上覆软弱路基加固对既有地铁隧道沉降的影响规律

为研究道路施工引起下方既有地铁隧道的沉降问题,在地铁隧道上方斜穿施工道路的基础上,进行了现场隧道沉降变形实测研究,分析了道路在路基注浆加固、路床和路面结构层施工阶段中地铁隧道的沉降曲线。建立地铁隧道-土体-道路模型对道路施工的注浆加固过程及路床和路面结构层施工进行模拟,通过比较地铁隧道沉降计算结果与现场实测值,验证了该精细化模型的准确性。基于此,分析了路床和路面结构层总施工厚度、道路土体性质、隧道下卧土层、隧道衬砌强度等关键参数对地铁隧道的沉降影响规律。结果表明:地铁隧道的沉降值与施工厚度呈正相关关系;道路的存在对隧道的沉降影响越小,其弹性模量和泊松比对地铁隧道沉降几乎没有影响;卧土层的弹性模量越大,土层越不易变形,且地铁隧道沉降越小;衬砌弹性模量增大对地铁隧道沉降影响反而越小。

基于离散元法的盾尾同步注浆扩散及参数优化研究

为观察盾构施工中同步注浆扩散规律,并提出注浆参数调控手段,以滨海砂土地层为目标,设计并开展盾尾同步注浆模型试验,获得隧道外侧不同位置浆液扩散规律。在借助试验结果标定离散元模型中各颗粒间接触参数的基础上,建立盾尾同步注浆连续-离散元耦合模型,模拟浆液填充渗透过程,对照试验结果分析导致注浆层厚度差异的主要原因,进而通过调整注浆参数优化浆液填充效果。结果表明:离散元仿真模型中的颗粒运移特性能够有效展示浆液在盾尾间隙及周边土层中的填充、渗透现象;受流动性影响,浆液较易在注浆孔口聚集,而若注浆压力不足,将导致距离注浆孔较远的隧道上、下侧浆液层均匀性不良,通过调整不同部位注浆孔压力配比关系,可有效改善填充效果;注浆层受土层压力影响,隧道上方厚度相对下侧较薄,而侧面浆液在自身重力作用下向下沉积,呈上薄下厚分布。

砾砂地层盾构切削大直径群桩的刀具研究

刀盘刀具是盾构机实现切削功能并保证其顺利推进的主要部件,合适的刀具选型与设计在保证盾构机成功切削大直径钢筋混凝土群桩的过程中至关重要。依托沈阳地铁4号线盾构切桩工程,结合盾构穿越砾砂地层的工程特点以及切削大直径钢筋混凝土群桩的工程需求,对刀盘刀具进行选型,采用LS-DYNA软件模拟不同刃宽、刃角及前角的贝壳刀切削钢筋的效果。将分析结果应用于该工程,通过对比切桩前后既有隧道沉降变化规律论证刀具选型设计的合理性,并根据切桩后的贝壳刀磨损规律及盾构机排出钢筋情况,评估刀盘刀具切削效果,从而优化刀盘的刀具布置。研究结果表明:盾构刀盘采用面板+辐条复合式直角刀盘,切桩刀具采用前角-45°零后角、5 mm刃宽、90°刃角的双面刃贝壳刀,可提升盾构切桩效果;盾构切桩过程中既有隧道的变形波动控制在1.1 mm内,切桩完成后既有隧道的最大沉降仅为1.96 mm,未对既有隧道造成明显影响;刀盘布置贝壳刀时,应增加高度为210 mm的贝壳刀数量,尤其需要避免单个辐条上仅有1把高度为210 mm贝壳刀的情况,可有效提高刀盘刀具切削钢筋的能力并降低崩刃风险。刀具选型设计结果成功应用于沈阳地铁4号线切桩工程,可为今后类似工程提供参考。

盾构壁后注浆窜浆模型试验及发生条件研究

全断面围岩管片壁后注浆因向开挖面方向的窜浆现象会引起盾尾空隙注浆不饱满,管片上浮、错台及开裂,螺机喷涌等事故常有发生,已经引起广泛重视。通过设计自制壁后注浆液窜浆模型装置进行试验,分析浆液性质、缝隙厚度、注浆压力差对是否发生窜浆及窜浆量的影响,并探讨了不发生窜浆的临界条件。结果表明:(1)浆液压力与窜浆距离呈线性衰减,当浆液稠度较低时,窜浆量与缝隙厚度、浆液稠度呈近似线性正相关、与浆液的剪切屈服应力呈近似线性负相关,窜浆距离与注浆压力差呈近似线性正相关;当浆液稠度增大时,以上关系将逐渐转化为非线性关系;(2)通过极差分析表明浆液的窜浆量受盾壳与岩层间缝隙厚度影响最大,注浆压力与开挖面压力差影响其次,最后是浆液本身的性质;(3)建立了窜浆临界分析模型和计算公式,得到了窜浆发生条件和判别方法,可用于指导稳定围岩地层中盾构掘进时浆液的配制。

先站后区间矿山法隧道施工力学响应规律研究

为探究区间隧道开挖对车站主体结构受力变形影响,以乌鲁木齐某地铁车站修建工程为背景,采用有限元分析软件建立地铁车站与区间隧道开挖模型,研究区间隧道开挖对车站主体变形的影响规律,结合现场监测数据验证了数值模拟的可靠性。研究结果表明:车站主体结构开挖初期顶板部位沉降较大,随着开挖与支护跟进,沉降逐渐变小;区间隧道开挖时,左右线不同开挖次序会引起区间隧道不同的沉降值,实际施工应及时支护,实时监测,防止单侧沉降过大;区间隧道开挖时,距离车站主体越近,开挖对车站主体结构影响越大。现场实测结果表明,初支与二衬间的接触压力大于初支所受的围岩压力,拱肩部位受力大于其他部位受力。研究为类似工程的变形控制和安全施工提供了借鉴。

渗透各向异性地层中隧洞稳态渗流场的半解析预测模型

隧洞施工和服役过程中容易出现支护结构渗流破坏、涌水等与渗流场相关的工程问题.为更方便快捷地对隧洞的孔隙压力、涌水量等进行预测并为数值模型提供验证,本文对渗透各向异性饱和地层中圆形隧洞的渗流场开展理论研究,并充分考虑注浆区/衬砌对渗流场的影响.利用坐标变换和保角映射对渗流场基本控制方程进行处理,求解围岩和注浆区/衬砌区孔隙压力分布.使用配点法处理两区域交界面各点孔压和流量协调,获得了在精确满足边界和协调条件下围岩和衬砌/注浆区渗流场的控制方程,以及孔隙压力与比流量稳态分布的半解析模型.解析解与数值解的一致性验证了模型的正确性.利用解析模型分析了衬砌渗透系数、围岩渗透性各向异性程度、注浆区厚度等因素对隧道渗流量和衬砌外水压的影响.

基于改进布谷鸟搜索优化深度卷积网络的隧道衬砌裂缝检测算法研究

针对隧道衬砌裂缝检测算法准确度低的问题,提出改进布谷鸟搜索优化深度卷积网络的隧道衬砌裂缝图像检测算法。首先,基于EfficientNet卷积块堆叠网络和使用深度可分离卷积移动倒置残块(Mobile Inverted Residual Block,MBConv),进行多尺度高效提取裂缝图像语义特征;同时引入改进的卷积块注意力模块(Convolutional Block Attention Module, CBAM)增强关键特征的影响;为避免区域边缘细节特征丢失,运用边缘强化模块(Boundary Enhancement Module,BEM)来调整边缘位置特征细节权重;最后,使用轮盘赌改进自适应布谷鸟搜索优化分割阈值θ,进而得到衬砌裂缝图像检测算法。消融实验结果表明,各种优化改进模块可有效提高算法模型效果,在有干扰和无干扰条件下,准确率分别达到95.74%和97.26%;对比其他算法,该算法模型的裂缝检测准确率达94.91%,均优于Mask R-CNN和DeepLabv3等算法。

基于实测数据的地铁车站强电设备发热量影响因素分析

如果地铁车站强电设备管理用房的空调系统设计缺少可靠的设备发热量参数,不利于地铁空调系统的优化设计和节能减排。提出一种地铁车站强电设备管理用房空调设备发热量计算与分析方法,并在郑州地区4种地铁车站中进行应用,研究室内空气温度、地铁是否运营、设备额定功率和车站类型等因素对地铁强电设备管理用房设备发热量的影响。结果显示:室内气温虽然对设备外表面温度有较大影响,但是对设备外表面热流密度和设备发热量的影响较小。地铁运营期间的设备发热量大于非营运期间的设备发热量,设备发热量低于设备额定功率。

基于能量法的双线下穿既有隧道沉降研究

针对双线隧道穿越施工造成的复杂影响问题,基于能量方法,提出了考虑地层损失率差异的双线下穿开挖作用下既有隧道沉降的计算方法。基于经典的Peck和Mair理论,在计算新建隧道开挖引起的地层位移时,引入Hunt双线开挖沉降修正系数,考虑双线隧道先后穿越引起的地层损失率差异性所造成的影响;基于Rayleigh-Ritz法和弹性地基梁理论,写出系统各部分功能关系式,建立系统总势能方程;利用变分法求解总控制方程,得到考虑地层损失率差异的双线隧道下穿引起既有隧道沉降的理论解析,并将理论计算结果与已有文献报道的工程实测沉降数据进行对比验证;以双线隧道下穿既有隧道为例,对双线中心间距、新建隧道直径以及新旧隧道净距展开参数分析。结果表明:理论计算结果与实测数据整体趋势一致,二者吻合较好,验证了所提方法的可行性;新建隧道先后下穿引起的地层损失率差异对既有隧道的沉降有显著影响;随着新建双线中心间距和新旧隧道净距的增大,既有隧道的沉降量随之减小;随着新建隧道直径的增大,既有隧道的沉降量随之增加,且第二次下穿施工产生的沉降影响会越发明显。研究成果可快速且合理评估既有隧道受新建隧道穿越施工影响时的纵向变形响应,对类似的双线隧道工程起到一定的理论支持和指导意义。

三线盾构隧道渐次掘进扰动影响分析

对于三线并行盾构隧道,后行隧道多次侧穿会对已建先行隧道造成扰动影响.基于Mindlin解,采用两阶段分析法,得到了先行隧道在两次盾构平行跨越下的水平附加位移解析解.与国家科学中心核心创新项目上海硬X射线三线并行盾构隧道现场监测数据进行对比,验证了方法的有效性.对三线隧道水平净距、结构纵向刚度、地层损失率及地层剪切模量进行了影响因素参数分析,研究结果表明:先行隧道在后行隧道平行跨越关键断面下产生的水平附加位移峰值与并行隧道水平距离、隧道结构纵向刚度、地层剪切模量成反比,与地层损失率成正比.研究成果可为合理预测后行隧道侧穿施工对已建先行隧道的影响提供一定的理论依据.

机器学习预测盾构掘进地表沉降的研究进展及展望

针对采用机器学习方法预测盾构掘进地表沉降的研究,围绕预测模型的输入参数、预测目标、算法选取和超参数智能优化4个方面的研究进展开展系统综述,总结出当前研究中亟需解决的关键问题,并展望该领域的未来发展方向。研究表明:1)结合隧道几何参数、地层参数和盾构操作参数等信息进行沉降预测是当前主流的研究方向;2)沉降预测前需根据预测目标选取合适的模型和输入参数;3)通过超参数智能算法优化模型参数以提升预测精度。然而,现阶段的研究仍面临着诸多挑战:1)预测模型普遍缺乏特征自主识别能力且易发生过拟合;2)对海量数据的挖掘与分析尚不深入;3)尚未构建基于多源异构数据集的强鲁棒性模型;4)对地表沉降发展过程的预测研究相对匮乏。最后,展望盾构隧道智能掘进领域中需重点攻克的难题。

隧道流淌火发展蔓延规律的研究现状及未来展望

在隧道环境中,流淌火的火焰分叉融合、振荡和倾斜等燃烧行为,扩散油层的流动及其与隧道底壁面、火焰烟气的热传递过程具有复杂性和非稳定性。这会加剧引燃周围其他可燃物的危险性,给人们的生命财产安全带来严重威胁。通过对开放空间与隧道环境中溢油流淌火的扩散与燃烧行为、火焰高度、火焰振荡、火焰热辐射模型、热传递机制、烟气蔓延过程以及顶棚温升模型等的对比分析,指出未来应该进一步深入研究流淌火火焰振荡以及火焰热辐射模型等火焰行为,揭示流淌火蔓延的热传递机制、非稳态燃烧和烟气蔓延动力学规律,为隧道流淌火的防治和应急救援提供理论和技术支持。

基于工程类比的盾构下穿高速铁路路基 沉降预测及控制措施

以石家庄地铁4号线盾构隧道下穿京广高速铁路路基段为工程背景,通过选取具有相似地质条件和施工环境的石家庄地铁2号线K24+108处进行工程类比,对盾构施工引起的高速铁路路基沉降进行了预测,并在此基础上通过数值模拟计算了不同地层损失率下的路基沉降,并探讨了袖阀管注浆技术的有效性。结果表明:工程类比法能够有效预测未施工的地铁4号线下穿高速铁路段的路基沉降;建议在下穿段前方60~120 m设置试验段调整掘进参数,并将地层损失率控制在0.75%以内;施工中结合信息化施工监测和盾构主动控制技术,可将路基沉降控制在5 mm以内。本研究为类似工程提供了一种快速、经济的沉降预测和控制方法,对保证高速铁路安全运营具有重要意义。

软弱地层中盾构掘进引起地表变形研究

软弱地层中盾构隧道施工会对地表变形产生较为明显的影响。为提前感知软弱地层中盾构掘进引起的地表变形,采用有限元数值模拟对盾构施工的扰动影响进行分析。结果表明:横向地表沉降槽宽度与最大沉降位置模拟结果和实测值保持一致,均为“U”形沉降槽且位于盾构隧道中轴线正上方;由于线弹性单元无法模拟实际施工过程中土体参数和掘进参数的不断变化,当地表沉降变化较大时,模拟预测结果误差较大。三维有限元数值分析方法可以为隧道盾构施工扰动分析提供参考。

城市暗挖隧道平行穿越既有市政管线施工方法研究

为探索不同工况下北京地铁28号线东大桥站—京广桥站区间新增暗挖隧道施工对既有管线沉降的影响,采用FLAC3D有限差分程序进行数值计算优化分析,并优化其施工方案。研究结果表明,新线施工引起既有管线的沉降随开挖循环进尺、初期支护的强度与厚度、注浆加固指标的增大而减小,随上台阶高度的增加而增大,因上台阶开挖不预留核心土或取消锁脚锚杆支护呈显著增大趋势。得出其优化方案:建议开挖上台阶时不预留核心土,或增大开挖循环进尺至1.0 m,或减小初期支护厚度至200 mm。研究结论为北京地区暗挖地铁隧道穿越工程提供了参考依据。

地铁盾构隧道下穿既有铁路对股道沉降的影响分析及桩筏加固技术

针对北京地铁6号线富水砂层地区地铁盾构隧道下穿京承铁路工程项目,运用Plaxis 3D这一先进的岩土有限元分析软件,构建一个基于小应变土体硬化刚度本构(HSS)的动态掘进模型。该模型旨在深入分析桩筏加固方案对盾构施工过程及其对京承铁路的关键性影响。研究表明,在不采取任何保护措施的情况下,盾构隧道穿越股道将导致股道纵向沉降超出黄色预警值4mm的标准,最高沉降值达到5.2mm。然而,当实施桩筏加固方案时,沉降的最大值显著降低至1.5mm,从而证实了该加固方案在确保京承铁路行车安全方面的显著效果。

山地轨道交通隧道Geo-BIM建模方法与应用研究

为解决山地轨道交通隧道在BIM建模中存在的隧道线路偏差大、隧道构件复杂繁多、属性添加效率低以及呈现效果单一等问题,提出一种基于Revit+Dynamo+Excel及EVS软件的山地轨道交通隧道Geo-BIM建模方法。结合隧道线性工程特点,对Revit内置Dynamo插件二次开发,实现隧道快速精准的参数化建模和批量定义属性参数。提出基于EVS软件建立隧道三维地质体模型的方法,制定地层建模和岩性建模的实现方式和标准流程,结合隧道BIM模型全面实现隧道建设过程中的可视化。依托施家山隧道项目,基于Cesium框架实现了BIM模型、GIS地表和地质体三维模型的集成,实现三维可视化模型与模型属性、数据信息等可交互式操作。实践表明,Geo-BIM建模方法可以快速地对隧道BIM模型及其三维地质模型进行建模,通过集成后的模型信息之间能够表现出很好的交互效果,具有良好的工程应用价值。

嵌岩隔离桩对基坑邻近隧道的保护效果分析

采用嵌入中风化砂岩的隔离桩对邻近地铁隧道进行保护时,桩底被强度较高的中风化砂岩固定与约束其保护效果较好,但在设计与有限元分析中若等效计算模型不合理,会计算得到隔离桩效果较差的结论。基于有限元方法,探讨了数值计算中嵌入中风化砂岩隔离桩的合理等效方法。对比计算表明,数值计算中不对嵌岩段进行位移固定,得到的计算结果与实际不符,低估了隔离桩的作用,建议对进入中风化岩石的桩端位移设定为固定边界条件。隔离桩距隧道的水平净距不小于3.0m,桩顶不高于隧道拱顶位置线标高、不低于隧道中心位置线标高,嵌岩段不小于4.0m,其隔离效果好、性价比高。

考虑寒区隧道围岩冻结温度渐变的冻胀力解析解

为考虑寒区隧道围岩单向冻结和径向冻结温度渐变会引起的不同方向和不同冻结深度处的非均匀冻胀变形,通过引入冻胀围岩径向冻结温度T(r)和平行与垂直冻结方向的非均匀冻胀系数k反映围岩的非均匀冻胀性,理论推演建立了寒区隧道冻胀力解析解,并进行了案例和影响因素分析。研究表明:忽略冻结温度渐变影响时冻胀力明显偏大,考虑冻结温度渐变可有效提高冻胀力计算的可靠性;考虑冻结温度渐变影响的冻胀力随着非均匀冻胀系数k的增大呈对数函数增大,随冻结与未冻围岩的弹性模量比EⅡ/EⅢ的增大而线性减小,且EⅡ/EⅢ越大时冻胀力产生所需围岩达到的临界k值也越大;隧道冻胀力随围岩冻结圈外径、未冻围岩弹性模量和原岩应力的增大而增大,但随衬砌内径、冻结围岩单位温度冻胀系数的增大而逐渐降低。

行车工况下竖井型城市公路隧道交通风动态演化规律

本文针对竖井型城市公路隧道,对隧道内外环境风速进行实测,考虑不同环境风速、竖井高度与数量,设计24个工况,采用动网格技术与动量源项法,开展行车工况下隧道通风流场数值模拟,模拟获得车辆逼近到达远离竖井时隧道流场分布。结果表明:此类隧道内外均存在较为稳定的1 m/s左右纵向环境风;车辆顶部及后方出现明显回流现象,最大回流风速约2 m/s,出现在5~5.5 m高度;竖井截面风速不均匀系数以及转换系数随车辆运动先增大后减小;竖井通风效率与竖井数量、反向风速呈正相关,最大值达到100%,但随竖井高度、正向风速的增大而降低,街谷风影响较小。