2022年, 第9卷, 第2期　刊出日期：2022-04-25

  

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专题：新材料
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  制备条件对共沉淀法制备铝镁双掺杂锂镧锆氧的影响

  周唐邦国, 刘美华

  工业技术创新. 2022, 9(2): 1-8. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.001

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  创新提出采用共沉淀法制备石榴石结构锂离子电池无机固态电解质--铝镁双掺杂锂镧锆氧（Li_6.4Al_0.2La₃Zr_2-0.5xMg_xO₁₂）。利用热重分析（TG）、差示扫描量热仪（DSC）、X射线衍射（XRD）分析试样前驱体在加热过程中的组成和相变,考察最佳烧结温度、烧结时间以及镁掺杂量x,并延伸分析锂离子导电性与温度之间的依赖性。研究发现：1）烧结温度达到630℃时可形成锂镧锆氧;2）最佳烧结温度是1 100℃,最佳烧结时间是6 h;3）当镁掺杂量x为0.1时,制备的Li_6.4Al_0.2La₃Zr_1.95Mg_0.1O₁₂在室温25℃下的离子电导率为1.93×10^-4 S/cm,活化能为0.271 eV。制备得到了具有最完整立方晶体结构、最少杂质相、最大致密度、最小界面电阻、最高离子电导率和最光滑完整表面形貌的铝镁双掺杂锂镧锆氧。
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  SnS₂纳米颗粒/MXene复合材料的制备及其储锂性能

  何勋, 谭正洁, 敖玖壹

  工业技术创新. 2022, 9(2): 9-16. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.002

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  SnS₂因理论储锂容量高,被认为是锂离子电池颇具应用潜力的负极材料之一,但其循环稳定性和倍率性能差。通过原位限域溶剂热法制备了SnS₂ NPs@MXene,即SnS₂纳米颗粒/MXene复合材料,其中SnS₂纳米颗粒均匀地嵌在MXene层间,呈三明治结构。SnS₂ NPs夹在MXene层间有利于抑制MXene的堆垛,同时缓解SnS₂ NPs的体积应变;当用作锂离子电池负极时,SnS₂ NPs@MXene复合电极表现出高可逆容量、强倍率性能和大电流下的长期循环稳定性：在0.1 A·g^-1的电流密度下循环200圈后,可逆容量为931 mAh·g^-1;在5 A·g^-1的电流密度下,可逆容量高达566.5 mAh·g^-1;在2 A·g^-1的电流密度下循环2 000圈后,可逆容量保持在646 mAh·g^-1。具有重要意义的是,合成SnS₂纳米颗粒/MXene复合材料的方法同样适用于其他二维层状金属硫化物纳米粒子/MXene复合材料,也适用于二维层状金属硫化物纳米粒子/二维材料的合成。
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  新型形状记忆合金-摩擦复合阻尼器及其减震性能分析

  李星志, 屈俊童, 张洪瑞, 唐羚跃, 赵杰

  工业技术创新. 2022, 9(2): 17-30. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.003

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  在“多种耗能机制共同耗能”理论的基础上,使用形状记忆合金（Shape Memory Alloys,SMA）材料对摩擦阻尼器进行改良设计,研发出一种新型SMA-摩擦复合阻尼器（SMA-Friction Compound Damper,SFCD）。阐述了SFCD的构造及工作原理,制作了试验试件,通过单轴拉压循环试验研究了其在循环荷载作用下不同位移幅值、加载速率下阻尼器的力学性能,对未安装和安装有SFCD的八层钢框架结构进行了时程分析。研究发现：1）SFCD在单轴拉压循环荷载作用下有很强的位移相关性,单位循环耗能可由位移幅值为3 mm时的41 159.0 N·mm增大至12 mm时的217 241.2 N·mm;2）SFCD能够将SMA的高耗能特性与传统摩擦耗能形式相结合,在不同加载速率下,阻尼器的耗能变化幅度仅为4.0%,受加载速率干扰较小,具有稳定的滞回性能和良好的耗能性能;3）SFCD对结构整体位移及残余位移起到的控制要好于速度及加速度,在所选地震波下对钢框架结构首层、顶层的位移控制均达到55%以上,减震率最大值达到70.26%。总体而言,大震作用下,SFCD的应用可实现显著的减震效果。
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  某ZL114A异型薄壁支架铸件的铸造工艺

  张培霖, 李翔光, 倪明

  工业技术创新. 2022, 9(2): 31-37. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.004

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  以某ZL114A异型薄壁支架铸件为研究对象,开展铸造工艺研究。提出保障ZL114A合金铸件内部质量需遵循的原则,并据此提出涵盖浇注系统设计、冷铁布局、仿真模拟、砂型3D打印、金属熔炼和浇注参数设计的铸造工艺流程。利用Novacast软件对铸件充型和浇注过程进行仿真模拟,表明末端冷铁的设计与摆放有利于铸件实现顺序凝固原则,可以有效减少疏松缺陷的产生。同时,通过控制熔炼过程的合金成分、增加晶粒细化剂以及氩气精炼等手段,可有效提高合金液的品质。确定了差压浇注过程的工艺参数,并通过X射线无损检测验证得知铸件满足航空行业标准《铝合金铸件规范》（HB 963-2005）中的Ⅰ类铸件标准,达到了成品内部质量要求。
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  20CrMnTiH齿轮钢夹杂物控制体系

  郑新伟, 刘增平, 张大伟

  工业技术创新. 2022, 9(2): 38-44. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.005

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  齿轮钢是用于加工制造齿轮的钢材,齿轮钢中的夹杂物级别是影响齿轮寿命的关键因素。以20CrMnTiH齿轮钢为研究对象,形成囊括铁水预处理、转炉冶炼、LF精炼、真空脱气（VD）、方坯连铸等工艺流程的控制体系。一是将转炉终点温度从1 660℃调整至1 620℃,将终点碳含量从0.03%调整至0.08%,使得钢中氧含量从0.092%降低至0.034%;二是优化精炼渣系,将氧化钙含量由62%~66%调整至55%~60%,将三氧化二铝含量由25%~31%调整至32%~36%,将二氧化硅含量由6%~10%调整至4%~9%;三是在真空脱气工序中,将真空时间由12 min延长至18 min,促进氢、氧等元素的去除;四是在方坯连铸过程中,采取保护浇铸措施,避免钢水与空气接触,避免因二次氧化而产生夹杂物。试制结果表明： A类细系夹杂物由2.0级降低至1.0级、粗系夹杂物由1.0级降低至0.5级;D类细系夹杂物由1.5级降低至1.0级、粗系夹杂物由1.0级降低至0.5级。成品能够满足高质量品种要求。
专题：装备研制
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  车用永磁同步电机电磁噪声仿真及优化

  白学森

  工业技术创新. 2022, 9(2): 45-52. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.006

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  为了提高电动汽车乘坐舒适性,为电机结构设计优化提供理论依据,对车用永磁同步电机电磁噪声特性进行分析。以某峰值功率为230 kW的72槽12极车用永磁同步电机为研究对象,开展电磁噪声仿真及优化研究：鉴于电磁噪声的主要产生原因为径向电磁力及多物理场耦合,提出基于电磁和结构弱耦合有限元法的模态分析方法;以电磁力、齿槽转矩、峰值转矩作为优化目标,提出基于遗传算法的多目标优化方案。在转速2 800 r/min工况下进行模态分析与试验,定子总成模态频率相对误差小于5%,验证了仿真方法的准确性。进行多目标优化后,噪声试验整体声压级最大值为70.5 dB(A),相比优化前的85.6 dB(A)降低了17.64%。
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  高铁救援铁路起重机关键工艺技术

  王奉鹏

  工业技术创新. 2022, 9(2): 53-60. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.007

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  针对高铁救援受到高铁线路、桥梁承载能力、作业空间等因素的限制,在高铁救援铁路起重机中创新提出可伸缩支腿、曲线调平结构以及多支腿底架等设计方案,确定了整体优化措施。针对整体插接组装难度较高问题,通过插接口的结构分析,提出插接口象限组装方法;针对承载面间隙影响支腿受力传导问题,通过主支腿承载面间隙工艺参数核算,提出零位自由间隙强制干预方案;针对曲线调平结构运动精度不够问题,通过曲线调平结构三态分析,确保调平过程各阶段功能得以准确实现。经工艺效果评测,方案有效控制了支腿受力的正确传导方式,实现了曲线调平结构动作精准化,降低了多支腿底架的组装难度。各项检测指标满足高铁救援铁路起重机产品制造要求。
专题：绿色工业
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  MVR+STRO+RO组合工艺在高浓度垃圾渗滤液处理工程中的应用

  李景华, 刘鲁民, 苏少华, 马三妮, 韩士昌

  工业技术创新. 2022, 9(2): 61-67. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.008

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  引进机械式蒸汽再压缩蒸发（MVR）技术、管网式反渗透（STRO）膜分离技术、反渗透（RO）膜分离技术,形成MVR+STRO+RO组合工艺,应用于处理规模为50 m³/d的山东某生活垃圾填埋场高浓度垃圾渗滤液处理工程。袋式过滤器脱除高浓度垃圾渗滤液中的大粒径悬浮物;MVR设备用于降低垃圾渗滤液中的COD、BODs指标,以及NH₃-N、其他固体杂质等含量;STRO膜分离技术进一步降低MVR设备冷却后残留在冷凝水中的COD、BODs指标,以及NH₃-N、TN等杂质含量;RO设备用于残留盐分分离。工程运行结果表明,系统出水COD、BODs、SS、NH₃-N、TN含量指标分别降低99.86%、99.87%、100%、99.99%、99.96%,最终产水电导率≤30 μS/cm。达到了《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889-2008）、《山东省海河流域水污染物综合排放标准》（DB37/675-2007）等标准,实现了达标排放。
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  荏原内循环流化床炉在污泥焚烧工程中的应用

  于峰海, 王磊甲, 刘德建, 张文刚, 纪德福, 王正兵

  工业技术创新. 2022, 9(2): 68-74. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.009

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  基于荏原环境设备,提出内循环流化床炉设计方案,以解决某污泥焚烧工程对含水率80%湿污泥120 t/d、含水率5%干污泥23 t/d、全厂总处理量430 t/d的污泥焚烧处理需求。考虑污泥处理量大、热值高、湿污泥比例高等特殊情况,在焚烧炉工艺设计中包含了湿污泥给料系统、双回旋流动、“3T+E”（温度、时间、湍流、过量空气系数）燃烧控制、一次风温提高等设计要点。按照当地（新加坡）烟气排放标准,设计了“炉内干法脱硫（石灰石）+干法脱酸（碳酸氢钠）+活性炭吸附+袋式除尘器”的烟气净化工艺。实施效果表明：炉出口温度在905℃上下微弱浮动,锅炉出口氧量控制在8%左右,蒸发量控制在5 t/h左右,焚烧飞灰热灼减率远低于1%,不燃物热灼减率也远低于规范要求值5%,均符合规范要求。荏原内循环式流化床炉对污泥焚烧处理具有很好的适应性,污染物燃烧充分,烟气处理效果良好,可以适应各种热值的污泥焚烧,对污泥焚烧处置和设备研发具有广泛的参考意义。
专题：公共服务平台建设
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  面向新一代信息技术产品的集成化众测技术研发与实践

  陈渌萍, 范兆霞

  工业技术创新. 2022, 9(2): 75-83. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.010

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  众测是一种利用云平台开放性、有效性和高效率的优势进行产品测试的新兴理念,是依托新一代信息技术衍生的全新测试服务业态。针对众测技术在机器人和智能网联汽车等新一代信息技术产品中面临的特殊问题和挑战,聚焦设计开发、生产制造、平台建设、运营服务等产品生产过程,提出满足检验检测、评估评价、验证认证需求的测试;形成了以技术支撑体系和质量保证体系制度建设、众测标准规范研发与验证评价、众测服务平台和测试工具开发、众测服务平台运维及O2O服务提供、众测服务数据融合,以及群智模型构建为主线的集成化众测技术研究路线。通过应用实践,探索得到了以标准驱动的开放式在线众测服务模式,融合覆盖了产品全生命周期的集成化检测认证服务技术、检验检测协同业务流程和标准规范等,建设形成了集成化众测服务平台。平台对提升机器人和智能网联汽车等新一代信息技术产品质量起到了保驾护航作用。
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  产业园区和中小企业公共服务平台的关系研究--基于向量自回归（VAR）模型

  李滨

  工业技术创新. 2022, 9(2): 84-96. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.011

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  产业园区与中小企业公共服务平台在助推地方经济发展、助力企业技术创新等方面起到了举足轻重的作用。为研究产业园区与中小企业公共服务平台的内在联系和相互影响,以厦门市部分产业园区的平台为研究对象,结合现有中小企业公共服务平台建设现状,以地区生产总值（GDP）、服务平台月消费支出（EXPEND）和服务次数（SERVICE）为内生变量,构建滞后阶数为4的向量自回归（VAR）模型。研究发现：1）各变量具有长期稳定的均衡关系,且存在Granger因果关系;2）通过脉冲响应函数分析可知,任意变量对其他两个变量的正向冲击均能在远期带来正向影响。结果表明：加大中小企业公共服务平台建设能有效地促进产业园区经济发展,产业园区经济发展又能带动中小企业公共服务平台能力提升,二者是协同共赢、相互促进的关系,可实现良性循环。
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  工业互联网公共服务平台信任架构建设探究

  宁黄江, 郭翔宇, 安健, 刘芮汐

  工业技术创新. 2022, 9(2): 97-103. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.012

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  工业互联网（Industrial Internet）是新一代信息通信技术与工业经济深度融合的新型基础设施、应用模式和工业生态,实现人、机、物、系统等网络连接,但由于工业互联网具有开放特征,其内部各层级暴露于互联网,带来较大安全隐患。针对工业互联网公共服务平台IT域和OT域信任边界模糊的问题,设计了一种分层的公共服务平台信任架构。引入信任计算机制与零信任协作模型,形成了可信连接、可信设备、可信用户和可信业务兼备的信任管控与评估架构;通过可信连接机制、可信手段特征化、工业安全姿态感知等多种手段,解决了信任域之间敏感信息脱敏和情报共享的问题。形成了企业、边缘计算网关和公共服务平台三方分层解耦的工业互联网公共服务平台信任架构,可以更好应对当前工业互联网公共服务面临的安全挑战,对促进企业实现数字化转型、提升智能化运营水平起到了安全保护和支持服务作用。
智能算法
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  电容效应测量机理研究及装置研制

  王泽权, 黄明, 李兴鑫, 张镇, 李恩丞

  工业技术创新. 2022, 9(2): 104-111. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.013

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  电容效应测量在工业数智化相关领域应用广泛,研制具备测量精度、简易实用、安全可靠的电容效应测量装置,在民用场合具有很好的应用价值。以层叠纸张智能计数问题为例,将层叠纸张的等效电容计量转换为等效频率计量,提出了以RC振荡电路为基础的电容效应测量设计,将测量层叠纸张的等效电容C转换为测量电路特征频率f;研制测量装置,提出了TLV3051芯片、STM32F103编程等组成的电路,在一定测量范围内实现纸张数量的准确区分。实测结果表明：研制的电容效应测量装置能够准确完成30张以内纸张数量的智能计数,分辨率能够达到pF级,准确度高达99%以上。
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  基于物联网和图像识别的环境监测系统

  陈敏敏, 彭安娜, 黄道燚

  工业技术创新. 2022, 9(2): 112-124. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.014

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  为满足不同规模环境智能控制需求,开发基于物联网、应用传感器和图像识别的蔬菜大棚环境监测系统,提出了软硬件系统设计方案。上位机基于Android App环境,实现系统显示和用户端的人机交互;下位机由OpenMV图像识别处理模块和三个Arduino芯片构成。OpenMV图像识别处理模块对植物图像进行采集和处理,从图像中获取绿色像素点信息,结合植物的生长天数对植物的生长情况作出分析。三个Arduino（ATmega328）芯片中,一个作为主控芯片,负责配置传感器协议及数据通信;第2个作为控制驱动处理芯片,接收主控芯片的指令,以对外部设备进行控制;第3个采用PID算法,控制调节植物生长的蓝紫灯光,以保持光照度恒定。以小白菜蔬菜大棚为例开展实验,结果表明：在应用该监测系统后,环境温度、土壤湿度与理想值之间仅有2%以内的相对误差,光照度与理想值之间仅有5%以内的相对误差。与同样地理环境下的纯人工监测相比较,可减少约70%的人工劳作量,植物生长时间缩短10%左右。系统实现了环境温度、土壤湿度、光照度等环境参数的采集与控制,具备良好的推广价值。
工业科学
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  轴瓦式支座静力试验加载设计方法

  潘维灵, 王培群, 柴洪亮

  工业技术创新. 2022, 9(2): 125-132. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.015

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  某特种装置前支座为轴瓦式分体组合卡箍形式,受力情况复杂,静力试验加载设计成为技术难点。提出一种能够进行角度翻转的试验加载装置,包括角度翻转夹具、过渡平台和加载夹具。角度翻转夹具为矩形工字梁结构,可实现角度转换;过渡支撑平台为槽钢梁与钢板组合结构,负责载荷传递;加载夹具为杠杆式二力杆结构,实现拉压双向载荷施加。三部分以均匀挤压试验件中间圆孔壁的形式对支座进行加载,模拟特种装置的实际受载情况。对试验加载装置的三部分实施强度校核,各部件的强度均满足要求。试验验证表明,该加载设计方法合理可行,虽然试验数据与理论计算结果存在些许偏差,但各工况下支座各部位受力变化趋势一致,达到了设计需求。
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  无剪切闭锁的厚薄通用板单元构造及计算

  张广超

  工业技术创新. 2022, 9(2): 133-140. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.016

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  在采用有限单元法对厚度与跨度比值（厚跨比）较大的平板结构的力学参数进行计算时,往往因不同方向刚度相差过大等问题导致计算精度丧失甚至计算失败。以独立覆盖无网格法（Independent Cover Meshless Method,ICMM）为基础,构造一种厚薄通用板单元。根据Mindlin平板理论,提出一种厚薄板结构通用的数值计算方法--叠加剪切效应法,并与基于经典板理论的薄板计算方法进行对比。构造的板单元可以在相互独立的位移覆盖域内,以形式简洁的多项式作为位移近似函数,避免了构建C₁阶连续函数的困难。实例分析表明,提出的叠加剪切效应法在计算薄板及厚板结构时均可获得较为精确的结果,从根本上消除了剪切闭锁现象。此外,该方法对各种网格划分形式均具有较强的适应性,在实际工程中具有较高的实用价值。
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  双八字组合型钢支撑预应力施加方法与校验

  王晓双, 张菊连, 吴申申, 张衡

  工业技术创新. 2022, 9(2): 141-148. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.017

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  以浙江省温州市龙湾中心区的城中村改造项目为背景,研究双八字组合型钢支撑在大跨度基坑中的预应力施加方法。结合工程概况,设计监测方案,提出预应力施加流程。采用BSC有限元模拟和结构有限元模拟对加压过程进行数值模拟测算,二者相对偏差不超过8%。将预应力施加方法应用于现场施工监测,单根型钢轴力数据满足平衡性,且BSC有限元模拟结果与实际监测数据增长趋势一致。提出的预应力施加方法可使双八字组合型钢支撑均匀合理受力,保证支护体系的安全性和稳定性;主支撑轴力监测数据无明显变化,预应力可以沿着型钢长度方向有效传递,立柱和托梁对其影响极小,几乎不产生力的损耗。提出的预应力施加流程安全可靠。
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  “桥上桥”施工现浇盖梁支撑体系设计与评估

  徐利君, 王元坤, 郭彦杰, 陈康, 张凡, 李生龙, 宋沛辰

  工业技术创新. 2022, 9(2): 149-156. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.018

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  当前,道路桥梁施工时常遇到“桥上桥”工况,面临地形环境所限,也面临既有桥梁保护及新建桥梁施工等多重挑战。基于赣州市中心城区赣南大道快速路工程金龙桥路段“桥上桥”施工中架构、安全、质量等实践,将系统设计理念与数值模拟分析相结合,提出“桥上桥”施工现浇盖梁施工支撑体系设计方案,并通过有限元模拟对支撑体系的安全性进行评估论证。研究发现：制定的“组合钢管柱+贝雷片”支撑体系最危险点位于新建GNc30轴桥梁承台基础处,相应应力达到强度设计值的86.7%,施工过程中加强了重点监控;经过数值模拟分析,支撑体系整体稳定可靠,满足力学验算要求。该支撑体系搭设便捷、安全可靠、节约空间,且保障了既有桥安全,充分考虑了新旧桥梁安全、质量控制等关系。借助既有桥结构推进了新建桥梁施工的顺利实现,为同类工程施工提供了重要实践借鉴。
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  复杂环境下大尺寸土压平衡矩形顶管施工的应用实践

  周爱民

  工业技术创新. 2022, 9(2): 157-161. https://doi.org/10.14103/j.issn.2095-8412.2022.04.019

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  受复杂地质条件和所处环境影响,大尺寸土压平衡矩形顶管施工存在诸多工程难点。以韶光地铁站为研究对象,从地质补勘、顶管机选型、岩层预处理、顶进控制、泥浆置换、姿态测量与纠偏等方面提出顶管施工的应用控制策略。地质补勘详细查明地层构造特征,明确岩土物理力学性质,确定顶进模式和顶进参数;依据勘察数据,顶管机选型中优选多刀盘旋转开挖形式,提出刀盘布置;为降低工程风险,实施岩层预处理,对中风化泥质粉砂岩层进行预处理,有效避免开挖盲区;工程实施中,重点监控顶进控制和姿态测量与纠偏,测算顶进施工土压力设定值,采用自学习控制算法调整顶进姿态;根据监测数据及时调整注浆量和注浆压力,防止后期沉降,实施泥浆置换工程。针对复杂环境提出了安全施工规程,强化重点举措,确定大尺寸土压平衡矩形顶管施工在复杂环境下的保安全、保质量的工程实践案例。