中国中铁研究论文

我国南方岩溶发育， 地质构造复杂，地下水丰富。为确保工程质量与安全，适于采用高密度电法沿隧道轴线进行勘探的方法和地震法结合的超前预报方法。高密度电法将整个山体成像，找到溶洞等含水带；进一步结合地震法超前预报对隧道掌子面前方的地质结构进行预报。结果更加可靠。例如：下图为某岩溶发育带的隧道。图中红色表示高阻区，导电性不好，岩体干燥、致密、稳定性好。蓝色区代表低阻，导电性好，岩体破碎，含水量大，与断裂带、含水带、填充溶洞有关。蓝色区是隧道开挖中易发生坍塌涌水灾害的地段，应特别注意。隧道长近800m，最大埋深250m，进口段为灰岩，出口段为泥质砂岩。探测发现灰岩段有大小7个岩溶发育，有4个与隧道相交。3个与地表落水洞相通，3个连接地下河。开挖中都得到证实。由于采取了预防措施，安全通过。其中k40+250处的溶洞截面20mx 30m，上通地表，下可通到地下暗河。隧道中架桥通过溶洞区。通过应用地形与电阻率校正软件，得到准确的结果。（图片来源于TD-EleData高密度电法地形与电阻率校正处理软件截屏） 何发亮，广西贺州人，中铁西南科学研究院有限公司教授级高级工程师、院副总工程师、工程地质预报中心/工程地质研究室主任、硕士研究生导师。生于1962年，1984年毕业于中山大学地质学系，主要从事隧道围岩分级、声波探测技术应用和隧道施工地质预报研究。 1995年任副研究员，2002年任教授级高级工程师，同年被评为中国铁路工程总公司首批有突出贡献的中青年专家，是中国铁路工程总公司专家委员会专家、2008年国务院政府特殊津贴专家。 现任IAEG会员、中国地质学会工程地质专委会委员、中国岩石力学与工程学会地下工程分会理事、四川省岩石力学与工程学会理事兼副秘书长、四川省声学学会理事、《铁路地质与路基》编委、四川省评标专家库和四川省地质灾害评估专家库在库专家。 获铁道部部科技进步奖四等奖1项、总公司科学技术奖一、二等奖各1项、铁道科学研究院科技成果三等奖1项。 主要论文著作： 《隧道地质超前预报》（西南交通大学出版社，2006年） 《隧道工程岩体分级》（西南交通大学出版社，2007年） 《隧道工程地质与声波探测技术》（西南交通大学出版社，2005年） 《岩体温度法隧道施工掌子面前方含水体预报模型试验研究》（现代隧道技术，2008年第2期） 《岩体温度法隧道施工掌子面前方涌水预测预报探讨》（现代隧道技术，2007年第2期） 《隧道施工地质超前预报工作方法》（岩土工程学报，2006年） 《TBM施工隧道围岩分级研究》（岩石力学与工程学报，2002年9月，第21卷第9期） 《岩溶地区长大隧道涌水灾害预测预报技术》（水文地质工程地质，2001年第5期） 《声波探测技术的新发展及其应用》（中国铁道科学，1999年第20卷第4期） 《隧道施工期地质超前预报技术的发展》（现代隧道技术，2001年第3期） 《隧道施工期地质超前预报若干问题探讨》（第八次全国岩石力学与工程学术大会论文集，2004年） 《HSP及CT法隧道施工期岩溶地质预报》（隧道地质超前预报技术交流研讨会论文集，2004年） 《声波CT技术在泸定桥东桥台内部结构探测中的应用》（文物保护与考古科学，2001年第13卷第1期） 《泸定桥东桥台内部加固效果检测》 铁道部《铁路隧道超前地质预报技术指南（铁建设【2008】105）》的主要撰稿人。 中铁西南科学研究院地质预报中心：隧道施工地质灾害对施工人员、施工机具造成的安全威胁，一直是隧道及地下工程界期待解决的问题。隧道施工地质超前预报研究的主要任务就是探测隧道施工掌子面前方不良地质体的分布，预测因不良地质体存在可能引发的隧道地质灾害。从上世纪八十年代始，我们结合大瑶山隧道、天马山隧道，首先在我国开展地质声学法隧道地质超前预报技术研究(图1)，开展“隧道施工掌子面前方不良地质预报技术”-声波反射法研究(1990～1995年)，提出了HSP水平声波剖面法隧道施工地质预报的理论和技术，该课题于1995年12月通过铁道部科技成果鉴定，并于1997年获铁道部科技进步三等奖(图2)。2002年至今，结合辽宁大伙房水库引水工程和锦屏电站引水隧洞TBM施工情况，进一步开展掘进机施工条件下HSP与波反射法预报研究，以及国家自然科学基金项目“高压大流量岩溶裂隙水与不良地质超前预报与治理”之子项-岩体温度法隧道施工掌子面前方涌水预报研究；其中，“TBM突破不良地质地段的地质超前预报及施工预案研究”在“利用TBM刀具切割岩石激发的信号作为HSP声波反射法预报的激发信号，以及适合于TBM施工的水工隧洞围岩分级修正模型等方面取得明显的创新性，对TBM快速通过不良地质地段及安全施工提供了技术保障，其TBM超前地质预报技术达到国际先进水平”。该课题研究成果获中国中铁股份有限公司2007年度科技进步二等奖(图3)。近20年来，HSP水平声波剖面法隧道施工地质预报的理论和技术在众多铁路、公路隧道工程中得到应用，通过大量的工程实践和技术咨询服务，隧道地质超前预报技术研究取得了众多的成果。与此相关的专著有5部，并纳入2部国家标准和5部行业标准(图4)。

1、2003年，杨华勇教授负责的“电液比例节能型电梯液压速度控制技术”项目获国家科技进步二等奖，杨华勇教授团队在电液系统的节能和运动控制等机电研究方向上取得了具有国际先进水平的研究成果，其中国际首创轿厢速度大闭环电反馈控制方式，解决了液压电梯局部闭环系统无法抑制摩擦等非线性干扰的难题；提出了液压电梯单阀速度控制原理，据此发明的电梯专用电液比例集成阀解决了行程与比例系统最低压力要求的矛盾；创新性地研制出带能量回馈和带蓄能器的变转速容积调速新系统，解决了变转速容积调速系统低速稳定性和换向死区非线性补偿的问题，使装机功率降低40%，平均能耗降低61%，同时显著降低了温升，取得了一批具有自主知识产权的电液提升系统运动控制和节能关键共性技术。主持完成国家自然科学基金重点项目2项、面上4项、国家“十五攻关”课题2项、国家“863”计划2项、其他15项。发表论文130余篇、其中被SCI或EI收录论文64篇。出版专著一部。2、2012年，杨华勇教授主持完成“盾构装备自主设计制造关键技术及产业化” 获得国家科技进步一等奖。在这一项目中，浙江大学、上海隧道工程股份有限公司、中铁隧道集团有限公司、中铁隧道装备制造有限公司、杭州锅炉集团股份有限公司等围绕盾构掘进失稳、失效和失准三大难题，攻克了盾构自主设计制造关键技术，研发出土压、泥水和复合三大类盾构系列产品，实现了盾构“中国设计中国制造”。杨华勇教授团队 从1999年正式开始着手研究，2002年在国家863计划先进制造领域的支持下，与上海隧道工程股份有限公司、中国中铁隧道集团有限公司、中国中铁隧道装备制造有限公司和杭州锅炉集团股份有限公司等单位进行了长期稳定的产学研合作，经过持续12年的关键技术攻关，走过了研究-设计-制造-工程-产业化的全部过程，终于实现了“盾构中国设计制造”的目标。经过7年关键技术攻关，2007年在973计划综合交叉领域的支持下，凝练出了盾构装备“失稳、失效、失准”三大国际性行业难题。盾构掘进中，失稳会引起地面塌陷，失效会引发装备关键部件故障、影响掘进工效，而失准则会导致掘进方向偏离、影响隧道建设质量。围绕“三失”难题，攻克了压力稳定性、载荷顺应性、多系统协调性三大关键技术，突破了装备内部密封舱压力动态平衡控制、载荷顺应性系统设计、功率自适应电液驱动、姿态测量与实时预测、推进纠偏与复合控制5个技术难点，研制了“密封舱压力控制”、“机构和驱动”、“推进与纠偏”三大系统。项目组经过联合攻关，1）发明了密封舱压力动态平衡控制技术，能实时监控盾构密封舱的压力，进行多系统协调控制，让盾构始终处在密封舱压力与水土压力相平衡的状态下工作，有效避免了地面塌陷或隆起，这是施工正常推进的基本保障；2）提出了掘进系统载荷顺应性设计方法，据此研制出刀盘刀具、推进及驱动等子系统，使掘进中突变载荷对装备的冲击减少了30%以上，从而使装备关键部件的故障率下降了4个百分点，减少了停工换件时间，保证了正常的掘进速度；3）项目组还实现了盾构姿态的实时精准控制与推进姿态预测性纠偏，解决了因掘进方向失准造成盾构掘进偏离设计轴线的难题。产学研项目组先后获得授权发明专利77项，软件登记16项，制定国家及行业标准2项，发表了一批高水平的论文和出版专著3部。在此基础上，研发出土压、泥水和复合三大类盾构系列产品。成果已用在全国4家盾构整机龙头生产企业，实现了盾构装备自主设计和产业化批量生产与应用，形成了上海、郑州、重庆、西安等多个盾构产业化基地，打破了“洋盾构”一统天下的局面。利用自主技术研制的“中国中铁一号”是我国第一台复合式盾构，在天津地铁3号线营口道－和平站标段中，它穿越了瓷房子、渤海大楼等对地面变形特别敏感的标志性建筑，局部地表变形小于2毫米，地面建筑完好无损。2009年，上海隧道工程公司和浙大等单位联合设计制造的“进越号”泥水盾构样机直径达到米，按时圆满完成了上海世博会重大配套工程——打浦路隧道复线的掘进任务。这台盾构创造了同等直径泥水盾构最小的转弯半径380米的隧道施工世界纪录。2009至2011年，应用项目成果所生产的盾构已达132台，由于技术和价格优势明显，自主制造的盾构迅速占领市场，2011年已占到当年国内盾构新增市场的60%以上，这些盾构产品完成了京、津、沪、穗、杭、港等26个城市以及新加坡、印度、马来西亚等国家共300多个地铁、公路、铁路等隧道工程。预计自主设计制造产品到2015年可占国内新增市场的75%以上。杨华勇教授产学研项目组正在向硬岩和超大直径掘进机进发，所研制的新产品将更多应用于高速公路大直径隧道和西部多岩地区的长隧道工程的掘进。