基于CatBoost-MOEAD的大直径泥水盾构姿态多目标预测与优化

为避免盾构掘进过程中出现蛇形、轴线偏离等姿态异常问题影响施工安全,提出一种结合类别提升(CatBoost)算法和基于分解的多目标优化算法(MOEAD)的大直径泥水盾构姿态控制方法;构建一个盾构姿态预测模型,该模型包含19个输入参数和6个输出参数,利用CatBoost算法构建输入参数与输出参数之间的非线性映射关系;采用沙普利加性解释法(SHAP)分析输入参数对盾构姿态的影响;结合多目标优化算法构建CatBoost-MOEAD盾构姿态多目标优化模型,将所提模型运用到武汉长江大直径泥水盾构隧道工程中,分析验证所提方法的适用性和有效性。结果表明:CatBoost预测模型能够高效地预测大直径泥水盾构的姿态,其中6个盾构姿态目标的决定系数范围为0.931~0.974,均方根误差范围为0.030~0.880,误差范围为0.039~1.057;对盾构姿态影响较大的施工参数中推进组推力对盾构姿态的影响最为显著;通过研发的CatBoost-MOEAD盾构姿态多目标优化方法,盾构姿态的优化效果显著,优化率可达38.86%。

基于CatBoost-MOEAD的大直径泥水盾构施工多目标预测优化

为有效优化盾构施工参数,实现在大直径泥水盾构掘进过程中安全、高效和节能的目标,提出分类助推(CatBoost)和基于分解的多目标进化算法(MOEAD)相结合的混合智能算法;综合考虑盾构施工参数与地质条件,以主要的盾构施工参数为研究对象,选择地表沉降、贯入度和掘进比能为预测和控制目标;优化调控选择的盾构施工参数,并以武汉市轨道交通某号线为例,验证该混合算法的有效性。结果表明:采用CatBoost算法建立的预测模型在大直径泥水盾构上表现出来的预测性能良好,对3个控制目标的拟合精度(R 2)均达到0.9以上;预测模型的重要性排序表明:大直径泥水盾构的总推进力和推进速度对地表沉降、贯入度和掘进比能有显著影响;所提出的CatBoost-MOEAD混合智能算法对3个控制目标的优化效果明显,地表沉降、贯入度和掘进比能分别达到12.35%、7.47%和10.70%的优化幅度,并给出相应盾构施工参数的控制范围。

基于混合深度学习方法的大直径泥水盾构隧道掌子面压力预测研究

为提高盾构模型预测性能,以武汉长江隧道大直径泥水盾构隧道工程为背景和数据来源,基于图卷积网络(GCN)和长短期记忆神经网络(LSTM)构建掌子面压力预测模型,利用贝叶斯优化算法(BO)对预测模型的关键超参数进行寻优。采用SHAP方法对预测模型进行全局解释,计算每个输入参数对预测目标的Shapley值,提高模型的解释度和透明度。研究结果表明:1)所提出的BO-GCN-LSTM方法在各历史时间步长下均具有较高的精度,拟合优度(R 2)平均值为0.943,均方根误差(E RMSE)平均值为0.245,平均绝对误差(E MAE)平均值为0.173,平均绝对百分比误差(E MAPE)平均值为1.183%。2)在历史时间步长t-1—t-10中,时间步长t-3的R 2、E RMSE、E MAE、E MAPE分别为0.953、0.233、0.159、1.151%,运行速率为1.7次/s,表现出最佳整体预测性能。3)通过SHAP方法进行全局解释,可以确定对研究目标影响较大的参数为气垫舱压力、进出排浆压力和刀盘挤压力差,为大直径泥水盾构隧道掌子面压力管控提供有价值的决策依据。基于BO-GCN-LSTM深度学习模型可以有效预测隧道掌子面压力,有助于盾构驾驶员做出合理的参数调整。

世界高铁最大直径泥水平衡盾构机成功下线

日前,由中铁隧道局、中铁工程装备集团联合研制的世界高铁最大直径泥水平衡盾构机——崇太长江隧道“领航号”在浙江杭州成功下线。

大直径泥水盾构常压刀盘设计使用浅谈

随着大直径泥水盾构的需求越来越广泛,在复合地层施工,常压刀盘是大直径泥水盾构的首要选择,合适的常压刀盘设计将极大的促进施工效率。本文以汕头苏埃通道所使用的中铁装备大直径泥水盾构机常压刀盘为例,以施工实际浅谈大直径泥水盾构机常压刀盘相关针对设计,以供参考。

土岩复合地层大直径泥水盾构穿越沉降敏感带扰动控制技术分析

地铁建设由于线路形式的特殊性,不可避免要穿越房屋、桥梁、管线、复杂地层及其他重要建筑物,因此复合地层条件下盾构施工过程中扰动控制技术分析尤其重要。针对大直径泥水盾构穿越敏感带时开挖面稳定性进行了数值模拟分析,研究了开挖面失稳流固耦合规律,并对不同支护压力下的开挖面变形进行了深入探讨。结果表明:完全流固耦合模拟开挖面失稳过程中,开挖面附近孔压下降梯度明显,远场孔压波动较小,基本保持为初始状态静水压力;并且随埋深的增大,开挖面的极限支护压力比逐渐减小,而开挖面稳定性逐渐增加。研究成果可为类似地层盾构施工提供参考。

U型冻结法在大直径泥水盾构接收中的应用研究

本文通过对常用盐水冻结形式与大直径盾构两种接收方式在接收施工风险两阶段的适用性研究,对比了不同冻结形式在不同接收方式下的优缺点,提出了一种新的U型冻结形式并阐述了其在大直径盾构接收中的应用特点,指出了U型冻结在大直径盾构接收应用中的有效性和适用性,并且在上海轨道交通市域线机场联络线3标项目14m大直径泥水气平衡盾构接收中进行了成功应用。

杭州环北大直径泥水盾构隧道下穿高铁桥涵的实测分析

杭州环北地下快速路隧道工程采用大直径(11.58 m)泥水平衡盾构浅覆土斜交下穿既有沪杭高铁桥涵。为确保高铁运营安全,对桥涵沉降进行监测,同时考虑盾构穿越施工阶段隧道所处的复杂环境条件,通过在管片中埋设纵向和环向钢筋应力计,对盾构施工引起的隧道纵向及环向结构响应进行全过程跟踪实测分析。监测结果表明:桥涵最大纵向差异沉降率为0.20‰,最大横向差异沉降率为0.30‰,均在铁路安全控制标准内;在隧道穿越施工过程中,盾构总推力随盾构姿态的变化而变化,并对隧道管片受力和桥涵位移产生明显影响,其中,管片纵向轴力呈现"顶部大,底部小"的趋势,环向弯矩呈现"腰部最大,拱顶、拱底次之,两肩最小"的特点,桥涵倾斜方向也会发生变化。研究成果证明:在大直径泥水盾构穿越施工过程中,为保障施工质量与安全,除了需要对穿越对象进行严格监控之外,对隧道本体进行监控研究也同等重要。

孟加拉卡纳普里河水下隧道大直径泥水盾构钢套筒始发关键技术研究

孟加拉卡纳普里河水下隧道工程具有近海域、大潮差、大坡度、大直径、穿越富水粉细砂地层等特点,盾构始发涌水、涌砂风险极高。为有效减小盾构始发穿越富水砂层的突涌问题,采用大直径气垫式泥水加压平衡盾构设备,从加固松软地层、切断地下水来源和减轻突涌后果3方面入手,提出三重管旋喷桩加固技术、降水技术和大直径钢套筒始发技术。大直径钢套筒始发技术包括大直径钢套筒及支撑体系设计与安装技术、大型钢套筒及反力架变形监测技术、钢套筒内始发泥水建仓技术。钢套筒密封代替常规帘布橡胶洞门密封装置,变局部密封为整体密封,大幅度降低了盾构进入富水粉细砂层时洞门涌水、涌砂的风险,提高了盾构始发的安全性。

大直径泥水盾构施工对软土地层的沉降影响研究

依托江苏江阴澄江西路过江隧道工程,对大直径泥水盾构施工对软土地层的扰动影响进行研究。主要研究方法及结论如下:1)对盾构掘进中地表纵向沉降规律进行探讨,在前人研究的基础上对引起土体扰动的4个阶段进行验证,得出软土地层施工中不同阶段对土体扰动程度的比例。2)使用ABAQUS有限元软件,建立三维有限元模型,在数值计算中考虑土体非线性变形。通过数值模拟可知,横、纵、竖向位移趋势符合工程实况,最大沉降量与实测数据比较接近;增大上部土层的E,c,φ值可以有效地减小软土地层的沉降量,降低盾构施工对土体的扰动影响。从而论证了通过对土体表层注浆加固可以达到减小沉降,降低土体扰动的目的。

砂卵石地层大直径泥水盾构刀具配置适应性分析

针对北京地下直径线工程开展刀具配置适应性分析,通过对大直径泥水盾构在砂卵石地层中掘进施工现状进行总结及对掘进刀具的磨损量进行测量、分析,提出适应砂卵石地层大直径泥水盾构的刀盘刀具配置方式及合理的换刀距离,为后续施工及类似工程提供一定的参考和借鉴。

多台大直径泥水盾构快速拆机及存储方法研究

为解决多台大直径泥水盾构在同一竖井拆机风险高、工序复杂、耗时长及储存困难的问题,以京沈铁路客运专线望京隧道4台大盾构在同一接收井拆机转场为例,重点介绍快速拆机的准备工作及流程,并将竖井拆机与盾构储存场地再组装结合。结果表明:1)大直径盾构利用率低,存储时间长,将盾构关键部位简易再组装起来,有利于节约存储场地及维护保养成本;2)多台大直径盾构闹市区小场地、同一竖井陆续拆机存储时,在存储场地将盾构再组装起来,可实现盾构快速拆机转场。

京沈高铁望京隧道软弱富水地层超深竖井多台大直径泥水盾构快速接收技术

为了解决4台大直径泥水盾构在以黏土、粉土和粉细砂层等软弱细颗粒为主的富水地层且要在同一个超深竖井中实现“低风险”快速接收的难题,以京沈高铁望京隧道工程为依托,采用U形素地下连续墙+超深三轴搅拌桩+RJP超高压旋喷加固地层,并辅以降水井等多种地层加固措施,提高接收井端头加固区的整体稳定性和止水效果,为盾构快速接收创造条件。采用陀螺仪定向+投点孔进行贯通测量,确保盾构接收精度,为接收基座的快速精确定位安装提供依据。采用水钻+绳锯切割方式破除洞门混凝土,极大地提高了洞门破除速度。洞门钢环安装双道钢丝刷作为接收洞门密封,防止盾构出洞时发生涌水涌砂现象,确保盾构接收安全,减少最后1环管片的安装和拆除,快速封堵洞门,进一步加快盾构接收速度。通过采取以上关键技术,并对4台盾构的接收和拆机顺序进行科学的组织协调,保证了望京隧道4台大直径盾构安全快速的接收。

大直径泥水盾构施工引起的地表沉降规律研究

对大直径泥水平衡盾构在砂卵石地层、软土地层中施工引起的地表沉降进行分析研究。通过对隧道横向沉降影响区、纵向沉降、不同时段沉降等的分析研究,得出大直径泥水盾构在砂卵石地层、软土地层中施工引起的地表沉降规律。卵石层中、软土层中,大直径泥水盾构施工引起的地表沉降在横断面方向基本上均呈正态分布,但砂卵石地层中的主沉降区范围较软土地层中的要小,且沉降值较软土中的也小;在盾构通过、盾尾通过两阶段地表沉降量比较大,软土地层中工后沉降较明显。

大直径泥水盾构浅覆土穿越机场的风险演化分析

以上海市仙霞西路隧道地下穿越虹桥机场绕滑道工程为背景,对其规划设计、施工和运营3个阶段的风险因素及其相互关联性和演化关系进行了分析,并提出了风险演化的概念,在一定程度上实现了机场飞行区穿越工程的全过程风险识别.结果表明,盾构隧道3个阶段之间的风险演化为其风险识别与分析的重要组成部分,在工程设计阶段应对整个工程各阶段的风险因素及其相互演化关系进行分析,并制定应对措施.

上软下硬地层大直径盾构施工Peck沉降公式修正

为合理预测大直径泥水盾构隧道施工引起的地表沉降,本文对现场实测数据进行回归分析,深入探讨了Peck公式在预测大直径泥水盾构施工引起的地表沉降方面的适应性,并在此基础上引入地表最大沉降修正系数α与沉降槽宽度修正系数β,对Peck公式进行了必要的调整与修正。结果表明:线性回归后大直径泥水盾构在上软下硬复合地层中掘进沉降实测值与Peck公式沉降预测值之间有较大差异;α取值分布在0.1~0.5范围内,β取值分布在0.5~1.0范围内时可以较好反映大直径泥水盾构在上软下硬地层中施工引起的地表沉降变形;对比分析小直径和大直径盾构隧道沉降槽修正系数可知,沉降槽修正系数的变化范围随开挖横截面面积的增大、开挖面土层性质差异的增大而增加。研究成果可扩大Peck公式的应用范围,为大直径盾构隧道设计和施工提供参考。

城市大直径泥水盾构施工辅助设备配备

根据北京铁路地下直径线大直径泥水盾构要求,结合以往施工经验,介绍北京铁路直径线盾构施工辅助设备(泥浆循环系统、泥水处理系统、运输系统、砂浆拌制系统、通风系统及冷却循环系统)选型的依据,分析影响选型的因素,介绍选型过程(包括参数选择)及设备配置结果。

大直径泥水盾构典型施工故障处治关键技术研究

基于国内某大直径水下隧道工程特点,针对大直径泥水盾构在穿越含水砂砾和强风化砾岩等地层过程中出现的地表坍塌、盾构结泥饼、盾构刀盘被困等故障,在分析原因的基础上,提出针对性的处治技术和施工建议。

复合地层大直径泥水盾构滚齿刀常压更换技术研究

泥水盾构在掘进过程中,由于受到环境条件有限、地质条件差、水土压力高、地层复杂多变等多种因素的影响,如何安全高效地更换滚刀和齿刀一直是盾构施工所面临的工程难题。本文提出一种高水土压力条件下滚刀、齿刀常压更换技术,介绍该技术的工作原理和作业要点,并以武汉地铁8号线越江隧道工程为例,针对越江隧道江中段的上软下岩复合地层以及工程所面临的特有工程难点,详细阐述滚刀、齿刀常压更换技术的具体操作步骤及其技术优势。通过采用该技术,有效提高了换刀效率,降低了安全风险,确保了施工的顺利进行。

大直径泥水盾构隧道穿越复杂环境地层变形敏感性研究

盾构隧道掘进过程中将不可避免地穿越建筑结构密集区域,尤其是当穿越的建筑结构建造时间较长、基础较为薄弱,且地层变形超过特定极限时,建筑基础容易发生不均匀沉降和上部结构的额外变形。为了明确大直径泥水盾构隧道穿越复杂环境地层变形影响因素,更好掌握地层变形规律,本文以武汉地铁8号线黄浦路站—徐家棚站越江隧道工程为依托,运用大型通用有限元软件Plaxis3D建立三维有限元模型进行施工过程模拟,分别研究了覆土厚度、开挖面支护压力、盾壳段土体损失、盾尾注浆压力对地表沉降规律的敏感程度;并将数值模拟结果与现场实测值进行对比分析,结果发现有限元计算结果与实测结果具有较好的一致性,从而验证了数值模型的有效性。本文研究将为后续大直径泥水平衡盾构参数的选取提供方法指导。