基于泥水平衡盾构掘进参数的PSO-BP神经网络掘进地层识别模型研究

为解决泥水平衡盾构机在掘进时无法准确地实时识别掘进地层的问题,以珠三角水资源配置工程为例,研究泥水平衡盾构机的盾构推力、掘进速度、刀盘转速、刀盘扭矩在不同地层下的变化规律,提出基于掘进参数的PSO-BP神经网络掘进地层识别方法,建立盾构推力、掘进速度、刀盘转速、刀盘扭矩4种掘进参数为输入集,地层编码为输出集的地层识别模型。工程数据的验证结果表明,该模型在珠三角水资源配置工程数据集上的掘进地层的识别准确率达99.07%,PSO-BP神经网络算法的识别准确率明显高于BP、RF、RBF、CNN等机械学习算法。

超大直径盾构下穿高铁路基的沉降数值分析

为探究超大直径盾构隧道下穿城际铁路路基沉降规律,以中国武汉两湖隧道工程为例,基于Plaxis有限元软件,建立了铁路路基-土体-隧道的三维精细化数值模型,探讨盾构掘进过程中地层损失率、开挖面支护压力、盾尾注浆压力对隧道上方城际铁路路基沉降的影响.结果显示,盾构下穿复合地层的过程中,高铁路基道砟层表面在盾构掘进方向上会发生不同程度的沉降;当盾构掘进引起的地层损失率从1.0%增加到1.6%时,铁路路基的最大沉降从18.86 mm增加到22.71 mm,增大了20.4%;当开挖面支护力处于隧道拱顶侧向静止土压力的0.7~1.4倍时,不同工况下盾构掘进引起的铁路路基变形差异较小(小于0.67 mm);注浆压力对铁路路基的沉降影响明显,随着注浆压力增大,铁路路基的沉降明显减小.当隧道拱顶注浆压力增大到拱顶侧向静止土压力的3倍(648 kPa)或以上时,沿铁路路基的最大差异沉降未超过规范要求(≤5 mm/10 m).研究结果可为超大直径盾构下穿高铁路基时掘进参数的设置提供参考.

地铁施工对邻近管廊应力变形分析

以邻近220 kV高压电力管廊的成都地铁30号线海桐街站施工为背景,采用FLAC 3D软件建立三维数值模型,模拟基坑开挖对管廊的应力变形影响,探讨了管廊变形对不同开挖步距、不同围护结构刚度的敏感性影响。研究结果表明:管廊的变形与轴力变化受基坑施工影响显著,最大变形区域与地层最大变形区域基本一致,在不同开挖步距、不同围护结构刚度的敏感性分析中,减小围护结构刚度,地下管廊水平位移明显增大,开挖步距对地下管廊水平位移的影响次之,而开挖步距对地下管廊竖向位移的影响可以忽略不计。分析结果可为后续管廊旁车站施工的周边管线变形控制提供参考。

砂卵石地层盾构区间地表沉降影响因素聚类分析

为了掌握盾构掘进参数和地质条件对砂卵石地层盾构区间地表沉降的综合影响规律,依托成都地铁某盾构区间,结合团队前期地表沉降与掘进参数的关系,确定了总推力、刀盘转速、螺旋机转速、上覆土层厚度、地下水位、卵石层厚度6种聚类指标,利用K均值聚类算法对各参数指标的实际监测数据进行聚类,综合分析各个指标对地表沉降的影响。结果表明:1)根据K均值聚类结果把监测点即施工地段划分为3种地表沉降风险等级,监测点1—3为危险(Ⅰ级),监测点7—13、16—19、25—34为较危险(Ⅱ级),监测点4—6、14—15、20—24为安全(Ⅲ级)。2)根据聚类结果可知,在特定范围内掘进参数、地层构造与地表沉降之间具有正、负相关性关系。3)通过分析地层构造、掘进参数与地表沉降的关系,得出当上覆土层厚度较大、地下水位较小、卵石层厚度较大时,掘进参数控制范围为总推力29034.00~31181.95 kN,刀盘转速1.25~1.32 r/min,螺旋机转速6.13~6.98 r/min;当上覆土层厚度较小、地下水位较小、卵石层厚度较小时,掘进参数控制范围为总推力34419.89~36867.28 kN,刀盘转速1.44~1.45 r/min,螺旋机转速5.74~6.99 r/min。

砂卵石地层大直径盾构施工的关键技术

[目的]总结分析砂卵石地层大直径盾构施工中盾构机选型、盾构始发与接收、盾构掘进姿态控制等施工关键技术,并提出具体的施工控制参数与施工控制措施,以减轻刀盘刀具磨损、降低地层损失、减小地层沉降变形。[方法]针对砂卵石地层结构松散、颗粒无胶结或弱胶结、颗粒粒径大、透水性强的工程结构特性,采用理论分析、现场监测等方法,从盾构机选型、盾构始发接收、盾构掘进姿态控制、盾构刀盘刀具的检测维修等方面深入分析砂卵石地层大直径盾构施工关键技术。[结果及结论]大直径盾构的刀盘开口率、刀盘刀具类型、渣土改良方案等应根据地层结构特性进行特殊设计,且有利于盾构排渣和超前切割;盾构井端头宜采取地层注浆加固、大管棚支护、施工降水等综合加固措施以保证大盾构始发或接收时地层的稳定;大直径盾构的掘进施工应重点控制刀盘转速、出渣量、出渣温度等参数,并应适当增大注浆量,提高渣土改良效果,避免过大超挖,保证地层损失处于合理范围内。采用上述施工参数与施工措施后,盾构掘进风险可控,施工质量与施工效率明显提升,同时大大降低了施工成本。

地铁基坑开挖对紧邻桥桩及支护结构变形的影响

为了保证基坑开挖对紧邻既有桥梁桩基的安全性,结合某在建地铁车站实际工程,应用三维有限元软件MIDAS,对基坑开挖过程中桩体深层水平位移、地表沉降及桥墩竖向位移进行三维有限元模拟,并对现场实际监测结果进行分析。结果表明:基坑开挖造成支护结构产生鼓肚状变形,模拟结果曲线与监测结果曲线趋势一致;地表沉降呈漏斗状,模拟结果与监测结果具有较好的一致性;开挖基坑西侧桥桩JP23处桥墩的竖向位移大于开挖基坑东侧桥桩JP24处桥墩的竖向位移,说明距离越小,基坑开挖对桥桩的影响越大;根据模拟不考虑全方位高压喷射注浆桩加固,得到地表沉降最大竖向位移增大54.5%,并且桥墩竖向位移超过预警值,说明全方位高压喷射注浆加固对控制开挖变形具有重要作用。

复合地基等效变形模量与盾构下穿扰动变形规律研究

在准确高效分析盾构下穿旋喷加固复合地基的不利影响和扰动变形规律时,复合地基等效变形模量是数值模拟计算的关键参数。基于桩土应力传递原理,研究了桩土相对位移的计算模型及其沿桩长的分布形态;推导了桩侧负摩阻力的产生条件及中性面计算公式,给出了复合地基单桩加固单元等效变形模量解析公式;采用不同尺寸的平板载荷试验研究了顶部加载条件下群桩效应对复合地基综合模量的影响。研究结果表明:顶部加载条件下复合地基等效变形模量随承压板尺寸的增加而减小,并最终接近自重条件下复合地基单桩加固单元等效变形模量解析解的80%。将等效变形模量应用到福州地铁5号线盾构下穿复合地基工程,分析了盾构下穿复合地基的扰动变形规律,地表沉降模拟计算结果与现场实测值较为吻合。证明该研究中提出的等效变形模量取值方法合理且可行。

基于接头非线性抗弯刚度的盾构隧道迭代算法的实现与应用

盾构隧道接头环向抗弯刚度反映了接缝在一定的轴力水平下抵抗弯矩作用产生变形的能力,具有典型的非线性特征,设计中对刚度取值的偏差会导致结构变形和内力出现差异。通过将管片接头弯矩-轴力-转角的三维曲面参数编制汇总到数据库文件中,实现接头非线性力学效应向整环模型输入的迭代计算方法。采用接头刚度迭代算法与传统的(修正)惯用法、多铰圆环法、梁-弹簧模型的内力与变形结果进行比较。运用大比尺相似结构模型试验对不同外荷载作用下的计算成果进行验证。最后采用迭代算法对复合地层条件下的衬砌结构进行计算分析,并利用现场实测数据进行验证。研究结果表明:接头刚度影响着衬砌的整环抗弯刚度,对于受力均匀的衬砌结构而言,采用梁-弹簧模型的计算结果与迭代计算模型相差不大,满足工程设计要求;对于上下交叠的软硬程度差异极大的复合地层而言,衬砌结构内力相差较大,采用接头刚度迭代算法的计算结果与现场实测值吻合较好,证实了该算法的可行性和合理性。

盾构连续切削穿越大直径桥桩施工安全技术

盾构直接切削穿越桩基技术与传统工法相比具有显著的社会及经济效益。苏州轨道交通2号线采用盾构切桩技术穿越侵入区间隧道的14根直径1.0～1.2m钻孔灌注桩,连续切削多根大直径桩基,施工难度和风险极大。通过国内外调研和理论分析,结合盾构切桩试验进行优化,进一步从盾构机改造方案、掘削施工参数、风险应对措施等方面研究提出相应的安全保障措施,并成功应用于实际工程,实施效果良好,可供今后类似工程借鉴。

穿越不同建(构)筑物的地铁盾构选型与控制

结合上海市穿越不同建(构)筑物的地铁盾构工程实践,对盾构分别穿越运营地铁隧道、危旧敏感建筑物、浅基建筑群和桩基础时的盾构选型、微扰动控制参数以及相关应力与变形规律等进行了分析.在盾构掘进引起的动态位移场条件下,提出了盾构选型及其施工参数的控制方案;另外,在分析盾构穿越桩基础时桩端应力分布的基础上,提出了控制桩端距离的建议.

板岩地层盾构掘进对地层扰动的现场试验研究

长沙地区板岩的特点是遇水易软化、崩解,目前未见对该地层盾构掘进引起地层扰动的相关研究。以长沙地铁2号线西延线一期工程为依托进行了现场试验,监测内容包括:地表沉降、土体水平位移、土压力和孔隙水压力,同时记录掘进参数。通过分析得知:(1)板岩地层盾构总推力、扭矩和土仓压力是同步变化的,埋深不变时土仓压力随着隧道断面内微风化板岩所占比例的增加而增大;(2)地表沉降、土体水平位移、土压力和孔隙水压力随着切口到断面距离的变化规律基本一致;(3)各测点横向地层位移最大值约为轴向的1.1~2.6倍;(4)根据土体应力随切口到断面距离变化规律,将应力扰动分为缓慢减小段、波动段、缓慢变化段和恢复段4个阶段。

基于Web的隧道盾构法施工动态监控系统

利用隧道盾构法施工参数与环境监测数据的实时采集方法,构建了基于Web的远程监控系统.该系统基于B/S模式,采用ASP.NET技术,最大限度地追求"瘦客户"目标,并根据施工力学与数据模式识别原理对所采集的施工监测数据进行识别与分析.结果表明,所构建的远程监控系统可以实现远程实时动态监控,并反映施工过程中的风险.

超大直径泥水平衡盾构始发施工风险监控技术研究

利用盾构法施工超大直径隧道时盾构始发与到达环节是事故高发期,由此引发的工程事故屡见不鲜。为了最大程度降低盾构始发施工过程中的风险,提出盾构始发施工风险实时监控技术。该技术结合原位监测、工况实时记录、专家系统对盾构始发各关键工序进行实时监控,根据原位监测数据分析、盾构始发各工序衔接、工期等,综合评估各工序可能存在的潜在风险,可实时远程自动预警,并通过专家系统案例分析提出相应的风险解决方案。该技术在上海长江西路隧道工程中进行应用,取得比较理想的结果。

盾构施工地面沉降监测技术在天津地区的应用研究

阐述了盾构施工地面沉降监测技术,并在天津地区进行了应用,确保了地面沉降及倾斜符合预控范围,最大沉降量仅为-12.55 mm,最大倾斜仅为万分之四,建筑物无裂缝发展,达到了保护周围环境安全的要求。

东北地区冬期泥水盾构施工泥水循环系统处理技术

工程施工地区位于我国高寒地带,具有冬期温度低、持续时间长的特点。结合泥水平衡盾构施工工艺要求,通过大量调研和现场实践,对泥水循环系统采用了合理有效的保温措施,并以现场试验为保障,保证了冬期施工的顺利进行。以长长吉松花江盾构工程为例,详细阐述了在东北低温气候条件下泥水平衡盾构泥水循环及设备保温处理技术。

海陆交互相不同地层盾构掘进影响对比分析

为确保天津海陆交互相地层盾构掘进施工安全,本文根据海陆交互相典型地层(富水软土地层、饱和液化土地层和双层承压水地层)的物理力学特性与渣土改良试验结果,采用MIDAS-GTS软件对不同地层盾构掘进施工进行模拟,得到适用于各地层的合理盾构掘进参数,结果表明:(1)海陆交互相地层土样具有渗透性差、易于压缩、亲水性强和强度较低等特性;(2)当黏质粉土与淤泥质粉质黏土分别选用泡沫剂与膨润土的组合、单一泡沫剂作为改良剂时,可以满足渣土改良要求;(3)海陆交互相3种典型地层存在不同的盾构掘进建议值,且富水软土地层掘进参数建议值最小,双层承压水地层掘进参数建议值最大。

地铁暗挖隧道基岩裂隙水风险控制技术研究

基岩裂隙水软化结构面和软层,不仅影响隧道掘进速度,而且对施工安全构成严重威胁。以武汉地铁某区间隧道基岩裂隙水引起的涌水险情为例,分析涌水产生的原因,同时采取封闭掌子面、抽排积水、注浆封堵等应对措施,及时解决了隧道涌水问题,并为后续施工提供相关建议。

盾构机自动导向系统测量原理分析

以德国VMT公司的TMB制导系统SLS-T为例,主要推导了盾构机轴线方位角计算公式。由于国外导向系统的核心原理不公开,因此本文的研究成果,为隧道施工工程技术人员深入理解激光导向系统原理,从而保障隧道正确贯通测量提供了理论基础。

盾构法隧道施工引起地表变形分析

采用有限元软件ANSYS对盾构隧道动态开挖过程进行数值模拟,将硐周节点应力逐级释放来模拟开挖施工过程,在模拟过程中考虑了土体的分层特性、土体材料的本构非线性以及注浆施工对土体变形的影响。并采用明德林解考虑了盾壳和土体之间纵向摩擦力对土体变形的影响。分析中提出了考虑衬砌与土体共同作用的硐周结点荷载释放系数法。通过对工程实例分析验证了该方法的可行性。

盾构开挖对地表沉降的模拟分析

以某地铁区间段施工过程为背景,用MIDAS/GTS三维有限元软件分析盾构法开挖对地表沉降的影响,通过改变单一因素研究不同土质、不同土体参数下地表沉降变化规律.模拟时充分考虑开挖过程中应力的释放,按照施工步骤逐步施加衬砌,得出盾构推进到不同位置地表沉降的变化,同时分析地表沉降与不同土体参数之间的关系.结果表明,隧道开挖至不同距离时,地表的沉降符合一定的变化,当土体参数不同时,管线的沉降最大值有较为明显的变化.