中遗留有水管、槽子和大量工字钢等铁质设备。老巷处采面顶板较碎, 煤体松软。3条老巷延伸至终采线位置, 对安全生产造成一定的影响。

回风巷为工字钢梯形棚支护, 服务过3个采面, 服务年限超过10 a, 经过多次翻修, 顶板破碎, 巷道两帮煤体松软, 顶板漏渣、巷帮片煤处较多, 巷道在多次翻修时偏离中心线, 弯曲不直。运输巷为U型棚支护, 在掘进到550 m断层处时, 顶板发生一次长25 m、最大高度4.5 m的大冒顶。冒顶区域通风不畅, 发生煤炭自燃和瓦斯积聚, 即用编织袋装渣充填, 之后利用罗克休材料进行注射封闭, 形成长30 m、宽3.5 m的人工顶板。2条巷道自切眼往外65 m偏离中心线24°。采面运输、回风巷共揭露7条断层, 其中运输巷216点处断层带为3条阶梯状正断层, 累计断距5.0 m, 影响长度80 m。

该工作面采用倾斜长壁采煤法, 综合机械化采煤工艺, 全部垮落法控制顶板。

2 回采工艺及支护方式

该采面采用综合机械化采煤工艺, 配备MG200/475-W型采煤机, SGZ-764/500WS型输送机, SGW-80T型转载机, ZY4000-14/30型液压支架87架, ZY4000-12/25型液压支架6架。支架具体支护参数见表1。

3 安全管理存在的问题和采取的技术措施

(1) 采面煤体赋存状况复杂, 有实体煤、煤柱、下分层, 且分布较不规则, 存在由实体煤向下分层过渡的情况, 也有下分层向实体煤过渡的情况及下分层与煤柱交界处的管理等问题。

采取的安全技术措施:①第1块段。切眼以外运输巷97 m、回风巷38 m实体煤段。沿顶留底煤回采采高 (2.7±0.1) m, 两端头使用ZY4000-12/25支架, 采高 (2.2±0.1) m, ZY4000-12/25支架与ZY4000-14/30支架交接段逐步过渡。②第2块段。从运输巷218点外44 m处以外, 137 m实体煤段。倾斜29 m, 受断层影响, 煤层不稳定, 沿底留顶煤回采, 采高 (2.2±0.1) m。③第3块段。戊9-10-14121外切眼实体煤段。倾斜宽为75 m, 走向长为65 m。沿底留顶煤回采, 采高为 (2.2±0.1) m。④第4块段。戊9-10-14121与戊9-10-14141区段煤柱段, 倾斜宽23.5 m。沿底留顶煤回采, 采高 (2.2±0.1) m。⑤第5块段。下分层块段, 采高 (2.2±0.1) m。⑥由下分层进入实体煤托顶煤平缓进入。由实体煤进入下分层, 若实体煤沿顶留底回采, 距下分层15 m托顶煤落底, 每刀落底不少于0.1 m;若实体煤沿底托顶回采, 降低采高平缓进入。⑦在距实体煤与下分层交界处的塌陷三角区10 m时, 向采煤区、通风区汇报, 由相关业务保安部门组织人员到现场检查指导。距塌陷三角区5 m时, 施工单位组织专人用长度不少于10 m的钻杆多角度打探测孔, 瓦斯检查员用辅助管检测瓦斯浓度均不大于0.8%后, 正常组织生产。

(2) 存在“采面3条老巷内遗留有工字钢、铁道、管子等铁质杂物, 顶板破碎, 采煤机割到铁质杂物时易损坏采煤机”的问题。

采取的安全技术措施:①老巷顶板完整区域。每天组织专人由采面向老巷里用合适单体柱配合长2.4 m的圆木梁或半圆木逐棚套棚维护老巷, 维护长度3 m, 保证当天采面的正常推进。②老巷顶板破碎区域。用圆木或结实半圆木沿走向一端插入老巷段支架前梁上方不少于0.2 m, 另一端打单体柱腿, 圆木或半圆木托住老巷内已维护好的圆木棚梁, 用木料将顶板“刹实背严”, 采面推进时带压拉移支架, 逐步托住圆木梁推进, 单体柱影响割煤时提前回出。③老巷内煤矸堆积区域。先把能够看到的工字钢腿等杂物回出, 然后采煤机割煤。如果滚筒即将接触到工字钢腿等铁质杂物时, 及时停车, 回出杂物后再开采煤机割煤。④上分层回采过的老巷。有时在煤体内遗留工字钢、轨道等杂物, 采煤机割到此地时降低滚筒, 待工字钢等露出一定长度时用钢锯锯断运走, 锯断之前将露出部分用铁丝绑到支架前梁上。

(3) 回风巷道年久老化, 顶板巷帮破碎漏渣, 巷道偏离设计中心线, 弯曲不直, 回采过程中可能会造成采面输送机上窜下滑。

采取的安全技术措施为:①用液压单体柱配合半圆木在工字钢棚间加套棚子, 并用液压单体柱配合工字钢沿走向在巷道两边架设抬棚加强支护, 巷道内管线电缆重新规范吊挂。巷道内每天安排专人维护顶板、巷帮, 清扫碎渣。②回风巷棚子回撤根据现场情况而定, 下帮腿在煤壁处, 上帮腿和梁在切顶线处回撤。若顶板特别破碎, 回撤棚子可能造成冒顶时, 就不回撤上帮腿和梁, 但加强了上隅角瓦斯管理, 吊挂10 m长导风障, 并在上隅角架设喷雾。③巷道偏离中心线, 造成采面倾斜长度变化不定, 采面走向有变化, 根据现场情况适当调整伪倾斜, 甚至多次出现机尾超前机头的情况。在回采80 m时, 采面变短, 回风巷上帮扩帮, 并分2次回收多余的4组支架和溜槽, 采面变长时, 上出口用液压单体柱配合金属铰接梁加强支护, 保持采面上超前缺口“二三排”控顶。

(4) 胶带运输巷掘进至550 m处遇断层发生冒顶, 为避免冒顶区域内煤自然发火与瓦斯聚集, 用罗克休密闭形成人工假顶。

密闭空间内可能有大量瓦斯、CO等有毒有害气体, 且该处顶板破碎, 支护困难 (图3) 。采取的安全技术措施:①该段巷道U型钢支护不提前回撤, 仅在采面煤壁推进到棚子处时摘掉巷道上帮棚腿。②用DZ-25 (28) 型单体柱配合2.6 m长圆木或工字钢在采面煤壁以外10 m U型钢间套棚。③在采面煤壁外不少于10 m范围内采用HDJA-1000型金属铰接顶梁配合DZ-25 (28) 型单体支柱架设双排走向托棚;双排超前以外在U型钢梁下用液压单体支柱打中柱。

(5) 运输巷揭露的Fundefined、Fundefined、Fundefined3条阶梯状正断层落差达到5.0 m, 且上分层采面回采期间揭露的断层向实体煤延伸, 构成断层带。

断层的位置及顶板破碎段位置随采面推进变化, 对采面的安全回采造成影响 (图3) 。采取的安全技术措施:①顶板较好、断层落差小时, 采用“上盘破顶、下盘沿顶”的方法平推硬过断层;若顶板较好、断层落差大时, 采用“上盘破顶、下盘托顶”的方法平推硬过断层。②顶板破碎区域, 使用采煤机割煤容易引起冒顶时, 采取打眼放小炮落煤或人工手镐落煤, 人工清煤并架棚维护措施, 然后通过采煤机。③当破岩处岩石坚硬、容易损坏采煤机时, 打眼放震动炮松动岩层。④过断层段适当降低采高。

(6) 采面设计走向长690 m, 倾斜长131.0～137.4 m, 切眼外65 m处采面沿走向需转24°转角。

过此地段时, 打破了常规的机头超前机尾模式, 先以机头为中心点, 机头不动过机尾, 令刮板输送机下滑, 然后以机尾为中心, 机尾不动过机头, 使采面稳步转向, 效果明显。

4 结论

(1) 所采用的综采技术有效解决了下分层综采工作面回采过程中遇到的特殊问题, 尤其是过老巷、煤柱、高冒区及采长不一、下分层且分布较不规则、实体煤向下分层过渡、下分层向实体煤过渡、下分层与煤柱交界处等问题, 顶板、瓦斯、机械管理效果明显, 具有良好的推广应用价值。

(2) 在平煤八矿戊9-10-14122采面实施综采技术后, 实现了安全回采, 保证了产量, 提高了工效, 创下了该工作面在特殊环境月产超7万t的佳绩。

(3) 该技术的成功实施, 不仅为平煤八矿在复杂地质条件下的安全回采积累了经验, 而且为煤矿井下同等条件下的开采提供了有力的技术支撑。

摘要：分析了戊9-10-14122采面复杂的地质条件, 阐述了综采技术在该面的探索与应用。通过探索和使用, 有效控制了该面在生产过程中的顶板、瓦斯、机械等事故的发生, 确保了综采工作面的安全生产, 提高了回采效率, 实现了矿井的安全、高效生产。

高应力复杂构造巷道支护技术实践篇8

1 工程概况

袁店一井煤矿33采区胶带大巷长1 653 m,标高为-734.334～-739.293 m,北通东翼胶带大巷,左邻33采区轨道大巷,右邻33采区回风大巷。33采区胶带大巷采用钻爆施工法掘进,施工范围内地质构造复杂,断层较发育。根据三维地震资料,施工过程中将揭露10条正断层,对掘进施工中影响较大的有5条,受大断层影响会导致巷道近煤层或揭穿煤施工。施工范围内煤层赋存较稳定,煤层厚1.60～2.42 m,平均厚2.5 m,煤层含1～3层夹矸。巷道施工过程中岩性以泥岩为主,局部砂岩,煤岩层倾向为南东,倾角10°～18°。泥岩,深灰一灰色,中厚层状,局部含有粉砂质,见少量植物化石碎片,夹0～0.30,0～0.45 m的2层煤线。砂岩,浅灰色,中厚层状,细粒,成分以长石为主,石英层状,分选中等,缓波状层理,层面含炭质,钙质胶结。33采区胶带大巷施工范围内水文地质条件属中等偏复杂类型,主要充水水源为3煤下(K3)砂岩裂隙水,此层段裂隙发育不均,局部裂隙较发育,总体上属富水性弱至中等的含水层。在此段巷道施工过程中,受构造及裂隙发育地段滴水和淋水,对巷道施工有一定的影响。

2 胶带大巷支护方式

袁店一井煤矿33采区胶带大巷设计采用锚网喷支护形式,断面形状为半圆拱形,断面规格为净宽×净高=4 600 mm×3 500 mm,净断面积为13.83m2。巷道采用钻爆施工法掘进,实施光面爆破。挖掘时必须进行超前护顶,采用锚网喷临时支护,当挖够1排锚杆距离后,再进行永久支护。

2.1 临时支护

(1)支护形式及支护材料。胶带大巷断面临时支护采用6根液压点柱、抗头梁采用2道、1道护山网(图1、图2)。每根支柱使用时必须戴帽,点柱帽由优质木材做成,规格为500 mm×200 mm×50mm。抗头梁采用∅51 mm钢管焊接加工,掘进面空顶距不得超过300 mm,超过300 mm必须使用不少于3根单体液压支柱支护,支柱初撑力不小于30kN/根。

(2)支护参数。临时支护采用2排液压点柱,每排3根,支柱间距不大于1 000 mm,距掘进面不大于200 mm。防护网采用∅25 mm钢管制成的插杆固定,插杆长度为500 mm,帮、顶固定点均不得少于6个,中部固定点不少于2个,覆盖全断面。抗头梁为梯子梁,固定点不少于2个,采用锚杆固定,抗头梁沿巷道中线对称布置,锚杆规格为∅20 mm×2 400 mm。

2.2 永久支护

(1)支护形式。根据已施工东翼胶带大巷揭露岩性显示,拨门位置为砂质泥岩,采用锚网喷支护,根据地质资料及现场施工情况,当岩石破碎时先进行注浆加固,然后采用锚网索喷注+M钢带进行支护(图3)。

(2)支护材料及支护参数。锚网索喷注支护:注浆锚杆长1 600 mm,间排距均为1 600 mm;注浆压力为0～1.5 MPa,施工时以少量跑浆为准;注浆材料选用普通P.O52.5硅酸盐水泥加水配制而成,水灰比为0.7～0.8。采用∅6 mm×1 600 mm×900mm钢筋网片,其搭接长度不小于100 mm,用10#铁丝双股绑扎,绑扎间距200 mm;33采区胶带大巷围岩岩性为砂质泥岩,锚杆选用∅20 mm×2 400 mm等强树脂锚杆,每根锚杆使用2根K2550树脂锚固剂,间排距均为700 mm;锚杆托盘采用方形球面(200 mm×200 mm×10 mm),锚固力不小于80 kN,扭矩不小于300 N·m。巷道拱基线以上采用锚索+M钢带补强支护,锚索规格∅17.8 mm×6 300 mm,间排距均为1 500 mm,锚固力不小于200 kN,扭矩不小于300 N·m。钢带规格M3 400 mm×180 mm×4 mm,沿巷道走向方向由中顶向两帮均匀布置3列。选用P.O42.5级普通硅酸盐水泥配制混凝土,中粗砂,喷射混凝土配合比为水:水泥:砂:石子=0.57:1:2:2,外加水泥用量3%～5%的速凝剂。喷射混凝土强度为C20,喷厚150 mm,分层喷射时,第1层喷射厚度:墙50～100 mm,拱30～50 mm。

3 矿压观测及结果分析

3.1 测站设置及矿压观测

巷道开始施工后,组织有关人员对锚杆支护效果进行监控,收集数据进行分析、评价,若支护设计不当,可进行及时修改、完善。

(1)均匀布点与随机布点相结合。①均匀布点:每30～50 m设置一个测点,设点时距掘进面应不大于20 m。②随机布点:巷道条件发生变化如围岩条件变化、支护形式或参数变化、遇构造带、淋水段等特殊地段,必须随机增设观测点或加大布点密度。

(2)测点设置方法。①巷道变形量观测采用“十字布点法”,在巷道中线围岩表面安设测钉作为测量基点。顶板底移近量观测选择在巷中,两帮移近量选择在腰线位置处。②观测频度:动压源周边150 m范围内巷道每2 d观测1次,动压源周边150～300 m范围内巷道每周观测1次。观测频度应针对巷道实际情况在矿压观测方案中作出调整,原则上围岩不稳定的巷道观测频度要高,巷道压力稳定后观测频度可降低。

3.2 矿压监测结果分析

从测点监测数据中挑选出具有代表性的2组,分别是aF27断层带的21测点和无断层构造带的33测点,其他对应测点的数据和这2个测点的差不多(差值在30 mm范围内),胶带大巷位移监测数据如图4所示。

3.3 矿压监测结果分析

从图4中可以看出,断层带的21测点位移量在施工后20 d范围内变化较大,且两帮移近量明显高于顶底板移近量,而支护后20～40 d测点的位移量增加的较为缓慢,55 d左右变形量基本不再发生变化,顶底板移近量约190 mm,两帮移近量约224mm;从33测点可知,在支护初期两帮移近量较顶底板移近量大,在支护后22 d左右,两帮移近量和顶底板移近量基本一样,随后顶底板移近量较两帮移近量大,50 d左右测点位移量基本不变,顶底板移近量约115 mm,而两帮移近量约100 mm。

总的来看,断层带巷道位移量较无断层带位移量显著增加,尤其是两帮位移量变化很大,相差约1 20 mm,而顶底板位移量相差约70 mm,巷道受断层的影响明显;在支护后60d左右,巷道位移量不再发生变化,巷道围岩已处于稳定状态,且巷道的变形量均在允许变形量之内,说明所采用的锚网索喷注支护方式能有效控制断层带的巷道围岩变形,取得了良好的技术经济效益。

4 结语

矿压观测结果表明,断层对巷道变形量影响严重,对两帮位移量影响较为显著;采用的锚网索喷注支护方案能有效控制断层带的巷道围岩变形,提高了巷道的掘进速度和施工质量,取得了良好的技术经济效益,并为类似条件下的巷道掘进起到了指导作用。

参考文献

[1]金国庆,柏跃杨.U型钢可缩性支架壁后充填—锚注耦合支护技术研究[J].现代矿业,2006(6):115-117.

[2]李桂臣.软弱夹层顶板巷道围岩稳定与安全控制研究[D].徐州:中国矿业大学,2008.

[3]王金柱.断层破碎带巷道耦合支护技术[J].现代矿业,2011(6):85-89.

[4]肖同强,柏建彪,李金鹏,等.断层附近煤巷锚杆支护破碎围岩稳定机理研究[J].采矿与安全工程学报,2010,27(4):482-486.

复杂岩石地层盾构施工技术探析篇9

盾构法适宜在单一的软土、软岩地层或砂层及其互层的地层中掘进, 但在软硬不均、软硬交互且岩石强度差异大的地层中应用盾构法修建城市地铁隧道就复杂得多。重庆西部会展中心配套市政交通工程, 位于重庆市经开区、渝北区范围内, 全长12.116km。工程涉及地质多为砂岩、泥岩及上软下硬地层, 水量较少, 一般盾构不能满足施工需要, 因此采用外径为6.25m的复合式盾构进行施工。目前, 国内盾构法用于长距离复杂硬岩地层的施工案例比较少见, 该工程施工前期, 项目部曾以广、深地铁为代表的复合地层施工方法为参考模式进行掘进, 盾构虽然能够向前掘进, 但刀具意外破坏和非正常磨损严重, 其他辅助工作费用也有所增加, 管片错台、管片姿态及成型隧道轴线难以控制。经过对实际施工数据反复分析, 总结出了适于复杂岩石地层条件下硬岩盾构主要掘进参数的管理措施。

1.1 土仓压力

适当的盾构土仓压力可以维持刀盘前方的围岩稳定, 不至于因土压偏低造成土体坍塌或出现地下水流失等现象, 过大或过小的土仓压力均会对周边地质产生直接影响。为了降低掘进扭矩、推力, 提高掘进速度, 减少土体对刀具的磨损, 土仓内的压力应尽可能低, 以使掘进成本最低。土仓压力的大小对开挖面地表的沉降控制有着明显的作用, 在制定实际施工方案时, 应综合各方面的因素定出合理的土仓压力值, 一般主要考虑的因素有地层土压力、地下水压力 (孔隙水压力) , 另外还需考虑一定的预备压力。

盾构施工过程中要维持合理的土仓压力, 必须对螺旋输送机的出碴量进行严格控制, 而与出碴量直接相关的便是螺旋机的转速, 因此螺旋机的转速必须根据地质条件的变化进行实时调节, 以满足土压平衡的需求。表1为该项目盾构施工过程中复杂岩石地层条件下, 螺旋输送机转速、土仓压力与地层条件的经验数值关系。

1.2 推进速度

盾构在软弱地层施工中, 推进速度往往可以达到最大设定值 (80mm/min) , 而全断面岩石施工中, 推进速度则相对较慢。硬岩掘进时盾构以单刃盘形滚刀为主进行破岩, 一般情况下, 推力是滚压破碎中主要的参数, 其决定了扭矩等关键施工参数。而在硬岩地质条件下, 要增加推进速度, 则需保持较高推进力, 循环推进过程中, 推进力的增加将直接影响管片姿态, 造成管片成型较差、出现错台、裂损等现象。当推力过大时, 不仅加快了刀具磨损, 同时加大盾构振动强度, 对设备造成一定程度的损坏, 降低盾构使用寿命。因此为防止刀盘振动和管片成型差等现象的发生, 做到对刀具的有效保护, 盾构在全断面硬岩地层或软硬不均地层中掘进时, 不宜片面追求施工进度, 应以刀具破岩贯入度为基准, 对掘进速度、推进力和刀盘驱动扭矩进行控制。根据施工经验, 全断面岩石地层中最大推进速度控制在30～40mm/min为宜。

1.3 刀盘转速

一般盾构刀盘的设计转速有多个档位:0～3r/min、0～6r/min等, 可根据地质情况进行适当选择。当地质条件以土层为主时, 较低的刀盘转速, 大点的贯入度就能保证盾构机的正常掘进速度;当地质为岩层时, 因为岩层硬度高, 对刀盘的磨损严重, 此时应保持较小的刀盘贯入度, 从而减小对刀盘的磨损, 同时为了保证推进速度, 需要适当加大刀盘的转速, 以保证在低贯入度情况下, 满足正常推进速度的要求。另一方面, 硬岩地层条件下, 刀具受力与刀盘转速成正相关, 为确保刀具受到的瞬时冲击载荷不超过安全荷载, 不宜采用太大的刀盘转速掘进, 应将刀盘转速控制在2r/min左右。

盾构在泥岩地层掘进时, 岩石较软, 滚刀易切入, 掘进速率主要受扭矩控制, 选择中等推力, 即可使扭矩发挥最大效能;硬岩地层, 岩石较硬, 滚刀切入困难, 掘进速率主要受推力控制, 需要较大的推力才能获得较理想的掘进效能。因此, 在掘进时, 应依据具体的地层条件, 对盾构实施有效地控制, 在限定范围内对刀盘推力和扭矩做出灵活调整, 使盾构具备较好的地层适应性, 并处于高转速、低扭矩和适当推力的状态下进行掘进, 以获得较高的掘进效能。

2 刀具管理

当遇到软硬不均地层或地层条件突然变化时, 易造成局部刀具受力过载而被异常损坏, 刀盘和轴承也因受偏心荷载作用, 对盾构工作状态产生不利影响。为了保护刀盘刀具, 使盾构工作与正常状态, 掘进时需要经常有计划地检查和更换刀具。

2.1 刀具检查

刀具作为盾构最前端直接与岩体接合的部件, 其工作状态直接影响盾构的掘进效能。在复杂岩石地层施工过程中, 开仓检查、更换刀具是不可避免的工作。土压平衡盾构上配备有带压进仓系统, 可以在确保掌子面稳定的前提下, 进行带压进仓检查、更换刀具。

硬岩条件下, 刀具在掘进过程中, 由于硬基岩作用, 刀具会受到冲击, 且伴随动载荷突变现象, 因此硬岩段每掘进2～3环, 必须开仓检查刀具磨损情况 (图1) 及刀具螺栓松动情况, 特别是边缘滚刀及边缘刮刀的磨损量, 不能超过最大磨损允许值 (通常为15mm) 。螺栓松动必须及时复紧, 螺栓缺失的必须补上。在软硬不均尤其是上软下硬、富水断裂破碎带等情况下, 更换刀具较为困难, 若开仓控制不当甚至造成掌子面坍塌等严重事故。因此在无法实现带压进仓的情况下, 必须对掌子面地层进行辅助加固。

在岩石地层施工中, 可采用全敞开或半敞开的模式掘进, 不仅减少了开仓检查、更换刀具的危险和难度, 且检查刀具的时间更加充分。何时开仓观察或检查刀具可根据推进力、推进速度和刀盘扭矩变化等方式进行综合判断, 如操作手发现掘进速度明显降低 (如速度低于16mm/min时) 或盾构推力明显增大 (如推力大于16 000kN) 时, 应立即提出开仓检查刀具申请。除检查刀具是否出现松动、泄漏、卡滞等现象外, 还要检查刀具是否发生偏磨, 如有偏磨必须立即更换。

2.2 刀具更换

盾构在硬岩地层中掘进, 正常磨损情况下的刀具更换标准一般为:当周边刀刀圈磨损掉10～15mm、面刀和中心双刃刀的刀圈磨损掉20～25mm时就需要更换。

盾构刀具管理方面, 建立系统全面的盾构刀具管理制度显得尤为重要, 如定期和不定期刀具检查制度等, 切实做到确保刀具安装质量、及时检查刀具工作状况、严格控制刀具磨损量。在检查刀具磨损情况时, 开仓检查的方法最为直接有效, 但却存在很高的风险, 可能造成开挖面的坍塌, 进而影响隧道周边建筑物的安全。除此之外, 还可使用异味添加剂 (这种方法适合在硬岩地层中应用) 或安装刀具磨损感应装置, 在刀具或刀盘内安装液压传感系统, 一旦刀具磨损到一定程度就会自动报警指示。另外, 在掘进过程中, 还可通过综合分析掘进参数、岩碴形状与温度、刀盘振动等来判断刀具状况。

3 隧道成型控制

3.1 管片空间定位控制

盾构成型管片的轴线及界限控制是隧道施工的主要设计参数和关键点。盾构在岩石地层与软弱地层施工的最大区别是, 在软弱地层中, 刀盘切削后随着盾构向前推进, 周围土体对盾体和管片很快形成包裹和挤压, 所以控制好盾体姿态基本就满足了隧道成型设计参数的要求;但盾构在岩石地层施工时, 由于地层稳定性较好, 盾构推进后地层基本不会对管片形成包裹和挤压, 在掘进直径区域内, 管片空间定位较困难。

影响盾构管片空间定位主要因素有两个:其一是盾构的推进力, 为了克服因盾构自重而产生的低头现象, 正常施工时下部分区的油缸压力最大, 这会造成管片向上的趋势, 直接导致管片高程的增加, 严重时将超过设计要求。其二是同步注浆压力, 进行同步注浆时, 浆液受到自重影响, 均是从底部开始向上累积, 当压力达到一定值时, 容易引起管片上浮, 另外伴随出现的还有管片错台和破损等现象, 如图2、图3。

该工程施工过程中, 盾构管片在拼装成环脱出盾尾后普遍存在上浮现象, 从而造成管片垂直偏差超限的情况发生, 经过对管片偏差原始数据的统计及分析发现, 管片在盾尾内拼装时能够满足盾构施工验收规范要求, 轴线偏差控制在50mm以内, 但管片脱出盾尾后2～3环之后, 即出现管片上浮。为了解决由管片上浮而引起的管片错台和轴线误差, 通过工程实践总结出以下几种常用方法: (1) 通过观察、测量和分析管片状态, 结合实际施工情况, 适当调整盾构姿态, 即降低盾构掘进时的高程, 利用相互抵消的原理进行管片高程控制; (2) 每3～5环对管片姿态进行人工测量, 根据测量结果结合盾尾间隙进行管片的选型; (3) 同步注浆在每环盾构掘进过程中均匀注入, 严格控制注浆压力, 同时在地面拌浆工序施工期间, 加强浆液质量抽检工作, 确保其按照同步注浆配合比进行拌制; (4) 加强米石及注浆回填效果的检查, 确保管片与钻爆隧道间充填密实; (5) 在管片脱出盾尾前, 即当前环的后两环安排专人进行管片螺栓复紧工作, 另外在安装好的管片上增加纵向连接拉杆, 可预防管片发生错台现象; (6) 采用双液浆即时壁后灌注, 以最短时间完成管片空间定位, 但此方法不仅会增加盾构施工成本, 还会降低施工速度, 对工程进度控制存在一定影响, 因此需综合考虑; (7) 更换优质盾尾油脂, 盾构推进过程中加大盾尾油脂注入量, 减少盾构推进过程中的漏浆量; (8) 在盾构推进期间, 将盾构垂直姿态控制在隧道设计轴线以下-50mm左右, 以抵消隧道后期上浮量, 控制管片偏差在施工规范允许偏差范围内。

3.2 管片质量控制

1) 施工前做好管片的选型考虑盾构姿态、盾尾间隙、油缸行程及盾构步进情况等因素, 合理选择管片安装类型, 使盾构的姿态偏差在±20mm以内, 上下左右盾尾间隙均在70mm左右, 最大油缸行程差在25mm以内, 确保管片受到的油缸推力较平均。在管片脱出盾尾时, 盾尾内壳不挤压管片外壁, 有效防止管片产生错台、裂缝。

2) 盾构施工时严把管片拼装质量管片的拼装质量是成型管片外观的首要条件。控制管片成型质量主要从以下3个方面入手: (1) 拼装管片前, 盾尾内杂物的清理要彻底; (2) 盾尾内拼装的管片应以零错台为条件要求; (3) 加强管片螺栓的紧固工作, 严格按照螺栓等级紧固的要求进行, 安装管片时, 在该环管片的螺栓紧固完毕后, 对上环管片的螺栓进行二次紧固。

3) 拼装后及时人工复测管片姿态盾构配备的SLS-T导向系统能全天候地动态显示盾构当前位置相对于隧道设计轴线的位置偏差, 主司机根据显示的偏差及时调整盾构的姿态。为保证导向系统的准确性, 确保盾构掘进方向, 每周2次由人工对SLS-T导向系统的数据进行测量校核。管片安装完成后, 每3～5环人工进行一次管片姿态的复测。

4 结语

在重庆西部会展中心配套市政交通工程施工过程中, 运用以上方法, 取得了良好的效果。为减少盾构振动和刀具异常磨损, 当地质条件发生变化时, 项目组以刀盘贯入度为基准对盾构推力和驱动扭矩进行控制, 及时对各控制参数进行灵活调整, 严格控制隧道成型质量, 确保了施工的顺利进行, 减少了刀具在硬岩地层掘进的损耗及破坏, 延长了盾构的使用寿命。同时该方法也存在一些不足, 如通过改变盾构掘进时的高程, 来实现对隧道轴线和管片上浮现象的制住, 其科学性有待进一步工程验证。另外, 在实际施工过程中, 如何配置好同步注浆浆液, 或改变同步注浆方式是管片成型控制的一个关键技术, 还需进一步的研究和完善。

摘要：为对复杂岩石地层下的城市地铁盾构法施工的关键技术和方法进行总结, 结合重庆西部会展中心配套市政交通工程实例, 从掘进参数管理、刀具管理、隧道成型控制等3个方面, 对影响盾构在复杂岩石地层施工效率和隧道成型质量的各种关键因素和注意事项进行了详细的分析讨论, 提出了有效控制隧道轴线和预防管片错台、破损的主要方法, 能够为类似工程施工提供参考。

关键词：硬岩盾构,岩石地层,地质勘测,掘进参数,刀具管理,隧道成型

参考文献

[1]陈馈, 洪开荣, 吴学松.盾构施工技术[M].北京:人民交通出版社, 2009.

[2]吴学松, 陈馈.关注不同地质条件下的盾构施工[J].建筑机械化, 2011, (6) :22-23.

[3]HOWARTH D F, ADAMSON W R, BERNDT J R.Correlation of Model Tunnel Boring and Drilling Machine Performances with Rock Properties[J].Int.J.Rock Mech.Min.Sci.1986, 23 (2) :171-75.

[4]赵全民.软、硬岩条件下土压平衡盾构施工控制要点及对策[J].隧道建设, 2005, (S1) :47-48.

[5]李茂文, 刘建国, 韩雪峰, 等.长距离硬岩地层盾构施工关键技术研究[J].隧道建设, 2009, (4) :470-474.

复杂地形桥墩工程的精确定位技术篇10

本技术在桥墩定位测量中,放样高速、高效、测设精度高,能充分显现出点成线的测设效果。借助计算机CAD软件绘制出桥墩平面图,减少内业计算量,提高坐标的准确性。

2 技术的适用范围

适用于建设工程点位定位,对较为复杂地形下的桥梁,通廊以及各种单体构筑物的现场精准定位具有更高的精度。

3 工艺原理

利用CAD捕捉桥墩特征点并电脑定位,在复杂地形下桥墩工程测设任务中,通过全站仪及计算机CAD软件的辅助实现点对点的精准控制。水准测量需做国家三等支水准路线。

4 工艺流程及操作要点

4.1 工艺流程

1)高程测量

水准测量准备→做国家三等水准路线→编制水准测量成果计算表→实时控制桥墩绝对标高

2)平面位置测量

全站仪测量准备→做通视坐标控制点导线→CAD绘制平面图→平面控制测量

4.2 测量准备

1)为保证测量成果准确,对所有进场的测量仪器设备进行检验,校正。

2)和建设单位、测绘单位等共同交接城市等级控制网并复测各控制点形成测量原始资料。全站仪的控制精度范围±1 mm以内。

3)熟悉施工设计图纸、施工组织设计或施工方案,根据现场勘查地形情况并编制测量方案,布设通视坐标与高程控制(环)网。

4)组建测量组,并对基本的测量知识进行培训。

4.3 操作要点

4.3.1 交接桩与加桩

现场与甲方代表及测绘单位人员逐一交接桩并复核成表双方确认,视桩间距加桩,桩点设置位置以前后通视、干扰少、土质优为原则,方法如下,并不时复核加强维护,确保基础数值的准确。如图1所示控制点标桩做法,先将木方(平面8 mm×8 mm)打入土层,再将钢管(直径为200 mm)套在木方上打入土层,最后将长200 mm顶面含小凹槽的六棱钢钎钎入木方中。顶端露出30 mm的小头。

4.3.2 复杂地形水准测量

1)高程控制网以三等水准网作为首级控制,以四等水准网加密,布设为附合路线或闭合环线,测量以闭合或往返为单元,往返测量高差闭合差符合fh=h往+h返(h往=∑h往往测各个站高差总和,h返=∑h返返测各个站高差总和)。其|fh|<|fh容|,说明符合精度要求。山地:(n为测站数)

2)条件允许可以用全站仪进行高程测量。测量完成后,收集数据进行内业平差计算。

3)实时控制好桥墩的绝对标高

①准确计算桩长明确桩钢筋长度,即控制孔深和桩体钢筋。

②破桩头清桩后要逐一测量确定墩身高度,控制墩身标高。

③拆除墩柱定型模板后,为了便于架子工准确搭设脚手架高度,控制准盖梁底的设计标高。统一做盖梁底至可视水准面8.5m,做好标记。如图2所示。

④待桥墩施工完成后,按规范对其沉降观测。

4.3.3 复杂地形全站仪放样

管道桥墩架空需跨越窟野河,窟野河地形总体呈北高南低的趋势。地貌属窟野河河漫滩。河道内广泛分布冲积、冲洪积沙洲及人工挖掘的沙质土丘,河道宽360～500 m,水流呈多头,紊乱流动,两岸河堤均有人工砌石护岸工程。如图3。

1)布设导线走向如图4。

2)河道桥梁工程平面位置测量