超大直径深竖井施工技术优化研究
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摘要
随着交通和采矿行业的发展,超大直径深竖井的建设将会日益增多,虽然先进的机械设备不断的被开发出来运用于实际施工,但是作为一个复杂的系统工程,充分考虑各个工序自身的特点和相互之间的关系和衔接,才是加快施工速度和提高其经济性的主要因素。因此,有必要在研究超大直径深竖井施工技术特点的基础上,讨论各主要工序之间的相互关系,建立施工技术的优化方法和模型,为今后相关项目提供施工技术优化的经验。
本文结合秦岭终南山隧道2号竖井项目,总结出一套超大直径深竖井的施工技术,同时对几个关键技术进行了深入讨论。在此基础上研究了各主要分项工序的优化方法,主要包括个工序施工时间的优化,装岩、提升设备的合理选择以及矸石仓容积与地面运输能力的合理选择三个方面,在建立了优化模型后以实际工程为例进行了计算,论证了其优化效果。
根据以上分项工序的分析,考虑到时间和人员因素,将施工工期缩短所带来的效益纳入到优化分析当中,并从施工整体经济性角度出发,研究了施工机械化配套最优方案的选择。
最后根据现场的调研对竖井施工中相关的辅助配套工程的优选方法进行了总结和研究,主要包括建井准本期的确定,竖井凿井设备布置方案的优选和注浆方按的优选三个方面。
With the development of transportation and mining industry, more and more shafts of large diameter and great depth will be built in the recent years. Although a lot of new and advanced mechanical equipments are produced and applied, but the construction of large shaft is a systematic project, the research of the relationship and connection of processes in the construction is the main way to promote the construction and enhance economic benefits. As a result, on the analysis of the features of different processes and the relations among them, the optimization model could be established, which may furnish references for similar project constructions.
Based on the second shaft project of Zhongnanshan tunnel in Qing Mountain, this paper concludes a set of construction method, which could be applied in deep shaft with great diameter, and some main construction technologies are thoroughly discussed. Then optimization methods on the major processes are studied, some examples were calculated to demonstrate the optimization effect of the method.
From the angle of whole project, Combined with the time and personnel amount, the benefits caused by shortening the construction period was considered in the optimization model, the optimal scheme was studied.
Lastly, the optimal selection of the assisted processes are summarized and researched according to the on site survey.
本文结合秦岭终南山隧道2号竖井项目,总结出一套超大直径深竖井的施工技术,同时对几个关键技术进行了深入讨论。在此基础上研究了各主要分项工序的优化方法,主要包括个工序施工时间的优化,装岩、提升设备的合理选择以及矸石仓容积与地面运输能力的合理选择三个方面,在建立了优化模型后以实际工程为例进行了计算,论证了其优化效果。
根据以上分项工序的分析,考虑到时间和人员因素,将施工工期缩短所带来的效益纳入到优化分析当中,并从施工整体经济性角度出发,研究了施工机械化配套最优方案的选择。
最后根据现场的调研对竖井施工中相关的辅助配套工程的优选方法进行了总结和研究,主要包括建井准本期的确定,竖井凿井设备布置方案的优选和注浆方按的优选三个方面。
With the development of transportation and mining industry, more and more shafts of large diameter and great depth will be built in the recent years. Although a lot of new and advanced mechanical equipments are produced and applied, but the construction of large shaft is a systematic project, the research of the relationship and connection of processes in the construction is the main way to promote the construction and enhance economic benefits. As a result, on the analysis of the features of different processes and the relations among them, the optimization model could be established, which may furnish references for similar project constructions.
Based on the second shaft project of Zhongnanshan tunnel in Qing Mountain, this paper concludes a set of construction method, which could be applied in deep shaft with great diameter, and some main construction technologies are thoroughly discussed. Then optimization methods on the major processes are studied, some examples were calculated to demonstrate the optimization effect of the method.
From the angle of whole project, Combined with the time and personnel amount, the benefits caused by shortening the construction period was considered in the optimization model, the optimal scheme was studied.
Lastly, the optimal selection of the assisted processes are summarized and researched according to the on site survey.
引文
[1]陈建勋.乔怀玉.尹增廉.公路隧道通风竖井施工方法[J].筑路机械与施工机械化.2006.23(5):5-7.
[2]Tyurkian RA.Vertical shafts construction state and outlook in the USSR[C].Xuzhou,China:Publ by Scientific Research Office,China Univ of Mining & Technology,Xuzhou,China,1991.
[3]安国梁.我国的竖井井筒施工技术[C].宁波:煤炭工业出版社.1999.
[4]安国梁.关于竖井施工的作业方式[C].宁波:煤炭工业出版社,1999.
[5]张伟.竖井普通机械化连续快速施工[J].中州煤炭.2006(2):35-36.
[6]毛光宁(译).康拉兹堡竖井凿井技术[J].建井技术.2005,26(3):86-88.
[7]应大勇.竖井建造设备[J].探矿工程科技信息.1994(4):10-10.
[8]陈林.阿希金矿竖井提升系统的优化设计[J].新疆有色金属.2003,26(4):44-45.
[9]岳振忠.竖井井筒装备使用寿命的分析[J].陕西煤炭技术.1994(3):25-27.
[10]胡承璋.改进凿井辅助设备 提高竖井施工速度[J].煤炭科学技术.1993,21(10):13-15.
[11]云南冶金局编.竖井施工经验[M].北京:冶金工业出版社,1959.
[12]常民生,赵中宇.超深竖井快速掘进施工新方法[J].长江科学院院报.2003.20(B12):26-28.
[13]张开顺,余斌,申家喜.夹活岩特长公路隧道竖井设计及施工方法探讨[J].公路.2006(5):213-216.
[14]高存成.大台竖井快速施工技术[J].铁道标准设计.2005(09).
[15]李峰.朱岭头隧道竖井施工[J].铁道建筑技术.2003(2):25-26.
[16]张承悦,程建相.老爷岭隧洞竖井的设计与施工[J].铁道建筑技术.1996(1):22-25.
[17]朱柏石,石维明.竖井施工方案的优化选择[J].建井技术.1989(2):47-49.
[18]路庆忠.深竖井井筒施工装岩提升综合排矸能力分析[J].东北煤炭技术.1997(5):25-28.
[19]张锋刚.竖井施工技术及机械化[J].甘肃科技.2004,20(10):58-60.
[20]姜玉松.竖井施工装备的计算[J].建井技术.1994(2):20-23.
[21]艾绍义.加快竖井施工速度的技术措施[J].建井技术.1991(1):19-21.
[22]张贵忠.黄土地层深竖井设计与施工技术研究[D].天津大学,2002.
[23]赵士兵.竖井井筒快速施工技术研究[D].安徽理工大学,2003.
[24]王志刚.大断面深竖井深孔爆破与机械化配套技术研究[D].安徽理工大学,2004.
[25]张馨著.深竖井快速施工成套新技术研究和推广应用[M].北京:煤炭工业出版社,2004.
[26]秦卫生.直眼掏槽爆破参数理论与试验研究[D].安徽理工大学.2004.
[27]Rhyner F C.Drilled shaft construction with blasting[O].Orlando,FL,United States:American Society of Civil Engineers,Reston,VA 20191-4400,United States,2004.
[28]Chang M S,Zhao Z Y.New method of quick excavation construction in super-deep shaft[J].Changjiang Kexueyuan Yuanbao/ Journal of Yangtze River Scientific Research Institute.2003,20(SUPPL):26.
[29]王力达.秦岭特长隧道施工通风[J].科技交流.2001,3(1):48-55.
[30]Srivastava M P.Construction of vertical pressure shafts for Teesta hydroelectric project[J].Indian Ooncrete Journal.2004,78(2):80-86.
[31]张铭鑫,张振宇.公路隧道竖井纵向式通风探讨[J].科技情报开发与经济.2005,15(6):288-289.
[32]Diyaljee V.Construction of drilled shafts in variable ground a case study[C].Orlando,FL:American Society of Civil Engineers,2002.
[33]李永生,罗锡波.乌鞘岭隧道大台竖井施工通风技术[J].隧道建设.2005,25(5):61-64.
[34]Shepperd J L.Raising an air shaft at Rose Valley mine[J].1970,56(10):25-27.
[35]井巷掘进.第二分册,竖井掘进[M].北京:冶金工业出版社.1977.
[36]樊正祥,丁卫华.竖井短段掘砌混合作业机械化配套施工[J].建井技术.1995(4):9-13.
[37]申卯兴[1,许进.求解线性规划的单纯形法的直接方法[J].计算机工程与应用.2007.43(30):94-96.
[38]罗显枫.一种简易单纯形表格的应用[J].黄石理工学院学报.2007.23(3):30-33.
[39]宋政芳.单纯形法中进基变量的选择[J].上海电力学院学报.2007,23(1):97-99.
[40]梁科.夏定纯.Matlab环境下的遗传算法程序设计及优化问题求解[J].电脑知识与技术:学术交流.2007(2):1049-1051.
[41]游文杰,邓亮章.Matlab统计工具箱的若干优化补充[J].计算机辅助工程.2007,16(2):45-47.
[42]陈秋莲,王成栋.基于Matlab遗传算法工具箱的优化计算实现[J].现代电子技术.2007,30(2):124-126.
[43]周琛琛.基于Matlab遗传算法工具箱的函数优化问题求解[J].现代计算机:下半月版.2006(12):84-86.
[44]欧阳文森.朱建军,李永春.et al.应用Matlab优化工具箱处理附线性不等式约束的最小二乘平差问题[J].测绘工程.2006,15(3):8-11.
[45]唐洪浪.MATLAB程序优化的方法[J].洛阳师范学院学报.2005.24(5):66-68.
[46]柯善军,冀小明.用MATLAB解决优化问题[J].西南民族大学学报:自然科学版.2005.31(2):294-298.
[47]周智峰,张明,周海青.基于MATLAB的最优化问题求解通用程序的实现[J].齿轮.2004,28(6):29-32.
[48]邓维国,王峰.谈竖井综合机械化快速施工条件及作业方式[C].宁波:煤炭工业出版社.1999.
[49]仝金璞.竖井施工设备配套技术[J].隧道建设.2005,25(B06):72-75.
[50]雷军,霍玉华,和万春.乌鞘岭特长隧道芨芨沟深竖井井筒机械化施工配套技术[J].现代隧道技术.2004,41(6):20-24.
[51]刘萍.竖井提升优化设计[J].矿山机械.2002,30(2):40-41.
[52]刘宪邦 赵兰英.竖井掘井机械装岩与掘进提升组织方法[M].北京:煤炭工业出版社,1959.
[53]王成,饶从军.综合评价中的非线性优化层次分析法[J].统计与决策.2007(3):134-135.
[54]何小飞,彭叶辉.一般约束非线性优化的增广Lagrangian算法[J].湘南学院学报.2004,25(5):31-34.
[55]何光宇,卢强,陈雪青.一种求解非线性优化问题的可行方向法[J].清华大学学报:自然科学版.2004,44(10):1310-1312.
[56]欧宜贵.非线性优化问题的信赖域方法研究综述[J].海南大学学报:自然科学版.2003,21(3):272-277.
[57]戴云仙,张建军,等.广义Newton法求解非线性优化问题[J].内蒙古农业大学学报:自然科学版.2001,22(4):122-127.
[58]简富昌,谢健华.竖井大抓岩机[M].北京:煤炭工业出版社,1981.
[59]林增禧,应邦荣,穆祥仁,杨怀堂.竖井支护机械化[M].北京:煤炭工业出版社.1981.
[60]李同贵.浅谈施工项目管理与项目成本控制[J].粮食科技与经济.2007,32(6):27-28.
[61]薛兴华.工程项目成本的过程管理[J].山西建筑.2007,33(34):268-269.
[62]邢俊峰,乔思福.浅谈建筑施工项目管理[J].山西建筑.2007,33(33):228-229.
[63]詹植才.浅谈施工管理与直接费的关系[J].山西建筑.2007,33(33):259-260.
[64]韩文霞,赵海荣,赵景庭.施工项目的成本核算[J].内蒙古科技与经济.2007(10X):51-51.
[65]李晓梅.控制施工成本管好工程造价[J].黑龙江科技信息.2007(12S):143-143.
[66]卢军.谈谈施工阶段的成本控制[J].广西质量监督导报.2007(4):124-124.
[67]戴奎,傅国忠,王志远.浅谈施工项目成本控制[J].建筑与预算.2007(5):12-13.
[68]Kirkbride M,Stringer N.Ultra-deep shaft construction[J].Tunnels and Tunnelling International.2002,34(6):38-40.
[69]高文翔,李杰林.周科平,et al.基于层次分析法的竖井方案优化研究[J].矿业研究与开发.2007.27(5):45-47。
[70]房延贤.竖井井筒施工机械化[M].北京:煤炭工业出版社,1980.
[71]许可,杨路明.一种基于活动网络图扩展的工作流过程模型[J].微计算机信息.2007(27):120-122.
[72]杨祥永,许成.网络图上的分段线性分式规划模型及有效算法[J].青岛大学学报: 自然科学版.2007,20(2):22-26.
[73]高永兵.竖井凿井设备选型布置CAD的开发[D].太原理工大学,2000.
[74]吕宏业.竖井井内布置与提升机位置的关系[J].矿山机械.2003,31(4):57-58.
[75]Fisher D J,Neill M W,Abaya E L.Expert system application for drilled shaft construction[J].1993' 377.
[76]姜玉松,汤如山.竖井施工设备选择专家系统的设计[J].有色金属:矿山部分.2003.55(6):35-37.
[77]雷云,尹卫荣,牟勇鹏.注浆加固技术在竖井施工中的应用[J].矿山机械.2003,31(11):17-17.
[78]高树艳.田海峰.竖井井筒工作面预注浆施工方案的选择及应用[J].煤炭技术.2006.25(7):87-88.
[79]蔡振雷,刘朝峰.竖井井筒特殊井壁段壁后动水帷幕注浆法封水技术[J].中州煤炭.2004(B10):51-53。
[80]张忠诚.多属性决策问题的一种新方法[J].武汉理工大学学报.2006,28(6):117-120.
[81]丁春荣.李龙澍.一个基于粗集的决策树规则提取算法[J].计算机技术与发展.2007.17(11):110-113.
[2]Tyurkian RA.Vertical shafts construction state and outlook in the USSR[C].Xuzhou,China:Publ by Scientific Research Office,China Univ of Mining & Technology,Xuzhou,China,1991.
[3]安国梁.我国的竖井井筒施工技术[C].宁波:煤炭工业出版社.1999.
[4]安国梁.关于竖井施工的作业方式[C].宁波:煤炭工业出版社,1999.
[5]张伟.竖井普通机械化连续快速施工[J].中州煤炭.2006(2):35-36.
[6]毛光宁(译).康拉兹堡竖井凿井技术[J].建井技术.2005,26(3):86-88.
[7]应大勇.竖井建造设备[J].探矿工程科技信息.1994(4):10-10.
[8]陈林.阿希金矿竖井提升系统的优化设计[J].新疆有色金属.2003,26(4):44-45.
[9]岳振忠.竖井井筒装备使用寿命的分析[J].陕西煤炭技术.1994(3):25-27.
[10]胡承璋.改进凿井辅助设备 提高竖井施工速度[J].煤炭科学技术.1993,21(10):13-15.
[11]云南冶金局编.竖井施工经验[M].北京:冶金工业出版社,1959.
[12]常民生,赵中宇.超深竖井快速掘进施工新方法[J].长江科学院院报.2003.20(B12):26-28.
[13]张开顺,余斌,申家喜.夹活岩特长公路隧道竖井设计及施工方法探讨[J].公路.2006(5):213-216.
[14]高存成.大台竖井快速施工技术[J].铁道标准设计.2005(09).
[15]李峰.朱岭头隧道竖井施工[J].铁道建筑技术.2003(2):25-26.
[16]张承悦,程建相.老爷岭隧洞竖井的设计与施工[J].铁道建筑技术.1996(1):22-25.
[17]朱柏石,石维明.竖井施工方案的优化选择[J].建井技术.1989(2):47-49.
[18]路庆忠.深竖井井筒施工装岩提升综合排矸能力分析[J].东北煤炭技术.1997(5):25-28.
[19]张锋刚.竖井施工技术及机械化[J].甘肃科技.2004,20(10):58-60.
[20]姜玉松.竖井施工装备的计算[J].建井技术.1994(2):20-23.
[21]艾绍义.加快竖井施工速度的技术措施[J].建井技术.1991(1):19-21.
[22]张贵忠.黄土地层深竖井设计与施工技术研究[D].天津大学,2002.
[23]赵士兵.竖井井筒快速施工技术研究[D].安徽理工大学,2003.
[24]王志刚.大断面深竖井深孔爆破与机械化配套技术研究[D].安徽理工大学,2004.
[25]张馨著.深竖井快速施工成套新技术研究和推广应用[M].北京:煤炭工业出版社,2004.
[26]秦卫生.直眼掏槽爆破参数理论与试验研究[D].安徽理工大学.2004.
[27]Rhyner F C.Drilled shaft construction with blasting[O].Orlando,FL,United States:American Society of Civil Engineers,Reston,VA 20191-4400,United States,2004.
[28]Chang M S,Zhao Z Y.New method of quick excavation construction in super-deep shaft[J].Changjiang Kexueyuan Yuanbao/ Journal of Yangtze River Scientific Research Institute.2003,20(SUPPL):26.
[29]王力达.秦岭特长隧道施工通风[J].科技交流.2001,3(1):48-55.
[30]Srivastava M P.Construction of vertical pressure shafts for Teesta hydroelectric project[J].Indian Ooncrete Journal.2004,78(2):80-86.
[31]张铭鑫,张振宇.公路隧道竖井纵向式通风探讨[J].科技情报开发与经济.2005,15(6):288-289.
[32]Diyaljee V.Construction of drilled shafts in variable ground a case study[C].Orlando,FL:American Society of Civil Engineers,2002.
[33]李永生,罗锡波.乌鞘岭隧道大台竖井施工通风技术[J].隧道建设.2005,25(5):61-64.
[34]Shepperd J L.Raising an air shaft at Rose Valley mine[J].1970,56(10):25-27.
[35]井巷掘进.第二分册,竖井掘进[M].北京:冶金工业出版社.1977.
[36]樊正祥,丁卫华.竖井短段掘砌混合作业机械化配套施工[J].建井技术.1995(4):9-13.
[37]申卯兴[1,许进.求解线性规划的单纯形法的直接方法[J].计算机工程与应用.2007.43(30):94-96.
[38]罗显枫.一种简易单纯形表格的应用[J].黄石理工学院学报.2007.23(3):30-33.
[39]宋政芳.单纯形法中进基变量的选择[J].上海电力学院学报.2007,23(1):97-99.
[40]梁科.夏定纯.Matlab环境下的遗传算法程序设计及优化问题求解[J].电脑知识与技术:学术交流.2007(2):1049-1051.
[41]游文杰,邓亮章.Matlab统计工具箱的若干优化补充[J].计算机辅助工程.2007,16(2):45-47.
[42]陈秋莲,王成栋.基于Matlab遗传算法工具箱的优化计算实现[J].现代电子技术.2007,30(2):124-126.
[43]周琛琛.基于Matlab遗传算法工具箱的函数优化问题求解[J].现代计算机:下半月版.2006(12):84-86.
[44]欧阳文森.朱建军,李永春.et al.应用Matlab优化工具箱处理附线性不等式约束的最小二乘平差问题[J].测绘工程.2006,15(3):8-11.
[45]唐洪浪.MATLAB程序优化的方法[J].洛阳师范学院学报.2005.24(5):66-68.
[46]柯善军,冀小明.用MATLAB解决优化问题[J].西南民族大学学报:自然科学版.2005.31(2):294-298.
[47]周智峰,张明,周海青.基于MATLAB的最优化问题求解通用程序的实现[J].齿轮.2004,28(6):29-32.
[48]邓维国,王峰.谈竖井综合机械化快速施工条件及作业方式[C].宁波:煤炭工业出版社.1999.
[49]仝金璞.竖井施工设备配套技术[J].隧道建设.2005,25(B06):72-75.
[50]雷军,霍玉华,和万春.乌鞘岭特长隧道芨芨沟深竖井井筒机械化施工配套技术[J].现代隧道技术.2004,41(6):20-24.
[51]刘萍.竖井提升优化设计[J].矿山机械.2002,30(2):40-41.
[52]刘宪邦 赵兰英.竖井掘井机械装岩与掘进提升组织方法[M].北京:煤炭工业出版社,1959.
[53]王成,饶从军.综合评价中的非线性优化层次分析法[J].统计与决策.2007(3):134-135.
[54]何小飞,彭叶辉.一般约束非线性优化的增广Lagrangian算法[J].湘南学院学报.2004,25(5):31-34.
[55]何光宇,卢强,陈雪青.一种求解非线性优化问题的可行方向法[J].清华大学学报:自然科学版.2004,44(10):1310-1312.
[56]欧宜贵.非线性优化问题的信赖域方法研究综述[J].海南大学学报:自然科学版.2003,21(3):272-277.
[57]戴云仙,张建军,等.广义Newton法求解非线性优化问题[J].内蒙古农业大学学报:自然科学版.2001,22(4):122-127.
[58]简富昌,谢健华.竖井大抓岩机[M].北京:煤炭工业出版社,1981.
[59]林增禧,应邦荣,穆祥仁,杨怀堂.竖井支护机械化[M].北京:煤炭工业出版社.1981.
[60]李同贵.浅谈施工项目管理与项目成本控制[J].粮食科技与经济.2007,32(6):27-28.
[61]薛兴华.工程项目成本的过程管理[J].山西建筑.2007,33(34):268-269.
[62]邢俊峰,乔思福.浅谈建筑施工项目管理[J].山西建筑.2007,33(33):228-229.
[63]詹植才.浅谈施工管理与直接费的关系[J].山西建筑.2007,33(33):259-260.
[64]韩文霞,赵海荣,赵景庭.施工项目的成本核算[J].内蒙古科技与经济.2007(10X):51-51.
[65]李晓梅.控制施工成本管好工程造价[J].黑龙江科技信息.2007(12S):143-143.
[66]卢军.谈谈施工阶段的成本控制[J].广西质量监督导报.2007(4):124-124.
[67]戴奎,傅国忠,王志远.浅谈施工项目成本控制[J].建筑与预算.2007(5):12-13.
[68]Kirkbride M,Stringer N.Ultra-deep shaft construction[J].Tunnels and Tunnelling International.2002,34(6):38-40.
[69]高文翔,李杰林.周科平,et al.基于层次分析法的竖井方案优化研究[J].矿业研究与开发.2007.27(5):45-47。
[70]房延贤.竖井井筒施工机械化[M].北京:煤炭工业出版社,1980.
[71]许可,杨路明.一种基于活动网络图扩展的工作流过程模型[J].微计算机信息.2007(27):120-122.
[72]杨祥永,许成.网络图上的分段线性分式规划模型及有效算法[J].青岛大学学报: 自然科学版.2007,20(2):22-26.
[73]高永兵.竖井凿井设备选型布置CAD的开发[D].太原理工大学,2000.
[74]吕宏业.竖井井内布置与提升机位置的关系[J].矿山机械.2003,31(4):57-58.
[75]Fisher D J,Neill M W,Abaya E L.Expert system application for drilled shaft construction[J].1993' 377.
[76]姜玉松,汤如山.竖井施工设备选择专家系统的设计[J].有色金属:矿山部分.2003.55(6):35-37.
[77]雷云,尹卫荣,牟勇鹏.注浆加固技术在竖井施工中的应用[J].矿山机械.2003,31(11):17-17.
[78]高树艳.田海峰.竖井井筒工作面预注浆施工方案的选择及应用[J].煤炭技术.2006.25(7):87-88.
[79]蔡振雷,刘朝峰.竖井井筒特殊井壁段壁后动水帷幕注浆法封水技术[J].中州煤炭.2004(B10):51-53。
[80]张忠诚.多属性决策问题的一种新方法[J].武汉理工大学学报.2006,28(6):117-120.
[81]丁春荣.李龙澍.一个基于粗集的决策树规则提取算法[J].计算机技术与发展.2007.17(11):110-113.