掌子面

摘要： 由于岩体赋存环境的特殊性和复杂性,使得岩体具有明显的非均质、不连续及各向异性等特点,快速准确获取岩体力学参数对于岩土工程设计和施工意义重大。针对GSI围岩分级系统量化问题,以某隧道工程为背景,引入基于数码成像的掌子面地质特征信息系统,通过采集掌子面结构面信息数据,采用图像信息处理技术及掌子面图像网格划分法确定RQD值,并设计了相应的岩体力学参数计算流程,以快速确定不同围岩段的岩体力学参数;将新方法与BQ法、RMR法、费森科法、M.Georgi法进行对比分析,结果显示,新方法计算得到的岩体力学参数与BQ法相符、与RMR法等效、与费森科法和M.Georgi法较为接近。综合分析认为,采用新方法确定的岩体力学参数具有较高的准确性和合理性,可为快速获取岩体力学参数提供参考。

摘要： 大临铁路白石头隧道通过软弱凝灰岩地层,围岩易风化崩解,遇水软化,掌子面开挖后围岩极不稳定,开挖后易出现溜塌现象。结合围岩松动圈理论对凝灰岩隧道掌子面围岩变形机理进行分析,提出将靠近掌子面一环垂直打设的系统锚杆调整为斜向打设,通过FLAC3D数值计算软件模拟初期支护和施工倾斜系统锚杆措施条件下围岩的受力状态,计算得出倾斜系统锚杆可显著增强初期支护与围岩的耦合性,可以减小围岩所受的剪切应力,进而起到控制围岩失稳的作用,有效控制掌子面稳定。实际施工中再结合合理调整开挖工法,加强施工组织,使围岩快挖、快支、快封闭,最大限度的保证掌子面稳定。

摘要： 近日,户田建设宣布开发出一款在山岭隧道钢拱架支护作业中无需作业人员进入掌子面正下方的“掌子面无人化施工系统”,并在实际工程中确认了该系统的适用性。该系统改良了用于隧道工程的可拼装钢拱架的混凝土喷射设备,无需作业人员进入掌子面正下方,只需要1名操作员远程操作,即可进行钢拱架支护作业、接头接合作业和位置测定作业,以实现掌子面的无人化施工。通过该系统,提高了隧道工程的安全性和作业效率。开发背景在山岭隧道工程的钢拱架支护作业中,由于作业人员需要进入开挖后的掌子面下方,所以很容易出现岩石剥落造成作业人员受伤的情况,并且该情况发生的概率高达40%。基于以上情况,厚生劳动省在2016年颁布了《山岭隧道工程中掌子面岩石剥落事故的应对指南》,希望通过预先调查,掌握岩体情况并制定防止岩石剥落的计划,再通过机械化措施防止岩石剥落事故的发生。在山岭隧道工程中,需要根据岩体的变化进行施工,针对近年来作业人员的高龄化和操作人员熟练度不足的问题,对减少施工人员、自动化作业以及提高生产的需求越来越高。

摘要： 为了研究浅埋掌子面被动模式下的稳定性,构建浅埋隧道的二维被动破坏模式,被动破坏模式由有限个刚性平动多块体组成。将孔隙水压力视为外力进行做功,基于极限分析理论利用Hoek-Brown强度准则研究浅埋隧道掌子面被动破坏模式下的稳定性。通过虚功率原理推导得到浅埋隧道被动破坏模式下的极限支护力的目标函数,采用非线性规划求解函数得到其上限解。将本文方法和既有文献中的方法得到的结果进行比较,极限支护力的上限解随参数的变化趋势一致,误差范围最大仅为4.03%。研究分析了不同参数条件下浅埋隧道掌子面极限支护力的变化规律,结果表明:随着孔隙水压力系数ru和扰动因子D的增大,浅埋隧道掌子面的被动破坏机制下的极限支护力和被动破坏范围呈现逐渐增大的趋势,而随着GSI和参数mi的增大而减小;孔隙水压力对隧道的稳定性有着显著的不利影响。该方法可为浅埋隧道掌子面的被动破坏机制下支护力的设计优化提供参考。

摘要： 西藏林芝派墨公路老虎嘴隧道地质条件复杂,围岩破碎,稳定性较差,加上连续降雨与地下水影响,开挖过程中掌子面中部及右侧渗漏水由点滴状出水发展为线状出水,掌子面出现掉块、溜渣,局部出现掉块、坍塌现象,结合工程实际,针对隧道塌方施工技术手段展开分析,详细论述了塌方段、塌方变形段空腔、超前支护、超前小导管施工及排水管施工等措施,为类似隧道塌方应急处理提供了借鉴。

摘要： 某隧道爆破开挖工程采用台阶法爆破施工,基于现场掌子面炮孔布设,在LS-DYNA中建立了掌子面精细化模型,并通过在掌子面布设多排、多孔径减振孔对减振孔的振动控制效果进行研究,在此基础上,通过研究损伤因子云图,对最优减振孔布设方案的破岩效果进行了评价。研究表明采用2排15 cm孔径的减振孔布设方案可在保证减振效果的基础上兼顾破岩效果。

摘要： 对中老昆万(昆明—万象)铁路景寨隧道大变形进行现场实测与分析,同时考虑时间和距离两个因素的影响,采用BP神经网络算法对隧道拱顶沉降数据进行拟合和预测,并与实测值、施工现场采用的指数函数拟合值进行对比。结果表明,隧道开挖初期隧道变形受距掌子面距离和时间双重影响,支护后以受距离影响为主,距掌子面距离达到75 m后,逐渐转变为以受时间影响为主;BP神经网络算法在量测过程中可不断进行曲线拟合并给出预测值,拟合值比指数函数拟合值更贴合实测值,快捷适用,且精度较高,有利于及时采取施工措施。采用BP神经网络算法拟合及预测时对初始输入数据的依赖性强,可增加原始数据,使预测模型更贴合实际。

摘要： 矿山的春天是美好的,处处充满着生机。在这里,有很多值得回忆、咀嚼的过往。难忘的是第一次井下破碎带地质素描作业,内心充满着激动与渴望,这是我第一次将理论知识用于生产实践。下井作业前,依然清晰地记得师傅为我仔细检查装备,给我整理安全衣帽,将矿灯在腰间系好,不厌其烦地嘱咐我一定要注意安全。伴随罐笼有节奏地缓慢下降,井壁的流水声在耳畔不停回响,光线渐渐变暗,只有手电发出的光芒,此时的内心不再是新鲜、好奇,恐惧逐渐增多,对光明的渴望愈发强烈。偶然间,光芒从底部照出,我知道这是即将到达此次作业的掌子面,一种莫名的冲动,让我有挣脱罐笼的迫切。

摘要： 连拱隧道由于左右线施工开挖相互影响,在影响范围内围岩应力和变形互相叠加,导致连拱隧道施工难度大、安全隐患高。为了减小左右洞相互影响,两洞掌子面应保持合理的纵向间距,以降低围岩扰动,减小应力和变形叠加,最大程度保证围岩稳定。该文采用三维有限元数值模拟,对不同掌子面纵向间距条件下连拱隧道地表沉降、洞周收敛变形与应力、中隔墙变形与应力及初期支护变形与应力分别进行数值分析,结果表明连拱隧道开挖掌子面距离应保持在2.5倍单洞宽度以上。

摘要： 为更全面准确评估孔隙水压力作用下盾构隧道掌子面的稳定性,提出一种基于极限分析原理的双对数螺旋线破坏机构为确定性模型,结合随机响应面原理的可靠度分析方法。该方法以孔隙水压力系数表示地下水引起的孔隙压力变化,通过上限分析得到隧道掌子面的安全系数;运用拉丁超立方技术对安全系数进行抽样,建立基于Hermite多项式展开的近似极限状态方程,在验证响应面有效性的基础上,进一步采用蒙特卡洛模拟法获取隧道掌子面失效概率特征。利用该方法分析了土体参数变异性、地下水位以及支护力对掌子面失效概率的影响,并将其应用于湘江隧道掌子面的可靠性研究中。结果表明:该方法可以有效地评估隧道掌子面的可靠性,并可为隧道掌子面支护力的选取提供理论参考。

摘要： 在隧道建设过程中,尤其是瓦斯隧道,掌子面的环境参数监测是保证工程安全高效进行的重要保证.为了解决瓦斯隧道施工过程中掌子面环境参数有线监测设备线缆断线导致信号中断无法监测的情况,本文研制了瓦斯隧道掌子面环境参数无线监测装置.该装置主要包括发送仪和接收仪.发送仪和接受仪主要采用LPC1752微处理器模块、传感器及数据变送采集模块、人机交互模块、RF470无线数传模块以及软件设计等.该装置采用了无线LoRa射频技术,减少了布线环节,简化了安装步骤;提高了集成度,将本安电源和主机合二为一;扩展了所挂接传感器的适应性,可挂接各种模拟制式的环境参数传感器,降低了环境参数监测从有线到无线的改装成本,实现了隧道施工过程中环境数据监测的无线传输,确保了瓦斯隧道施工安全,提高了施工效率.

摘要： 基于大帽山原位扩挖隧道现场监测数据,探讨扩挖隧道掌子面空间约束与掘进距离的影响规律,并将所得拟合曲线同三类LDC曲线对比,分析了相邻导坑对扩挖隧道的影响.研究表明:(1)采用Gaussian曲线函数能够较好拟合原位2扩4隧道CD工法开挖的空间效应;(2)采用CD工法施工法,隧道空间纵向断面变形规律受临近导坑开挖的掘进距离的影响,在各自导坑掘进方向上的约束对隧道变形的规律一致;(3)采用CD工法施工,能有效减缓收敛损失的释放,减小隧道前期洞壁变形,保障隧道开挖过程中掌子面的稳定性.研究成果对隧道原位扩挖的工法研究具有指导意义.

摘要： 特长大隧道工程建设因开挖而诱发各种地质灾害,为确保施工安全,运用地质雷达法进行超前地质预报探明掌子面前方不良地质情况.分析说明了地质雷达应用于我国西南地区多种不良地质特长大隧道工程的实践经验,揭示各类典型地质条件下地质雷达图的特征信息,以期为同类隧道工程施工过程提供借鉴.

摘要： 针对铁路施工中掌子面爆破振速对新浇筑二衬混凝土的超压值影响,参考成昆铁路永仁隧道进口掌子面爆破及二衬拆模时间的数据统计,阐述如何在掌子面爆破振速的影响下,结合混凝土强度随时间的变化情况,通过对二衬混凝土各时间段的挠度进行数据分析,提出可行性的二衬混凝土裂缝施工时间控制措施,构筑切合实际施工的二衬混凝土裂缝控制方案.

摘要： 岩溶隧道掌子面不采取支护措施,极易成为突水灾害的常发部位,其又为隧道施工的工作面,突水灾害势必会带来严重后果.在岩溶隧道掘进过程中,掌子面与前方含水构造间的隔水岩盘厚度留设问题非常关键,决定着突水灾害的发生与否.对掌子面前方隔水岩盘安全厚度的影响因素进行分析,认为岩盘质量与岩溶水压是主导因子.利用三维有限元方法模拟岩溶隧道开挖过程,研究隔水岩盘安全厚度与其主导因子的相关变化规律.基于非线性回归方法,提出了能简单快速预测掌子面前方隔水岩盘安全厚度的数学模型,并为工程实例所验证.该预测模型具有简易、快捷、实用等特点,为岩溶隧道隔水岩盘安全厚度的预测提供了一个为现场工程师所接受的强有力工具.

摘要： 本文以岭脚隧道为例，探讨埋深在二、三百米的隧道的地面探查和隧道中做地质预报相结合，分析隧道涌泥、涌水的地质原因的物探技术和工作。岭脚隧道掌子面突然涌泥达数万方,原有的隧道施工地质预报未能预报出来,涌泥后在地面做的瞬变电磁法也未能查找出隐患所在,于是陆地声纳法和微分电测深被推上舞台,这是个勉为其难的工作.因为涌泥、涌水的原因是个地质问题,物探只是地质工作地一类勘探手段.但是施工的需要促使笔者尽力满足,同时也促进物探工作者的工作更上一台阶.工作首先从地质调查分析开始,发现涌泥段并非如设计文件的地质情况介绍所说的是花岗岩类型的混合岩构成,而是可溶蚀的石灰岩构成.采用了在隧道施工掌子面上用陆地声纳法向前方探查和地面上用陆地声纳法和微分电测深法探查相结合的办法.发现了涌泥段为先前未发现的断层带,并发现了隧道旁的最大达5-6m宽,高达20m空腔,提出了断层加石灰岩溶蚀的溶洞、溶槽并与地面连通的致灾机理,并据此提出了治理的施工建议.

摘要： 金属矿山井下巷道施工过程中掌子面前方的地质条件复杂多变,尤其存在采空区或含水采空区时,安全危害极大.为保障矿山开拓巷道施工安全高效,进行相关的超前预警探测研究显得非常重要.为此,利用最新型的瞬变电磁法测量设备,使用自制多匝-超多匝重叠小回线测量装置,采用扇形布点的数据采样方式,运用多种数据处理解译方法,在井下铁矿-10m中段掘进巷道掌子面前方发现含水破碎带和遗留采空区.其成果表明井下瞬变电磁法可以实现金属矿山掘进巷道掌子面的超前预警探测,为金属矿山安全生产提供技术保障.

摘要： 潜在的突水、涌泥、塌方等重大地质灾害已成为制约我国水工隧道等建设发展的重大科学技术难题。因此，亟需对水工隧道施工期掌子面前方含水体及水量大小等地质灾害源超前预报与定量识别难题进行研究，尤其在TBM施工隧道中，传统预报方法没有充足的观测空间，且受干扰严重，导致目前还没有TBM施工隧道的可用预报方法，需开展大量的研究予以突破。为解决这一问题，李貅（2015）在瞬变电磁全空间等效导电平面解释方法基础上，结合核磁共振找水这一地球物理新技术，利用其定量识别含水体位置与水量特性，提出利用瞬变电磁与核磁共振进行三维联合解释方法，对掌子面前方含水体进行定量识别。同时针对TBM施工隧道难题，李貅（2015）在瞬变电磁回线源三维时域有限差分的基础上，对TBM机的影响进行了精细模拟，并根据其响应规律尝试提出一种可行的TBM机干扰消除策略。首先利用三维正演获取TBM机的响应异常，然后将实测感应电动势减去TBM机的响应异常可近似看作是由掌子面前方含水体引起的响应。大量模型计算表明，在准确模拟或测量出TBM响应及围岩背景电阻率的情况下，采用这种方法可对TBM引起的瞬变电磁干扰进行有效的消除。

摘要： 随着中国“一带一路”建设快速推进，一大批深长隧道工程正在或即将修建，其中潜在的灾害水体严重影响施工进度，甚至危及人员安全，亟需一种有效办法对水工隧道施工期掌子面前方灾害含水体及其水量大小进行有效预报与定量识别。核磁共振找水作为一种直接找水地球物理新方法，隧道中强噪声条件下核磁共振信号的有效提取成为迫切有待解决的难题，亟需寻找一种新的处理方法进行突破。采用核磁共振三维正演数据与实测含噪声数据反复多次互相关的策略，尝试性对隧道中强噪声背景下核磁共振微弱信号进行提取。初步计算结果表明，相比于传统处理方法，该算法可更有效对强噪声背景下核磁共振信号进行处理，从中提取出有效信号。

摘要： 岩土控制变形分析法(ADECO-RS)强调工作面前方超前核心围岩的稳定性,认为核心围岩的失稳是隧道塌方、失稳的诱导原因.该工法适用于低粘聚力的软弱地层、大断面隧道开挖,采用纤维锚杆对超前核心围岩进行预加固是其主要的施工特点.本文以浏阳河隧道为背景,通过玻璃纤维锚杆对掌子面前方的“超前核心土”进行预加固，能明显改善围岩的变形特性，并有效地控制掌子面上的挤压膨胀变形，因而能减小隧道开挖的预收敛，增强掌子面的稳定性。ADECO-RS工法是一种解决复杂地质条件下隧道掌子面不稳定的施工方法，也是保证隧道设计可靠、施工安全的技术体系和基本原则，已成为国际上一种新型大断面隧道快速施工方法。

摘要： 本发明公开了一种隧道掌子面围岩施工方法和掌子面注浆导管，该掌子面注浆导管包括：用于掌子面围岩注浆加固中，包括塑料管体和注浆阀，所述塑料管体的顶端设有堵头，所述塑料管体的尾端设有用于与注浆阀连接的连接结构，所述塑料管体的管身上分布有注浆孔，所述塑料管体的承压在2MPa以上。与现有技术的隧道掌子面围岩注浆加固相比，本发明克服了隧道掌子面围岩注浆加固方法的施工难题，兼顾了安全生产要求和工程进度要求。

摘要： 本发明提供一种基于贝叶斯的盾构隧道掌子面失稳预警方法及系统，包括以下步骤：步骤1：建立目标隧道当前施工进度下的三维有限元模型；步骤2：采集既有场地数据集以及目标隧道场地数据集；步骤3：确定既有信息和当前约束信息；步骤4：采用马尔科夫链蒙特卡洛方法计算既有信息的超参数；步骤5：采用马尔科夫链蒙特卡洛方法计算目标隧道随机场参数；步骤6：基于随机场参数生成随机场，并建立三维随机有限元模型；步骤7：计算掌子面失稳概率，当失稳概率超过报警阈值时则输出报警信息，若否则退出。本发明考虑土体参数空间变异性和特定场地特性，采用贝叶斯方法对盾构隧道掌子面稳定性进行超前预警，保障盾构施工安全。

摘要： 本发明涉及盾构机技术领域，具体公开了一种盾构机掌子面及刀具情况的观察方法，包括以下步骤：步骤a，盾构机掘进中，当前方刀盘刀具或掌子面出现异常时，盾构机停止掘进，利用盾构机主驱动的伸缩功能将主驱动进行缩回，为后续伸缩摄像头提供作业空间；步骤b，将盾构机刀盘上的常压可更换刀具更换为伸缩摄像头；步骤c，利用伸缩摄像头观察此位置周边刀具及周边掌子面情况。与现有技术相比，使用该盾构机掌子面及刀具情况的观察方法，能够为盾构机常压换刀、掌子面稳定等情况进行精准的判断，降低盾构施工风险，提高盾构掘进施工效率。

摘要： 本发明公开了一种隧道掌子面进度展示方法，所述隧道掌子面进度展示方法为基于Unity3D引擎，由系统端通过接口驱动，根据隧道掌子面进度数据，将对应隧道子单位工程的路径点分为已完成、未完成两个部分，并使用LineRenderer组件对已完成、未完成部分进行渲染，实现隧道掌子面进度展示。本发明公开的隧道掌子面进度展示方法通过里程桩号，可实现隧道施工进度的三维展示，使得展示效果更为直观；同时，无需人工绘制进程图和制作进度表，不仅效率高，成本低，还不易出错，大大的提高了施工进度展示的精度。

摘要： 本发明公开了一种泥水平衡盾构矩形掌子面稳定性控制模型试验装置，包括模型试验箱、矩形盾壳和蓄水箱；模型试验箱的侧壁采用透明材质制成，其上端敞口，箱内填有土样；矩形盾壳采用透明材质制成，其设置于模型试验箱内的土样中，矩形盾壳的前端敞口，并在敞口处设有一用于模拟掌子面的柔性膜，矩形盾壳中部设有用于存水的腔体，矩形盾壳的后端呈上下排布地设有进水管和泄水管；蓄水箱通过所述进水管连通于矩形盾壳的腔体内。本发明所提供的试验装置结构简单，易于操作，通过瞬时或缓慢降低矩形盾壳内水压引发的柔性膜发生形变，从而模拟泥水盾体矩形掌子面失稳破坏模式及破坏过程，有助于获取矩形掌子面极限泥浆压力，并指导泥水平衡盾构施工。

摘要： 本发明公开了一种超浅埋小半径暗挖隧道下穿湖底的掌子面加固方法，该方法包括以下步骤：在掌子面处施工形成止浆墙；掌子面上进行放样测量，布设梅花形分布的注浆孔组；制备第一混合浆液和第二混合浆液；通过钻孔设备对的标记的注浆孔位置进行钻孔施工，待形成注浆孔后，将注浆管埋设在注浆孔内；采用同步双液注浆机对埋设的注浆管依次注入第一混合浆液和第二混合浆液；重复步骤，以掌子面的中部为基点由外向内依次对每个注浆孔进行钻孔及注浆，直到对注浆孔组完成注浆。本方法实现将不同地质情况的土体填充密实，从而改变原土体和物理性质，增加土体的密度，提高其抗压强度，而且注浆材料属于环保型，对河流及地下水无污染。

摘要： 本发明公开了一种超前预灌浆堵水的掌子面施构造及施工方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤S1，根据补充地质勘探成果，选择钻孔爆破或者预灌浆施工；步骤S2，Ⅰ序孔钻孔及灌浆；步骤S3，Ⅱ序孔钻孔及灌浆；步骤S4，若步骤S1选择预灌浆施工时，预灌浆施工完成后，通过检查进行钻孔评估预灌浆效果，若有水流出，继续对检查孔进行灌注，直至无水流出为止；步骤S5，掌子面掘进，掌子面掘进的距离比Ⅱ序孔钻孔深度小2m至5m。本发明通过对掌子面前方未开挖洞段进行超前预灌浆堵水，利用高压灌浆泵将浆液有效扩散到导水裂隙通道和溶洞内，浆液在裂隙通道和溶洞内快速凝固，并具有一定的抗压和抗渗透性，达到堵塞的目的，降低出水量，避免发生突水事故。

摘要： 本发明提供了一种基于掌子面位移突变理论的安全岩柱厚度确定方法，应用于隧道开挖掌子面至掌子面前方溶洞之间，包括以下步骤：隧道掌子面距前方溶洞越近，掌子面沿隧道开挖方向位移逐渐增大，当此位移发生较大突变时，将此时掌子面的位置作为最小安全岩柱的临界面，此平面到溶洞的距离即为安全岩柱最小厚度。本发明提供的基于掌子面位移突变理论的安全岩柱厚度确定方法可有效确定安全岩柱最小厚度范围，理论性强，简单易行，可行性高，能为岩溶地区隧道工程安全施工提供必要的参考。

摘要： 本发明涉及隧道勘察领域，特别是一种基于深度学习的隧道掌子面围岩智能分级方法及设备。本发明通过对隧道掌子面围岩照片样本进行标注和预处理，建立起训练用的掌子面图像数据库；而后，通过搭建基于深度学习的围岩分级预测模型，并根据掌子面图像数据库对模型进行训练，从而构建出识别更加准确的预测模型。且本发明采用图像切割将待检测掌子面照片进行分割，并分别对各个子图像进行预测，最终再根据各个子图像的预测结果进行综合评价预测，使预测结果基于的数据更加全面，也实现了对掌子面围岩的高效、准确判别。

摘要： 本实用新型提供了一种隧道掌子面打孔钻机用端头防护装置及隧道掌子面打孔钻机，包括导流块、连接机构以及限位机构；其中，导流块用于固定设于钻机的端头的前端，导流块具有两个相对设置的弧形导流面；弧形导流面用于对从挡水墙的导向管中喷出的水流进行导流；连接机构设于挡水墙和导流块之间，用于将钻机的端头与挡水墙的外壁固定连接；限位机构用于固定连接于端头的后端并套设在钻机的钻杆上，限位机构用于限制钻杆向后移动。本实用新型提供的隧道掌子面打孔钻机用端头防护装置，能够提高钻机和工作人员的安全性，并且退杆方便快捷。