基于深度学习的超大直径盾构姿态预测研究

传统的盾构姿态纠偏措施多是在盾构机实际轴线已经偏离设计轴线之后采取的被动控制措施,具有一定的滞后性,而盾构姿态纠偏不及时会给施工过程和完成后的隧道本身带来严重的危害。为了准确预测盾构姿态偏差,为提前纠偏提供决策支持,本文依托江阴—靖江长江隧道超大直径盾构施工项目,提出一种基于CNN-EMD-LSTM的深度学习模型,该模型既能捕捉时间序列的维度特征和时变特征,又能提高盾构姿态数据分解重构方法的预测精度;通过消融实验对CNN-EMD-LSTM模型中每个部分的重要性进行探讨,并对CNN-EMD-LSTM模型在不同窗口长度、不同滑动步长下的预测效果进行对比。研究结果表明:CNN-EMD-LSTM模型对超大直径盾构姿态的预测效果较好;可以通过调节不同推进区间的压力进行盾构姿态纠偏;CNN-EMD-LSTM模型中各个部分按重要性从大到小排序依次为EMD、CNN、LSTM;窗口长度过大或过小都会增大模型预测误差,而滑动步长越小模型的预测效果越好。

各类场景下超大直径盾构隧道应用

超大直径的盾构隧道是地下空间应用、隧道发展的必然趋势,如暗挖法地铁车站、公路隧道与铁路或轨道交通合建通道、轨道交通与其他综合管廊合建、轨道交通与地下物流合建等等各种单建、合建的形式会越来越多,本文主要论述通过建筑限界要求、防灾及运营设施,建筑断面布置三个方面去讨论在不同市政工程场景下超大直径盾构断面应用可行性。

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.

地面爆炸下软硬不均地层超大直径盾构隧道动力响应分析

近年来港口危化品堆场爆炸灾害频出,盾构隧道面临着潜在的地面爆炸荷载威胁。采用多物质任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合建模方法,考虑到螺栓、钢筋、混凝土管片等多种结构复杂的非线性行为,建立了地面爆炸荷载下超大直径盾构隧道精细化模型,通过对炸药当量、埋深、爆源偏心距进行参数分析,研究了地面爆炸荷载对所处上软下硬地层隧道结构的动力响应和损伤过程,并对管片接缝处的变形模式及螺栓的塑性发展进行了分析。结果表明:在地面爆炸荷载下盾构隧道损伤由顶部向两肩发展,纵向接缝形成错动,环向接缝开合交替;区别于整体结构,超大直径盾构隧道在地面爆炸荷载冲击下应着重加强隧道两肩和接缝处的防护。

水下超大直径盾构联络通道建设方案对比研究——以广州海珠湾隧道工程为例

针对在越江海高水压水下超大直径盾构隧道联络通道施工过程中缺乏足够的工程技术标准和案例经验、设计与施工面临众多挑战问题,以广州海珠湾超大直径盾构隧道区间的6条联络通道工程为例,对工程地质补勘资料及现场施工情况进行分析,揭示原矿山法设计施工方案存在的不足,并基于此提出“矿山法结合地层冻结加固方案”和“机械顶管法施工方案”2种优化方案;随后在安全性、经济性、施工工期等方面对不同工法进行综合优选分析,同时引入碳排放指标进行绿色低碳评估。研究结果表明:1)机械顶管法在安全性和施工效率上优于其他方案,能够显著缩短施工周期;2)相比矿山法结合地层冻结加固方案,机械顶管法方案碳排放量减少了2 747.51 t CO_(2e)。

基于循环神经网络的超大直径盾构掘进地表沉降预测方法研究

为了研究超大直径盾构掘进过程地面沉降规律,以武汉市和平大道南延线盾构工程为研究对象,首先收集了超大直径盾构下穿过程掘进参数和地层地质参数,并使用盾构掘进过程深跨比描述超大直径盾构影响特征;其次,通过收集现场沉降测点数据分析盾构隧道施工阶段地表沉降的影响范围,计算了90%、95%、99%三种置信区间下地表沉降影响范围;最后,选取不同范围内的多元时序数据作为输入参数,分别建立了基于贝叶斯优化算法(BO)的长短期记忆(LSTM)、BP神经网络和随机森林(RF)大直径盾构地面沉降预测模型.模型运行过程中,通过贝叶斯优化算法分别寻找三种不同模型下的最优超参数,并通过四种评价指标对比模型精度.结果如下:①在90%置信水平下三种算法均表现出最高精度,通过区间计算筛选有效输入参数能有效提高模型预测精度;②LSTM对隧道沉降的预测结果优于传统机器学习算法模型,MAPE最低达到8.91%,R^(2)达到90%.

超大直径泥水盾构水中接收关键技术研究——以汕头海湾隧道为例

为解决超大直径泥水盾构在临海富水淤泥、砂层接收洞门的涌水、涌砂、涌泥地层存在的技术难题,以汕头海湾隧道工程超大直径泥水盾构在富水地层采用的接收关键技术为例,分析超大直径与小直径盾构水中接收的区别。基于超大直径盾构接收流程,阐述了超大直径泥水盾构在接收工作中端头加固、接收井封堵墙施工、接收基座施工、单层玻璃纤维筋洞门破除、贯通测量、接收掘进与注浆、洞门封堵等方面的解决方法,从盾构姿态控制、掘进参数控制、注浆控制、管片复紧、洞门临时封堵几个方面对超大直径盾构接收关键技术进行分析;通过采用设置砂浆接收基座为盾构接收提供足够的反力,保证盾构机出洞安全;借助同步注浆和二次注浆封闭补强质量,加强管片复紧,确保盾构隧道结构强度稳定;在最后5环使用多孔特殊环管片,提高注浆效果。然后,通过排水清砂并从上及下逐次施作钢筋骨架加喷射混凝土封堵洞门、降低无封堵洞门暴露时间、确保洞门施工安全等措施,保障水中接收的安全性。

超大直径泥水平衡盾构推拼同步技术工程实践

为有效解决传统推进与拼装步进式施工工艺应用于长距离盾构区间造成的施工周期过长问题,提出一种基于推力矢量主动控制技术的盾构推拼同步工法,给出在已有缺失推力自补偿计算方法基础上的优化方案,将该技术搭载于14 m级超大直径泥水平衡盾构,并成功应用于上海市域铁路机场联络线工程。对第1022环的推拼同步系统响应数据进行分析,得出以下结论:1)推进油缸压力执行精度为±5%,存在短时响应延迟的现象;2)总推力在油缸回缩和顶回瞬间分别出现骤降后快速回升和骤升后快速回落的情况,整体控制在设定目标值的±3%;3)盾构推进速度受总推力影响显著,与总推力协同变化;4)盾构受外周土体包裹,总推力矢量的微小变动对盾构姿态不产生明显影响。对单月推拼同步施工351环数据进行分析后发现,采用盾构推拼同步技术相较于传统作业方式施工工效可提升约27%。

浅埋极软地层超大直径盾构隧道施工期上浮控制措施及实测数据分析

管片上浮控制是极软地层超大直径盾构隧道施工控制的关键难题。为了研究极软地层超大直径盾构隧道施工期管片上浮特征及其影响因素,本文依托珠海隧道工程,制定4种抗浮措施,比较分析了不同措施的抗浮效果,优选了抗浮措施。本文基于实测数据,研究管片上浮过程变化特征,揭示了施工期管片上浮变化规律;利用散点图进一步分析了管片错台量、掘进总推力、隧道埋深等因素与管片上浮量的相关性。

铁路工程超大直径盾构机分体始发施工工艺及单价分析研究

盾构机分体始发方案在铁路工程建设中愈发常见。为弥补目前铁路工程造价标准中有关超大直径盾构机分体始发计价依据的空白,本文依托实际铁路工程,通过收集现场施工数据,建立工程模型,提出了确定主要吊装设备选型的方法,构建了超大直径盾构机分体始发施工组织模型,编制了14.5m超大直径盾构机分体始发单价分析,为其类似铁路建设项目合理确定相关费用提供参考。

超大直径盾构下穿施工引起既有地铁隧道变形分析及控制要点

[目的]随着城市地下空间利用率不断提高,新建隧道穿越施工对既有隧道的扰动不可避免。上海市北横通道超大直径盾构近距离下穿上海轨道交通11号线工程项目情况较为复杂,需针对性分析对既有隧道变形的影响。[方法]基于上海轨道交通11号线上下行线隧道的实时监测数据,分析了北横通道超大直径盾构下穿隧道影响区域时,11号线上下行线隧道垂直位移情况;提出了下穿施工期间控制既有地铁隧道变形的技术要点。[结果及结论]盾构下穿施工对既有地铁隧道垂直位移影响主要发生在正投影区域,且垂直位移曲线呈现“火山口状”;在正常下穿施工阶段上方既有地铁隧道表现为上抬,而在管片拼装阶段则表现为下沉。应基于“少扰动、小扰动”的原则采取控制既有地铁隧道变形的技术措施。

水下隧道复合地层超大直径泥水盾构刀盘刀具设计及应用实例

刀盘作为盾构关键系统之一,其对复合地层施工的超大直径盾构安全和效率影响很大。针对复合地层刀盘设计的问题,首先,对比常压刀盘和常规刀盘结构差异与适用的条件,总结刀盘刀具设计的一般性流程;其次,以某水下隧道盾构刀盘设计为例,进行刀盘选型与刀具布置、结构校核计算,并提出优化提升措施;最后,完成基岩突起地层盾构刀盘刀具配置并在工程中应用。研究与应用结果表明:(1)基岩段无辅助工法直接掘进通过时刀盘工作状态较好,说明实验与仿真结合的刀盘设计流程比较合理,刀盘选型及刀盘刀具设计方案可行;(2)刀盘结构在保证强度、刚度、振动性能指标的基础上,结合不良地质因素需重视磨损、泥饼等潜在问题,在刀盘设计阶段提出解决措施很有必要;(3)常压换刀装置配置磨损监测、温度传感器等单元,必要位置可增设载荷监测装置,提高刀具状态判识水平,有助于合理施工。

穿越多种典型地层的跨海超大直径泥水盾构选型及针对性设计——以青岛胶州湾第二海底隧道为例

为缓解海底隧道盾构段施工中存在的关键问题,以青岛胶州湾第二海底隧道TJ-06标段为实际工程背景,针对“深蓝号”超大直径泥水平衡式盾构长距离、高水压穿越上软下硬土岩复合地层、全断面凝灰岩、断层破碎带、全断面花岗岩时的刀盘刀具磨损、刀具破岩能力不足、泥水舱滞排、刀盘泥饼堵塞和盾尾密封失效与主驱动密封失效等关键问题与难点进行针对性设计与研究,采取减小刀间距、优化刀具布置与形式、采用大直径短螺旋后接颚式破碎机排渣模式、加强并优化刀盘与泥水舱的冲刷等设计方案,实现了降低能耗、减少刀具损坏、缓解泥水舱滞排、提高施工效率,并极大地确保了施工安全的实施效果。

超大直径盾构近距离穿越运营中轨道交通施工技术研究

以上海北横通道盾构穿越运营中的轨道交通案例为背景,提出超大直径盾构近距离穿越运营中轨道交通施工技术,并采用轨交10号线隧道结构沉降监测数据验证穿越施工技术的可行性。轨道交通隧道结构竖向位移原位监测数据表明,超大直径盾构近距离穿越运营中轨道交通的施工技术满足被穿越既有地铁隧道的变形控制要求,该穿越施工技术可为沿海软土地区相似工况条件下盾构近距离穿越运营中轨道交通线路提供施工借鉴。

超大直径盾构长距离海底对接关键技术研究

文章基于甬舟铁路金塘海底隧道工程,分析研究金塘海底隧道中2台超长距离盾构机精准对接测量方式,评估其测量水平及高程误差估算,并结合工程段地质条件,研究对接点位置的选择策略、对接加固方式(掌子面、管片和盾体的加固)以及整个施工工艺流程,以确保对接点施工安全。研究结果表明,通过理论计算,2台盾构机海底对接精度满足规范要求,且使用超前钻孔进行洞内联测,可有效控制贯通时的对接测量误差,并可进一步提高对接精度,确保盾构顺利对接。此外,针对对接段位置选择、掌子面地层分析与评价和对接工艺等的研究工作,可有效确保对接安全。

超大直径盾构隧道机械法施工联络通道可行性分析

目前联络通道的施工通常采用矿山法(超前预支护法暗挖作业),通过对软土进行注浆、对砂土进行冷冻等方法对周边土体进行加固。然而面对城市密集建筑群,地面空间受限,注浆加固无法进行,超深覆土条件下冷冻法加固则严重影响工期。依托广州海珠湾隧道工程盾构段,从施工工况、设备选型、施工工艺、施工重难点及安全质量控制等方面对超大直径盾构隧道机械法施工联络通道的可行性展开分析,得出了科学合理的机械法联络通道实施方案。

超大直径泥水平衡盾构管片施工质量控制

以南京建宁西路长江隧道超大直径泥水平衡盾构施工为例,从管片钢筋加工及安装、管片混凝土质量控制、管片养护、管片模具精度控制、管片预制质量控制指标对盾构管片在生产质量控制要点进行分析,同时从管片运输及吊装、管片安装控制要点、壁后注浆控制对拼装过程中质量控制的要点进行总结。

中心城区复杂地层条件超大直径泥水盾构下穿运营地铁隧道关键施工技术

以上海北横通道下穿上海地铁10号线为例,介绍超大直径泥水平衡盾构机穿越运营地铁的施工技术措施,着重对穿越过程中所采取的一些关键技术进行分析,认为盾构推进时采取适当降低切口压力、填充适量的克泥效、增大同步注浆填充量、穿越后微扰动注浆等措施,对在建隧道本身及穿越段运营地铁运行稳定、安全有较好的效果。

超大直径泥水盾构穿越上软下硬地层掘进技术研究

和燕路过江隧道八卦洲站至和燕路站A3标项目穿越上软下硬地层,地质情况复杂,施工难度大。以该项目为例,从施工重难点、盾构机掘进技术、盾构机姿态控制、盾构机换刀控制对上软下硬地层盾构掘进施工关键技术进行了阐述。通过实践表明,在上软下硬地层掘进中,盾构机选择合理的推进参数,能有效降低刀具损坏的速度,还能降低地表坍塌和击穿的风险,并在很大程度上提升了掘进施工效率。

超大直径盾构管片生产质量控制要点分析

随着我国城市经济的快速发展,城市人口日渐密集,人口数量的增长导致出行需求增大,使城市经济发展与城市交通出行的矛盾日渐突显。由于受到城市建筑空间的制约,开发地下多元化空间已成为重要发展方向。超大直径盾构凭借着施工安全快速、自动化程度高、对地面及周围环境影响小及经济效益高等优势已成为地下空间发展的“利器”。盾构管片是隧道内外界分割的重要屏障,是盾构法隧道的永久衬砌结构,管片质量直接关系到隧道的成型质量和后期运营安全,并影响着隧道的防水和耐久性能。以某应用超大直径盾构顺利施工完毕的铁路隧道为例,对超大直径盾构管片生产质量控制要点进行分析,以期为类似工程提供参考。