考虑抗拉强度截断效应的双模式盾构穿越土岩复合地层开挖面稳定性研究

1

作者 黄阜 肖辉 +3 位作者 王勇涛 张敏 陈晶晶 方薇 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第1期109-119,共11页

为解决已有的基于极限分析的双模式盾构开挖面稳定性研究均未考虑抗拉强度截断效应难以反映开挖面前方岩土体的真实破坏特征问题,利用空间离散技术构建考虑抗拉强度截断效应的双模式盾构在土岩交替复合地层中掘进施工的开挖面三维破坏... 为解决已有的基于极限分析的双模式盾构开挖面稳定性研究均未考虑抗拉强度截断效应难以反映开挖面前方岩土体的真实破坏特征问题,利用空间离散技术构建考虑抗拉强度截断效应的双模式盾构在土岩交替复合地层中掘进施工的开挖面三维破坏机制。通过计算破坏机制中的内外能耗功率方程,得到双模式盾构在穿越土岩交界面过程中开挖面支护力的目标函数,采用优化计算获得盾构穿越土岩交界面过程中维持开挖面稳定的支护力最优上限解;采用数值模拟技术计算双模式盾构穿越土岩交界面过程中维持开挖面稳定的极限支护力。结果表明:1)考虑抗拉强度截断效应的开挖面支护力大于未考虑该效应的支护力,开挖面支护力随着抗拉强度折减系数ξ增大而减小;2)将数值模拟获得的支护力与本文理论方法计算得到的支护力进行对比,验证了本文提出的理论方法是有效的。 展开更多

关键词 土岩交界面 三维破坏机制 开挖面支护力 抗拉强度截断效应 双模式盾构

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基于临时支护新装置的工序优化与支护性能分析 被引量：2

2

作者 王云柱 成云海 +4 位作者 王贯东 苏畅 李峰辉 许文涛 马梦想 《煤炭工程》 北大核心 2024年第2期66-71,共6页

针对掘进工作面存在的掘支平行作业难、用时比重失调问题,为实现平行作业、快速支护,设计了新的临时支护装置,具有尺寸可调、快速响应、及时支护的特点。采用理论分析加数值模拟的方法进行研究;介绍了装置的结构设计;以新巨龙煤矿综掘... 针对掘进工作面存在的掘支平行作业难、用时比重失调问题,为实现平行作业、快速支护,设计了新的临时支护装置,具有尺寸可调、快速响应、及时支护的特点。采用理论分析加数值模拟的方法进行研究;介绍了装置的结构设计;以新巨龙煤矿综掘施工技术为例进行工艺优化,从理论上提出一种分区平行作业的施工技术;通过顶板两端简支岩梁力学模型,展开装置临时支护作用机理分析;并对装置的支护性能进行结构静力学分析。结果表明:在巷道顶板松动范围0~3.30 m时,装置支护所需承受的载荷为158.40 kN;仿真得到最大等效应力为57.37 MPa,在装置顶梁下端与耳座位置交接处,最大位移量出现在中间梁上端中部,为0.30 mm,装置的结构设计能满足支护要求。此研究可为实现快速掘进的平行作业,高效支护和安全生产,提供有益参考。 展开更多

关键词 掘进工作面 临时支护装置 分区平行作业 工序优化 支护性能

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基于POD与机器学习的综掘工作面流场快速预测算法

3

作者 金兵 张浪 +3 位作者 李伟 郑义 刘彦青 张逸斌 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2024年第10期97-104,119,共9页

针对综掘工作面降尘措施难以合理利用的问题,提出了一种基于本征正交分解(POD)与机器学习的综掘工作面流场快速预测算法。利用计算流体力学(CFD)技术对多种工况下的综掘工作面风流场和粉尘浓度场进行模拟,获得高维度流场数据;利用POD对... 针对综掘工作面降尘措施难以合理利用的问题,提出了一种基于本征正交分解(POD)与机器学习的综掘工作面流场快速预测算法。利用计算流体力学(CFD)技术对多种工况下的综掘工作面风流场和粉尘浓度场进行模拟,获得高维度流场数据;利用POD对高维度流场数据进行降维,提取能够反映流场主要特性的核心模态,得到流场工况的基函数模态与模态系数;通过机器学习方法预测不同工况下占总能量达到90%以上的模态系数,从而对未知工况的模态系数进行预测,利用预测的模态系数与基函数模态进行重构,得到未知工况的风流场数据或粉尘浓度场。研究结果表明:综掘工作面数值模拟模型的相对误差在3%以内,能够准确反映实际的风流和粉尘分布状况;风流场选择前5阶模态,粉尘浓度场选择前7阶模态,即可兼顾POD重构精度与效率;支持向量机(SVM)模型对模态系数的预测能力优于随机森林及神经网络模型,针对60种不同工况,基于POD和SVM预测的风流速度、粉尘浓度与数值模拟结果之间的相对误差分别为0.36 m/s,86.24 mg/m^(3),风流场及粉尘浓度场平均预测耗时为73 s,实现了对矿井综掘工作面风流场和粉尘浓度场的高精度快速预测。 展开更多

关键词 综掘工作面 粉尘防治 风流场预测 粉尘浓度场预测 本征正交分解 机器学习 支持向量机

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基于PSO-BP神经网络的临时支架支撑力自适应控制 被引量：9

4

作者 田劼 李阳 +1 位作者 张磊 刘振 《工矿自动化》 CSCD 北大核心 2023年第7期67-74,共8页

为了使临时支架的支撑力更好地与矿压相适应,提高支架的支护能力,以双联自移式临时支架为研究对象,提出了基于粒子群优化(PSO)-BP神经网络的临时支架支撑力自适应控制方法。利用PSO算法的全局搜索能力及快速收敛特性对BP神经网络的初始... 为了使临时支架的支撑力更好地与矿压相适应,提高支架的支护能力,以双联自移式临时支架为研究对象,提出了基于粒子群优化(PSO)-BP神经网络的临时支架支撑力自适应控制方法。利用PSO算法的全局搜索能力及快速收敛特性对BP神经网络的初始权值进行优化,提高BP神经网络的收敛速度;再通过优化后的BP神经网络实现PID参数在线自调整,构建PSO-BP神经网络优化PID控制器,使临时支架的支撑力更快速、准确地达到预定值,实现临时支架支撑力自适应控制,避免因支护力和顶板压力不匹配而对顶板造成破坏。用单位阶跃信号模拟临时支护支架的期望初撑力进行实验验证,结果表明,与BP神经网络优化PID控制器及传统PID控制器相比,PSO-BP神经网络优化PID控制器可以更快、更准确地达到预期的初撑力,调整时间仅为0.5 s且基本不存在超调。根据实际地质条件仿真模拟开挖支护过程中支架受到的顶板压力,研究3种控制器的支撑力自适应控制效果,结果表明,在PSO-BP神经网络优化PID控制器的控制下,系统误差仅为0.02 MPa,误差最小,控制效果最好。 展开更多

关键词 综掘工作面 临时支护 支撑力自适应控制 PSO-BP神经网络 PID控制

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围岩弹塑性变形条件下锚杆、喷混凝土和U型钢的支护效果研究 被引量：16

5

作者 侯公羽 李晶晶 +3 位作者 杨悦 王亚潇 李庆伟 梁永辉 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1357-1366,1376,共11页

已给出弹塑性变形条件下围岩一支护相互作用的全过程解析求解，在此基础上深入研究3种常用支护结构的支护作用效果，是非常必要的。考虑开挖面空间效应，根据弹塑性变形条件下围岩一支护相互作用的全过程解析求解，针对6、5、4m直径的... 已给出弹塑性变形条件下围岩一支护相互作用的全过程解析求解，在此基础上深入研究3种常用支护结构的支护作用效果，是非常必要的。考虑开挖面空间效应，根据弹塑性变形条件下围岩一支护相互作用的全过程解析求解，针对6、5、4m直径的工程算例，分别对素喷混凝土、锚杆和u型钢等3种支护结构的支护作用效果进行了理论计算与分析，主要包括：3种支护结构极限承载能力理论计算、基于开挖面空间效应的3种支护结构控制围岩弹塑性变形的理论计算与效果分析、剩余支护承载力对普氏围岩压力支护效果的计算与分析；研究了u型钢支架的荷载～径向变形本构关系、提出了剩余支护承载力的概念、分析了支护结构支护围岩各类形变压力的支护机制。研究结果表明：（1）3种支护结构能提供的支护承载力P1（〈1MPa）相对于原岩应力P。（〉10MPa）来说量级太低，控制5～6m及更大直径的巷道围岩弹塑性变形是无效的，但控制4m直径的巷道围岩弹塑性变形是有效的；（2）对于直径达5～6m甚至更大的巷道围岩，若支护结构的剩余支护承载力P2能有效地被保存，则支护结构还可以起到有效地支护普氏围岩压力的作用。 展开更多

关键词 开挖面效应 弹塑性变形 围岩-支护作用机制 支护效果 剩余承载力

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特厚煤层综放工作面大断面切眼支护技术 被引量：32

6

作者 黄庆国 高峰 +1 位作者 张磊 赵军 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2011年第5期6-10,共5页

为了解决塔山煤矿综放工作面跨度10 m切眼的支护难题,采用理论分析、数值计算方法确定了大跨度切眼的支护形式为高强度锚杆、组合锚索、W钢带、金属网、混凝土联合支护,以形成群锚封闭效应,维护切眼巷道围岩的稳定性和安全性。试验中锚... 为了解决塔山煤矿综放工作面跨度10 m切眼的支护难题,采用理论分析、数值计算方法确定了大跨度切眼的支护形式为高强度锚杆、组合锚索、W钢带、金属网、混凝土联合支护,以形成群锚封闭效应,维护切眼巷道围岩的稳定性和安全性。试验中锚索锚固力达140~160 kN,锚固区内顶板最大离层值7 mm,顶底板移近量最大值38 mm,试验结果表明,设计提出的锚杆-组合锚索-混凝土支护提高了支护结构的整体承载力,有效控制了切眼巷道围岩的变形,保证了大断面切眼的安全使用。 展开更多

关键词 特厚煤层 综放工作面 大断面切眼 群锚支护

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综掘工作面帮部前探梁临时支护结构改进工艺研究 被引量：7

7

作者 刘竞 郭现伟 +1 位作者 白冰 鄢利 《煤炭工程》 北大核心 2017年第9期91-93,共3页

以兖州煤田的济宁三号煤矿地质条件为背景,针对煤巷综掘迎头掘进施工中的片帮带来的安全问题,提出了综掘工作面帮部前探梁临时支护的结构设计,同时配套形成对应的安装工艺。实践表明,该技术可有效避免矿工在掘进迎头锚网作业期间片帮带... 以兖州煤田的济宁三号煤矿地质条件为背景,针对煤巷综掘迎头掘进施工中的片帮带来的安全问题,提出了综掘工作面帮部前探梁临时支护的结构设计,同时配套形成对应的安装工艺。实践表明,该技术可有效避免矿工在掘进迎头锚网作业期间片帮带来的安全隐患,提高巷道掘进效率,并在兖州矿区推广应用。 展开更多

关键词 综掘工作面 片帮 前探梁 临时支护 结构设计

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软弱围岩隧洞施工性态的力学模拟与分析 被引量：114

8

作者 孙钧 朱合华 《岩土力学》 EI CAS CSCD 1994年第4期20-33,共14页

本文着重对软弱围岩隧洞施工中的力学性态进行了计算机模拟和分析。文中除提出了考虑隧洞开挖面时空效应的三维分析模型外，还计入岩体流变时效，进行了弹－粘塑性数值计算。其中，研讨了开挖面推进过程中洞室围岩与错喷支护的相互作用... 本文着重对软弱围岩隧洞施工中的力学性态进行了计算机模拟和分析。文中除提出了考虑隧洞开挖面时空效应的三维分析模型外，还计入岩体流变时效，进行了弹－粘塑性数值计算。其中，研讨了开挖面推进过程中洞室围岩与错喷支护的相互作用以及设置整筑式二次内衬的影响。用所建议的力学模型和编制的程序软件，结合某实际工程，分别就洞室上下台阶法分部开挖、全断面法一次开挖和侧壁导坑法扩大开挖等三种最常见的隧洞施工作业方式进行了模拟分析，并将计算成果与现场实测数据作了比较验证。 展开更多

关键词 软弱围岩 隧洞 开挖面效应 锚喷支护 施工力学

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综掘临时支护技术的研究与应用 被引量：37

9

作者 胡林 《煤炭科学技术》 CAS 北大核心 2008年第6期9-11,共3页

基于国内综掘临时支护技术的现状,研究了与掘进机配套使用的机载式临时支护装置。该装置利用掘进机为载体,通过滑台在机身滑道上的移动和内设油缸双层套筒式主臂的伸缩,将可变面幅的柔性护顶梁送至掘进工作面的空顶区,以实现临时支护。... 基于国内综掘临时支护技术的现状,研究了与掘进机配套使用的机载式临时支护装置。该装置利用掘进机为载体,通过滑台在机身滑道上的移动和内设油缸双层套筒式主臂的伸缩,将可变面幅的柔性护顶梁送至掘进工作面的空顶区,以实现临时支护。结果表明,增加了临时支护的强度,成功地实现了综掘临时支护的机械化和一掘多锚工艺,为综掘巷道的快速掘进和施工安全提供了有效的设备。 展开更多

关键词 综掘工作面 掘进机 临时支护 护顶装置

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基于PM31系统的液压支架成组多架同步自动控制的研究 被引量：4

10

作者 褚言军 《工矿自动化》 2011年第6期73-75,共3页

针对PM31液压支架电液控制系统存在单个支架的非自动控制效率低、成组单架的顺序自动控制速度滞后于割煤速度的问题,提出了一种利用该系统中液压支架控制器的固有程序来实现成组多架同步自动控制的方案,即通过干线电缆及终端器将每个支... 针对PM31液压支架电液控制系统存在单个支架的非自动控制效率低、成组单架的顺序自动控制速度滞后于割煤速度的问题,提出了一种利用该系统中液压支架控制器的固有程序来实现成组多架同步自动控制的方案,即通过干线电缆及终端器将每个支架的控制器互联,控制器根据采集到的支架推移行程传感器和立柱压力传感器中的数据控制电磁、电液驱动装置执行成组支架同步动作。实践表明,该方案应用效果良好,大大提高了综采工作面的回采效率。 展开更多

关键词 综采工作面 液压支架 电液控制 成组自动控制 同步 PM31系统

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基于强度折减法的高铁隧道全断面机械化作业围岩稳定性分析及支护优化研究 被引量：20

11

作者 刘雨萌 张俊儒 +2 位作者 何冠男 燕波 王智勇 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2022年第3期451-462,共12页

为研究高铁隧道全断面机械化施工下围岩的稳定性,优化初期支护参数,首先,以黄(冈)黄(梅)高速铁路刘元隧道为依托工程,通过岩石常规三轴试验获得准确可信的数值计算参数;其次,采用强度折减法求解依托工程的安全系数,以安全系数作为评价指... 为研究高铁隧道全断面机械化施工下围岩的稳定性,优化初期支护参数,首先,以黄(冈)黄(梅)高速铁路刘元隧道为依托工程,通过岩石常规三轴试验获得准确可信的数值计算参数;其次,采用强度折减法求解依托工程的安全系数,以安全系数作为评价指标,评价围岩的稳定性;再次,以拱顶沉降位移及边墙收敛位移作为评价围岩稳定性的定量指标,对依托工程进行支护参数优化研究,得到适用于依托工程的合理初期支护参数;最后,通过现场监测数据对隧道围岩的稳定性进行验证。结果表明:1)双线高速铁路隧道全断面机械化开挖时围岩具有良好的自稳能力,且在强度折减法分析中,拱顶沉降及边墙收敛对折减系数变化较为敏感;2)可将拱顶沉降及边墙收敛作为评价指标,得到适用于依托工程的初期支护优化参数;3)现场监测数据验证了优化后支护参数的安全性和合理性。 展开更多

关键词 铁路隧道 强度折减法 围岩稳定性 支护优化 现场监测 全断面机械化作业

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穿越分层地层的盾构隧道开挖面稳定机理研究 被引量：6

12

作者 邱龑 杨新安 +1 位作者 黄德中 徐前卫 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期71-80,共10页

基于塑性力学极限分析上限法,通过空间离散技术,建立圆形盾构隧道穿越分层地层时开挖面失稳的三维破坏机构,推导盾构开挖面极限支护压力的计算方法,获得最优上限解。针对单一地层,将极限支护压力计算方法与前人提出的3种多块体模型计算... 基于塑性力学极限分析上限法,通过空间离散技术,建立圆形盾构隧道穿越分层地层时开挖面失稳的三维破坏机构,推导盾构开挖面极限支护压力的计算方法,获得最优上限解。针对单一地层,将极限支护压力计算方法与前人提出的3种多块体模型计算方法进行对比,分析黏聚力、内摩擦角等强度参数差异对极限支护压力的影响,同时验证本文方法的准确性。针对2种地质强度差异较大地层,将此方法和数值模拟计算的极限支护压力进行对比,研究地层差异性对极限支护压力的影响,发现2种方法计算结果吻合度较高。研究表明:极限支护压力随上部软弱地层在开挖断面竖直方向上的厚度占开挖断面总高度的比例增大而增大,并随地层内摩擦角、黏聚力差异的增大而增大。 展开更多

关键词 盾构隧道 开挖面稳定机理 分层地层 极限支护压力 速度场 三维破坏面

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渗流作用下粉砂地层中盾构隧道开挖面失稳模式离心试验研究 被引量：12

13

作者 牛豪爽 翁效林 +1 位作者 余航飞 胡继波 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第S01期99-104,118,共7页

为研究渗流情况下开挖面支护力变化规律及失稳破坏模式,开发一整套离心模型渗流试验装置。通过开展不同内摩擦角干土和不同水头压力饱和土的试验,研究了不同土质开挖面支护力变化规律和前方土体渐进破坏机理,分析了同一种土渗流力对开... 为研究渗流情况下开挖面支护力变化规律及失稳破坏模式,开发一整套离心模型渗流试验装置。通过开展不同内摩擦角干土和不同水头压力饱和土的试验,研究了不同土质开挖面支护力变化规律和前方土体渐进破坏机理,分析了同一种土渗流力对开挖面支护力及失稳响应机制的影响。结果显示,随着开挖面后撤位移S的增大,开挖面支护力P分为迅速下降(S<1.5D%)、到达极限支护力Plim后缓慢回弹(1.5D%≤S≤3D%)、逐渐趋于稳定值(3D%<S)3个阶段;开挖面支护力随着内摩擦角的增大而较小,随着水头压力的增大呈线性增大;土体失稳模式与土体内摩擦角有关,是一个由局部破坏到整体破坏的渐进过程,不同内摩擦角土体在土拱迭代过程中响应时间不同,渗流力加剧了土拱迭代速度和破坏力度,验证了渗流力具有各向异性。 展开更多

关键词 盾构隧道 离心试验 开挖面稳定性 开挖面支护力 破坏模式

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叠加Ⅱ级杆组的正铲液压挖掘机工作机构型综合 被引量：3

14

作者 刘文兰 于海霞 +3 位作者 瞿怀宇 马鹏飞 高小钧 王建森 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第16期1919-1927,共9页

提出了一种正铲液压挖掘机工作机构型综合方法——Ⅱ级基本杆组叠加法。针对正铲液压挖掘机工作机构的自由度数目、性质和驱动单元,将其结构分解为基本结构和辅助连杆,并给出了8条构型综合约束条件,进而根据辅助连杆上的运动副数目,分5... 提出了一种正铲液压挖掘机工作机构型综合方法——Ⅱ级基本杆组叠加法。针对正铲液压挖掘机工作机构的自由度数目、性质和驱动单元,将其结构分解为基本结构和辅助连杆,并给出了8条构型综合约束条件,进而根据辅助连杆上的运动副数目,分5种情况添加Ⅱ级基本杆组RRR对正铲液压挖掘机工作机构进行了型综合,获得了一系列12杆构型。从中选取了3种构型,针对其多环耦合的结构特点,采用拆杆-等效法分析了其自由度,并建立了相应的仿真模型,开展了运动仿真分析,验证了构型综合方法的可行性。 展开更多

关键词 Ⅱ级基本杆组 叠加法 正铲液压挖掘机 工作机构 型综合

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综放工作面过岩墙技术 被引量：1

15

作者 林琳 《辽宁工程技术大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2013年第7期934-937,共4页

根据5 802工作面火成岩墙侵入情况,提出了预掘岩墙空巷的工作面过岩墙技术方案.确定了空巷掘进的时空参数;设计空巷锚杆(索)联合支护方案,采用树脂注浆加固空巷围岩;工作面采用伪斜推进,逐段分区通过岩墙.现场施工结果表明:工作面通过... 根据5 802工作面火成岩墙侵入情况,提出了预掘岩墙空巷的工作面过岩墙技术方案.确定了空巷掘进的时空参数;设计空巷锚杆(索)联合支护方案,采用树脂注浆加固空巷围岩;工作面采用伪斜推进,逐段分区通过岩墙.现场施工结果表明:工作面通过岩墙期间,除局部围岩应力集中明显外,工作面及回采巷道围岩稳定性均得到有效控制,形成了一套快速、安全通过岩墙的技术方案,为其他矿井解决类似问题提供了较好的工程借鉴. 展开更多

关键词 岩墙 综放工作面 预掘空巷 围岩加固 锚杆(索)支护 空巷掘进 矿压监测 开采影响

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综掘面临时支护支架组液压控制系统的设计 被引量：4

16

作者 郭文孝 《煤炭工程》 北大核心 2015年第9期28-30,共3页

综掘面临时支护支架组是配套综掘机进行掘进的短壁工作面机械化支护设备,在掘进时对顶板进行临时支护。介绍了综掘面临时支护支架组的主要技术参数、液压控制系统的特点和组成以及功能和操作原理,经实践证明该系统设计合理、稳定可靠、... 综掘面临时支护支架组是配套综掘机进行掘进的短壁工作面机械化支护设备,在掘进时对顶板进行临时支护。介绍了综掘面临时支护支架组的主要技术参数、液压控制系统的特点和组成以及功能和操作原理,经实践证明该系统设计合理、稳定可靠、提高了工作效率,保证了人员与设备的安全。 展开更多

关键词 综掘面临时支护 支架组 液压控制系统 超前支护 单体支柱

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古夫隧道软弱围岩普通型机械化配套试验性施工技术 被引量：15

17

作者 李洋 马留闯 王峰 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2018年第8期1371-1378,共8页

为提高隧道软弱围岩施工安全性和加快施工进度,依托古夫隧道出口段工程,首先通过超前地质预报、监控量测、应力应变测试等判断围岩及掌子面稳定性;然后通过超前支护、低预应力涨壳式锚杆加固围岩,提高围岩自稳能力;最后采用普通型机械... 为提高隧道软弱围岩施工安全性和加快施工进度,依托古夫隧道出口段工程,首先通过超前地质预报、监控量测、应力应变测试等判断围岩及掌子面稳定性;然后通过超前支护、低预应力涨壳式锚杆加固围岩,提高围岩自稳能力;最后采用普通型机械化配套大断面法施工,对围岩的拱顶沉降、周边收敛、应力应变等进行监测,通过数据分析结果指导现场施工。研究结果表明:1)隧道软弱围岩普通型机械化配套试验性施工技术可以有效地加快施工进度,保证施工安全;2)信息化管理可以通过数据分析结果指导现场施工,大大提升隧道施工的管理水平。 展开更多

关键词 郑万高铁隧道 软弱围岩 超前地质预报 掌子面稳定性 普通型机械化配套 大断面开挖

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联排顶梁液压支架组在煤矿巷道临时支护中的应用研究 被引量：3

18

作者 李信斌 《中国煤炭》 北大核心 2014年第3期64-69,共6页

分析了联排顶梁液压支架组的用途,介绍了联排顶梁液压支架组的结构组成,详细阐述了联排顶梁液压支架组工作动作的分解、支护的特点、在巷道中的使用、操作步骤的试行方案以及结构尺寸的选择。

关键词 联排顶梁液压支架组 巷道支护 综掘工作面

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