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高地震烈度区复杂地质条件渡槽结构

清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1264-1277页

作者：张延杰曾显志王海深韩钟骐邓开来潘鹏云南省滇中引水工程有限公司昆明650000 清华大学土木工程系北京100084 西南交通大学土木工程学院成都610031

滇中引水工程规模巨大,面临高地震烈度、多活动断裂、复杂地质条件等众多工程建设难题。渡槽是滇中引水工程中用于跨越河流和山谷等特殊地形的重要输水结构之一,确保渡槽结构安全是保障输水功能持续的关键和前提。针对滇中引水工程渡槽... 详细信息

滇中引水工程规模巨大,面临高地震烈度、多活动断裂、复杂地质条件等众多工程建设难题。渡槽是滇中引水工程中用于跨越河流和山谷等特殊地形的重要输水结构之一,确保渡槽结构安全是保障输水功能持续的关键和前提。针对滇中引水工程渡槽结构,部分学者已开展大量理论分析、模型试验及数值模拟等研究工作,该文归纳分析了相关研究成果,并展望未来的研究趋势,旨在为类似工程的建设和发展提供参考和借鉴。研究表明:水槽相互作用及土结相互作用模拟是准确分析渡槽结构地震响应的关键,形成考虑土体渡槽水体的多物理场耦合分析技术,可为滇中引水工程渡槽结构的数值分析提供技术支撑。在此基础上,研究高地震烈度区、复杂地质条件下渡槽结构的抗震及减隔震性能,分析V形河谷等地形差异对渡槽结构的抗震性能影响机理,阐明不同减隔震措施的减隔震机理。随着社会不断发展,人们对渡槽结构在输水能力和跨越能力方面的需求日益增加,如何进一步保证在高地震烈度区和复杂地质条件下的渡槽结构安全和输水功能持续意义重大。利用槽内水体晃动实现调谐液体阻尼器减震效果、研发新型减隔震装置和渡槽防渗止水是未来重要的发展方向。

关键词：滇中引水渡槽高地震烈度复杂地质地震响应

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深埋隧洞岩爆主动防控作用机制与效果

清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1157-1167页

作者：王克忠李胜曹立张如九庞智勇王彦兵刘耀儒浙江工业大学土木工程学院杭州310014 云南省滇中引水工程有限公司昆明650000 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 国网经济技术研究院有限公司北京102200

深埋隧洞强岩爆灾害是制约隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)安全高效掘进的关键因素之一,主动防控已成为控制岩爆风险的重要技术手段。该文针对滇中引水工程香炉山深埋隧洞TBM段施工期可能面临的硬岩岩爆问题,在考虑施工因素的情... 详细信息

深埋隧洞强岩爆灾害是制约隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)安全高效掘进的关键因素之一,主动防控已成为控制岩爆风险的重要技术手段。该文针对滇中引水工程香炉山深埋隧洞TBM段施工期可能面临的硬岩岩爆问题,在考虑施工因素的情况下,开展超前应力解除爆破和超前导洞数值仿真研究,分析了岩爆主动防控作用机制及不同施工参数下的应力和能量释放效果。结果表明:超前主动防控通过预先集中掌子面前方岩体应力,实现TBM二次开挖时的应力“削峰”,避免能量突然聚集,从而降低岩爆风险;超前应力解除爆破适合局部针对围岩的应力释放,相较于增大外插角,增加超前爆破孔数量对减弱岩爆风险效果更加明显;超前导洞整体应力和能量释放效果更佳,影响范围更大,且增大超前导洞的洞径和长度有助于进一步降低岩爆风险。主动防控方法及具体施工参数需依据实际的岩爆风险等级和现场条件进行确定。

关键词：深埋隧洞岩爆主动防控应力释放超前导洞

考虑SSI及地形效应的整体渡槽隔震性能分析

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1090-1099页

作者：韩钟骐敖选年蒋继彬王海深潘鹏清华大学土木工程系北京100084 云南省滇中引水工程有限公司昆明650000 清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室北京100084

该文以滇中引水工程松林渡槽为例,分析了桩土相互作用(soil-structure interaction,SSI)及地形效应(主要为V形河谷效应)对隔震渡槽结构地震响应的影响。采用大型通用有限元软件ABAQUS建模,通过m法及等效刚度桩考虑SSI,采用简化弹簧质量... 详细信息

该文以滇中引水工程松林渡槽为例,分析了桩土相互作用(soil-structure interaction,SSI)及地形效应(主要为V形河谷效应)对隔震渡槽结构地震响应的影响。采用大型通用有限元软件ABAQUS建模,通过m法及等效刚度桩考虑SSI,采用简化弹簧质量模型考虑流固耦合作用。结果表明:考虑SSI后,槽墩变形、槽段间相对位移及支座变形有所增大,其中支座变形接近设计限值,有破坏风险。考虑在V形河谷效应下水平偏振横波相对于水平面不同入射角的工况中,渡槽结构响应的大小依次为:水平入射、45°斜入射、一致输入、垂直入射,其中45°斜入射与一致输入相近;段间相对位移及支座顺槽向显著变形,为设计关注重点。

关键词：渡槽桩土相互作用地形效应有限元模拟隔震

深埋隧洞地下水分层水力联系地表深孔监测技术与工程应用

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1226-1237页

作者：陈念张强汪小刚王玉杰王鹏王丹中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室北京100048 云南省滇中引水工程有限公司昆明650000

外水压力是深埋隧洞建设中面临的一个关键问题,由于深埋隧洞埋深大、地下水位高、地层间水力联系规律复杂,因此给深埋隧洞外水压力确定提出巨大挑战。厘清隧洞全生命周期地下水的水力联系规律,是准确评价深埋隧洞外水压力和隧洞建设影... 详细信息

外水压力是深埋隧洞建设中面临的一个关键问题,由于深埋隧洞埋深大、地下水位高、地层间水力联系规律复杂,因此给深埋隧洞外水压力确定提出巨大挑战。厘清隧洞全生命周期地下水的水力联系规律,是准确评价深埋隧洞外水压力和隧洞建设影响地下水环境的关键。该文采用数值模拟法研究不同地层类型对隧洞开挖后地下水演化规律的影响,在此基础上,提出一种深埋隧洞地下水分层水力联系地表深孔监测技术,并应用于滇中引水工程蔡家村隧洞。数值模拟结果显示:隧洞上方存在隔水地层对开挖后地下水水力联系有显著影响。工程实践应用不仅验证了该技术的可行性,还证实了深埋隧洞地下水水力联系存在分层现象。该文提出的深埋隧洞地下水分层水力联系地表深孔监测技术为深埋隧洞高外水压力的取值研究提供了有效手段。

关键词：深埋隧洞外水压力隔水地层分层水力联系地表深孔数值模拟

基于数值样本和随机森林分类器的岩爆风险快速预测代理模型

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1203-1214页

作者：王克忠谢添李梅张如九侯少康王震洲刘耀儒浙江工业大学土木工程学院杭州310014 云南省滇中引水工程有限公司昆明650000 清华大学水圈科学与水利工程全国重点实验室北京100084 中国电力建设集团水电水利规划设计总院北京100120 国网经济技术研究院有限公司北京102200

该文依托滇中引水工程香炉山隧洞,开展深埋隧洞掘进过程中岩爆风险预测研究,提出基于数值样本和随机森林(random forest,RF)的岩爆风险快速预测代理模型。以地应力和围岩本构参数作为模型输入特征,以围岩最大弹性应变能密度作为输出特征... 详细信息

该文依托滇中引水工程香炉山隧洞,开展深埋隧洞掘进过程中岩爆风险预测研究,提出基于数值样本和随机森林(random forest,RF)的岩爆风险快速预测代理模型。以地应力和围岩本构参数作为模型输入特征,以围岩最大弹性应变能密度作为输出特征,开展使用隧道掘进机(tunnel boring machine,TBM)掘进深埋隧洞过程中的多工况数值仿真,基于正交试验设计构建了611组数值样本,并通过围岩能量演化分析和相关性分析,验证输入、输出参数的合理性。进一步以RF为基分类器,利用10折交叉验证优化超参数,建立了岩爆风险快速预测代理模型,并对比多种机器学习算法,验证所提代理模型的预测准确性和适用性。结果表明:所提方法具有良好的预测性能和泛化能力,测试集样本的预测准确率达82.02%,优于用于比较的其余4种机器学习模型,为快速预测深埋隧洞施工期岩爆风险提供了一种研究路径。

关键词：深埋隧洞岩爆风险隧道掘进机数值样本随机森林弹性应变能

基于深度机器视觉的香炉山隧洞钻孔多维特征精准定位

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清华大学学报（自然科学版） 2024年第7期64卷 1278-1292页

作者：王旭巩晓雯黄其帅陈炳瑞杨世强杨旭张延杰中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071 中国科学院大学北京100049 云南省滇中引水二期工程有限公司昆明650000 长江科学院武汉430010 云南省曲靖市富源县水务局曲靖655500 云南省滇中引水工程有限公司昆明650000

香炉山隧洞是滇中引水的控制性工程,岩爆是其主要灾害源之一。微震传感器坐标精确定位是岩爆微震监测预警的基础,但是其钻孔位置仍需人工测量,精度低且实时性差,严重阻碍岩爆微震自动监测系统的发展。该文提出一种基于深度机器视觉的隧... 详细信息

香炉山隧洞是滇中引水的控制性工程,岩爆是其主要灾害源之一。微震传感器坐标精确定位是岩爆微震监测预警的基础,但是其钻孔位置仍需人工测量,精度低且实时性差,严重阻碍岩爆微震自动监测系统的发展。该文提出一种基于深度机器视觉的隧洞钻孔多维特征精准定位方法YOLO(you only look once)-AT(anchor tracking)。首先,该方法利用改进YOLO V8模型YOLO V8 OBB(oriented bounding boxes)实现香炉山隧洞钻孔轮廓的精准拟合;其次,构建锚点追踪算法AT,在轮廓椭圆上选定锚点,并根据对极线约束和点序约束实现多视角下的锚点追踪;最后,利用视差法求解各锚点的空间坐标,并基于解析几何理论求解香炉山隧洞钻孔的多维特征。利用质量可控的香炉山隧洞合成钻孔轮廓数据库对各种钻孔定位方法进行验证,结果表明:YOLO-AT方法具有良好的钻孔轮廓拟合精度和钻孔多维特征定位精度,对钻孔口中心坐标、钻孔直径、钻孔口平面方向、钻孔方向的定位误差中位数分别为0.835 mm、0.795 mm、0.567°、1.751°,且定位性能受钻孔轮廓质量的影响小,满足香炉山隧洞岩爆微震自动监测的需求,并有向各类地下工程钻孔测量工作推广的应用潜力。

关键词：深度学习机器视觉微震监测钻孔定位滇中引水工程

香炉山隧洞不良地质段“L”型地面超前注浆方案研究

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隧道建设（中英文） 2024年第6期44卷 1294-1304页

作者：赵利鹏李坚雷啸天郭亚欣王廷超陶志刚中国葛洲坝集团三峡建设工程有限公司湖北宜昌443000 云南省滇中引水工程有限公司云南昆明650000 中国矿业大学(北京)隧道工程灾变防控与智能建养全国重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院北京100083

为解决隧道(洞)建设过程中不良地质段突泥涌水和软岩大变形等问题,依托滇中引水工程香炉山隧洞,提出一种采用全孔长度超过500 m的地面“L”型定向钻孔注浆并辅以洞内超前注浆的加固方法,在实际工程中确定这一方法的具体设计方案。首先,... 详细信息

为解决隧道(洞)建设过程中不良地质段突泥涌水和软岩大变形等问题,依托滇中引水工程香炉山隧洞,提出一种采用全孔长度超过500 m的地面“L”型定向钻孔注浆并辅以洞内超前注浆的加固方法,在实际工程中确定这一方法的具体设计方案。首先,通过现场地质调查与分析,揭示不良地质区段香炉山隧洞建设的技术难点;其次,介绍“L”型定向钻孔注浆的施工过程及注浆工艺;然后,设计出一种能够提高地层稳定性的“L”型地面超前注浆方案,并对地层进行加固;最后,采用掌子面揭示、注浆技术以及大地电磁检测等手段证明现场注浆效果。研究结果表明:1)“Z1+Z2+Z4”钻场设计为最优地面超前注浆技术方案;2)“L”型定向钻孔注浆辅以洞内超前注浆技术可满足盲区注浆区域覆盖问题,实现真正意义上的超前治理。

关键词：深埋隧洞输水隧洞不良地质段突泥涌水软岩大变形地面“L”型定向钻孔注浆

煤矿矿井建设技术与装备70余年创新发展及推广实践

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煤炭科学技术 2024年第1期52卷 65-83页

作者：刘志强宋朝阳程守业荆国业高伟李生生北京中煤矿山工程有限公司北京100013 矿山深井建设技术国家工程研究中心北京100013

比较全面地总结了新中国成立70余年来,我国煤矿矿井建设技术从引进吸收、自主发展到再创新的历程,以及在基础研究、工艺创新、技术突破、装备研制和成果转化方面取得的重要成果,涉及钻爆法、冻结法、注浆法、钻井法、沉井法等凿井技术... 详细信息

比较全面地总结了新中国成立70余年来,我国煤矿矿井建设技术从引进吸收、自主发展到再创新的历程,以及在基础研究、工艺创新、技术突破、装备研制和成果转化方面取得的重要成果,涉及钻爆法、冻结法、注浆法、钻井法、沉井法等凿井技术以及煤矿岩巷掘进技术。目前,以钻爆破岩为主的凿井配套装备机械化、自动化水平显著提高,煤矿千米级深井短段掘砌综合凿井技术趋于成熟,竖井凿井最大深度达到1 341.6 m。冻结法、注浆法等凿井地质保障技术水平显著提升,逐步代替了帷幕法、板桩法和降水法等凿井技术,竖井最大冻结深度达990 m,斜井最大冻结段斜长达681 m,采用工作面注浆建成煤矿最长斜井为5 875 m,竖井地面预注浆加固深度达1 355 m。机械破岩井巷掘进技术取得突破性进展,反井钻机最大钻井直径达6 m,最大钻井深度达562 m;竖井钻机钻井法实现了最大钻井直径10.8 m,最大钻井深度660 m,且应用范围逐步扩大;竖井掘进机钻井法实现了零的突破,为煤矿竖井智能化凿井奠定了基础;煤矿岩巷机掘法作业线已经形成,岩巷全断面掘进机平均成巷速度超400 m/月。综上,70余年来我国煤矿矿井建设技术与装备创新发展,显著提升了煤矿井巷掘进作业环境、施工效率和安全水平,实现了井巷掘进工作面无人化、自动化、全机械化作业,解决了我国煤炭开发各阶段井巷建设的难题,保障了煤矿基础建设及开采接续建设。同时,从煤矿矿井建设发展起来的技术装备和取得的成功经验,在水力发电、市政轨道交通、山岭交通隧道、引水隧道等地下工程领域得到了推广实践,为国家重点工程建设和国民经济发展做出了贡献。

关键词：矿井建设井巷工程竖井斜井机械破岩

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核主泵水力优化技术与水力稳定性研究进展

大电机技术 2024年第3期 85-95页

作者：费川李坚胡文新张延宾杨野张广海装沈阳局沈阳110081 云南滇中引水工程有限公司昆明650000 南水北调东线智能水务(北京)有限公司北京100071 哈尔滨电机厂有限责任公司哈尔滨150040

随着人们对能源安全、环境保护和可持续发展的关注不断增加,核能作为一种清洁、高效的能源形式备受瞩目。核主泵作为核电站的重要组成部分,其水力性能的好坏关系到整个核电站是否能够长期安全稳定高效的运行。本文针对核主泵水力优化技... 详细信息

随着人们对能源安全、环境保护和可持续发展的关注不断增加,核能作为一种清洁、高效的能源形式备受瞩目。核主泵作为核电站的重要组成部分,其水力性能的好坏关系到整个核电站是否能够长期安全稳定高效的运行。本文针对核主泵水力优化技术与水力稳定性的研究进展开展论述,介绍了核主泵水力性能的影响因素及其研究方法。以水力优化设计与压力脉动特性等方面为切入点深入探讨了核主泵水力优化技术与水力稳定性的研究现状,并简要介绍了核主泵压力脉动的形成原因;总结了已有的研究成果,并根据现有的研究基础展望了核主泵未来的技术发展趋势。

关键词：核主泵水力优化设计水力性能压力脉动核电