基于控制区间牵引算法的地下施工变形预测

变形是地下结构施工安全状态的重要评价指标。针对数据驱动变形预测方法中地下施工动态影响因素难以量化这一问题,提出了基于控制区间牵引算法的地下施工变形预测模型。以双向长短时记忆网络(Bi-LSTM)对变形监测时间序列进行预测,以数值模拟在关键施工阶段处的结果为牵引点。根据实测值随阶段更新牵引点,并基于注意力机制双向长短时记忆网络(Bi-LSTM-AM)以牵引点修正数据驱动模型在控制区间的预测结果,实现更准确、更智能的地下施工变形预测。设置牵引相对权重,使模型可自适应判断当前合理牵引程度,准确融合了Bi-LSTM与数值模拟的结果。通过相关历史案例与数据,验证了牵引预测模型的有效性。依托西安市西咸新区丰镐三路地下通道上跨地铁1号线自动化监测实例,采用牵引算法预测了地下结构变形。结果表明:在关键施工阶段处,牵引作用改善了数据驱动预测方法存在的滞后问题,各阶段误差平均降低了24.34%;不断优化的牵引点逐渐趋近真值,降低了数值模拟出现偏差时造成的影响。该方法可为地下施工变形预测问题提供新途径。

车辆荷载下综合管廊应力响应及疲劳损伤分析

作为一种浅埋隧道,综合管廊不可避免会受到车辆荷载的影响。为保证管廊结构运营期安全,有必要研究循环动荷载对管廊结构的影响。依托某综合管廊工程,使用ANSYS建立管廊-车辆荷载三维模型,研究了综合管廊在不同车辆荷载条件下的应力响应,发现在车辆荷载一个作用周期内,管廊的主拉应力时程曲线可分为上升区、峰值区及下降区;各车辆工况下管廊上部应力变化幅度在10%~15%,下部应力变化幅度在1%左右,距离地表越远的部位应力变化幅度越小。在得到管廊应力时程数据后,基于3种不同的疲劳公式编写程序对管廊进行疲劳分析,发现按Cornelissen公式及吕培印公式计算,管廊结构的最低使用寿命分别为0.42 a及24.8 a,不满足其设计使用年限,因此有必要考虑管廊在车辆荷载下的疲劳效应;其中管廊疲劳损伤主要集中在管廊的5个部位,中舱顶板、两中隔墙的顶端和底端,其中中舱顶板所受疲劳损伤最大,这5个部位应是综合管廊结构设计以及运营期间应重点关注的部位。

基于断裂力学的隧道近接断层破碎带结构破坏分析

为减少裂隙发育地层隧道施工风险,以云南省某穿越断层破碎带隧道为依托,结合现场地应力测试及病害统计结果,基于断裂力学位移不连续边界元方法模拟了次生断裂的形成,分析了隧道在裂缝带影响下的破坏规律。结果表明:当不存在局部软弱区域时,次生断裂主要集中在主断层附近;由于纵向地质差异的存在,次生裂缝区域可能出现在离主断层较远的地方;当水平地应力较大时,裂缝带位于隧道侧部的危险最大;断裂带可能会导致隧道结构不均匀的变形和破坏;最危险的隧道部位为拱脚、边墙和仰拱;当地应力以水平方向为主时,侧部断裂带潜在风险最高,而竖向地应力的增大可能会加剧顶部、底部断裂带风险。结合现场衬砌病害情况,模拟结果较为合理,因此隧道洞身周围可能存在次生断裂。该研究有助于断裂带隧道安全建造,为类似工程提供参考。

地铁暗挖下穿富水黄土建筑沉降特性及规律

为了研究富水黄土地区暗挖地铁下穿既有建筑时地表和建筑的沉降特性及规律,确保其施工安全,基于西安地铁3号线长通(长乐公园站—通化门站)暗挖区间,采用MIDAS/GTS建立三维有限元模型,对浅埋暗挖下穿建筑进行动态模拟,得到有无超前注浆时的建筑沉降曲线、工后沉降分布曲线以及工后地表沉降云图,并结合现场实测数据,对比分析下穿过程中建筑的竖向位移、沉降差值随开挖的变化规律以及施工后地表的变形分布。研究结果表明:2种工况下建筑的沉降均主要受其下方左洞开挖的影响,左线下台阶开挖后沉降速率达到最大值,当建筑下部土体全部挖空后沉降达到最大值,施工完成后建筑的沉降以左线为中心呈对称分布;未注浆时建筑的最大沉降发生在基础底部,为119.5mm,差异沉降值为120.5mm,采用超前注浆时最大沉降和差异沉降分别减小了74.7%和75.6%;地表沉降范围为施工区域的2.5~3.0倍,整体呈斜W形分布,左侧变形稍大;未注浆加固时其沉降槽较深,达到了112.3mm,注浆后其最大值仅为15.1mm;与模拟数据相比,现场监测值略大,产生偏差的原因可能是其实际地质条件更复杂,且沉降受地表各种荷载及施工爆破的影响,依托工程实测累计沉降为16mm,可满足控制要求,现场实测数据与数值计算结果吻合较好,可为黄土地区类似工程设计与施工提供一定参考。

盾构近接楼顶加高塔式高层建筑物安全影响数值分析

盾构施工导致高层建筑及其周围地表的沉降的研究和控制是隧道工程领域遇到的重要课题之一,为研究盾构近接高层建筑时造成的影响,基于西安地铁2号线某盾构隧道侧穿高层建筑泛美大厦的工程实例,建立有限元模型对盾构推进过程中楼体应力应变、地表沉降及桩基础形变进行了分析,研究了地铁盾构对高楼顶加钢塔结构体系的影响。结果表明:楼体最大沉降为15.46mm,差异沉降值为7.32mm,倾斜率为0.001,各项指标均小于规范要求的允许值;塔荷载的存在,楼柱所受轴力和弯矩尤其是底部部分大幅增加,加剧了楼体不均匀沉降的程度和倾斜度。盾构施工过程中高层建筑自重导致建筑的地基沉降较大,对于地层的扰动,使楼柱底部和桩的上部产生较大的应力和应变,可见桩柱的连接处,也是盾构过程中高层建筑的一个易损点,影响结构整体的稳定性。桩基础沉降规律与楼体沉降规律不一致,易导致建筑物出现裂缝、倾斜等不利影响,盾构过程中,不仅仅可以通过减少盾构对于地层的扰动,同时也可以对楼柱和桩的连接部位进行人工加固,以此提高高层建筑的稳定性。

季节性寒区隧道温度场规律数值分析

为研究季节性寒区隧道围岩温度场的变化规律,以吉林图珲高速东南里隧道为依托,通过ANSYS建立数值模型,分析了深埋和浅埋条件下围岩的温度随保温层厚度的变化规律。结果表明,相同时刻沿衬砌表面从拱脚到拱顶路径的温度值不断减小,在拱顶位置处达到最小值;隧道衬砌及背侧一定深度内围岩各点的温度时程曲线呈正(余)弦函数变化,并且随着距衬砌表面距离的增大,围岩温度时程曲线呈现出的正(余)弦波动趋势越不规则,振动幅度也逐渐减小;保温层安装位置对围岩温度场的影响较小,而围岩最低温度的变化则主要集中于前5年内。在隧道防抗冻设计中,保温层厚度不能一味增大,应根据现场的岩体和温度选取经济有效的保温方法。

大跨径浅埋偏压千枚岩隧道变形规律监测与有限元模拟

对安康市红石河隧道浅埋偏压段现场监控量测数据进行分析并对比有限元分析结果,得出隧道浅埋偏压状况下由于围岩积水局部沉降导致的监控量测数据非正常规律。结果表明,隧道拱顶—右拱腰部位由于围岩失稳导致初支钢拱架形变,拱顶沉降数值出现'反常'、'跳跃'、'剧变'等现象,周边收敛数值出现'剧变'现象。有限元模拟结果准确反映了隧道支护的不利位置,采用现场监控量测与有限元模拟相结合的方法对隧道浅埋偏压段施工工艺进行调整,优化支护参数,为围岩变形监测提供了依据,该特殊围岩形变规律可为类似工程提供参考。

隧道进出口路面结冰积雪和能见度实时预警研究

关于隧道进出口安全问题,现有技术主要是对于整条路段的天气进行区域性判断分析得出隧道公路信息,是基于区域性数据的分析,而不是对于隧道公路路面实际情况的实时检测,而且现有技术无法对于隧道公路情况进行实时检测、实时管控。隧道进出口预警系统是一个针对于路面能见度与结冰积雪的安全预警系统,包括数据处理系统、能见度监测系统、积雪结冰监测系统、预警发布系统。通过预警发布系统向驾驶员发布预警信息。通过模型实验研究表明,该系统在多种不利天气的模拟下,均能准确地检测,及时预警,以及改变隧道进出口渐变灯的亮度。本系统能够对公路隧道路面能见度与路面实际状况进行实时监测、即时反馈、及时预警,能够保证隧道进出口过渡段的行车安全。