新建隧道近接上穿对既有盾构隧道纵向变形的影响

新建隧道近接上穿将诱发下卧盾构隧道隆起变形,预测既有盾构隧道位移发展对近接上穿施工控制和既有盾构隧道保护具有重要意义。基于两阶段法,提出新建隧道近接上穿引发既有盾构隧道纵向位移解析解;通过可考虑环间接头弱化的非连续盾构隧道模型模拟既有盾构隧道,采用Riftin地基考虑盾构隧道-土层相互作用,同时通过Mindlin经典解得到新建隧道开挖卸载应力,并作用于既有盾构隧道之上,建立新建隧道上穿作用下既有盾构隧道纵向变形解答;通过将杭州圆形顶管隧道上穿既有地铁1号线、上海地铁8号线隧道上穿既有地铁2号线两个工程案例实测值与本文方法和常用Euler-Bernoulli(EB)等效连续梁模型计算结果进行对比,验证本文方法的合理性。研究结果表明:本文方法和EB连续梁模型预测的隧道纵向位移均接近实测值;本文方法预测的隧道弯矩和接头张开量均大于EB连续梁模型;但EB等效连续梁模型预测的纵向位移曲线整体呈现为光滑连续,而本文方法预测的位移曲线是由一系列短直线连接而成,在接头处存在“尖点”。

我国城市地下空间盾构法隧道工程技术新进展

基于盾构施工特点,对盾构法施工技术的发展过程和创新进展进行调查研究,总结盾构法施工技术在地铁、市政公路、城市铁路、城市水工隧洞、城市综合管廊等工程中的最新应用,阐述城市盾构法隧道在地质条件多样化、越江跨海常态化、结构断面多元化、地面条件复杂化、隧道结构耐久性等方面面临的技术挑战。介绍超大直径盾构装备、大直径泥水盾构常压换刀、多模盾构、类矩形盾构隧道建造、联络通道机械法施工、软硬极端悬殊地层掘进、富水砂卵石地层土压平衡盾构、地下高地震烈度盾构隧道减隔震抗震和超长距离综合施工等技术创新成果;总结不良地质识别、设备状态实时感知、同步推拼连续掘进、盾构自动驾驶技术、盾构智能化管控平台等盾构智能掘进技术进展;指出城市地下空间建设盾构法隧道工程的发展趋势,地铁隧道、城市道路、综合管廊、城市给排水等设施需要不断更新,并网络化,盾构法隧道技术需要不断发展,盾构法隧道智能化施工需日趋精益。未来盾构装备将朝着“多模式、无刀化、外星化”等多元化,多源信息感知、管片智能拼装、地质探测预报、自主感知掘进决策等智能化以及特大直径、超长距离、超大埋深、超高水压等方向发展。

数字孪生隧道工程智能监测实训教学平台的构建与应用——以云南交通职业技术学院为例

随着数字孪生技术在多领域的应用,其在隧道工程智能监测领域的潜力亦日益显现。本文以云南交通职业技术学院云岭隧道为案例,全面研究了数字孪生隧道工程智能监测实训教学平台的构建与应用,文中详细介绍了数字孪生技术在隧道监测中的具体应用,论述了数字孪生隧道监测系统的架构,案例研究证实了数字孪生技术应用于隧道监测的实际效果。

致谢《隧道建设(中英文)》2023年审稿专家

2023年,在政府相关主管部门、主管主办单位、理事单位以及编委、理事、审稿专家、作者、读者和行业同仁的大力支持、关心和帮助下,《隧道建设(中英文)》各项工作顺利开展,喜获新的成绩和荣誉。1)截至2023年底,本刊官网www.suidaojs.com注册作者30093人、读者29500人,正式审稿专家1930人,微信公众平台关注人数27216人。2)出版12期正刊(209篇文章、2146页)和2期增刊,包括《高地应力隧道建造》《隧道及地下工程智能建造(Ⅰ、Ⅱ)》《隧道及地下工程绿色低碳建造》《隧道破岩新理念、新技术》《隧道与地下工程勘察新技术及应用》6期专题、共54篇专题文章。

机器学习方法在盾构隧道工程中的应用研究现状与展望

随着盾构隧道工程信息化水平的提升,隧道掘进设备作业过程监测技术日益完善,记录的工程数据蕴含了掘进设备内部信息及其与外部地层的相互作用关系。机器学习因其数据分析能力强,无需先验的理论公式和专家知识,相较于传统的建模统计分析方法具有更大的应用空间。通过机器学习方法对收集的信息与数据进行深度挖掘并分析其内在联系,有助于提升盾构隧道工程建设的效率和安全保障水平。简述机器学习方法的基本原理,总结和分析机器学习方法在盾构工程中的应用研究状况,综述基于机器学习的盾构设备状态分析、盾构设备性能预测、围岩参数反演、地表变形预测和隧道病害诊断等5个方面的进展,并分析当前研究的不足。最后,分析盾构隧道工程向智能化方向发展需重点攻克的难题。

截至2023年底中国铁路隧道情况统计及2023年新开通重点项目隧道情况介绍

对截至2023年底中国铁路隧道、高速铁路隧道、特长铁路隧道情况进行统计。结果显示,截至2023年底,中国铁路营业里程达到15.9万km,其中,投入运营的铁路隧道18 573座,总长23 508 km;中国已投入运营的高速铁路总长超过4.5万km,共建成高速铁路隧道4 561座,总长7 735 km,其中,长度大于10 km的特长隧道115座,长约1 471 km;中国投入运营的特长铁路隧道共286座,长约3 869 km,其中,长度20 km以上特长铁路隧道13座,长约312 km。最后,对2023年新开通的重点项目贵南铁路隧道、成兰铁路成都至川主寺段隧道的概况及特点进行介绍,并总结其技术经验;同时对广汕铁路隧道、金甬铁路隧道、南崇铁路留村大直径盾构隧道、和邢铁路隧道的技术应用进行总结。贵南铁路通过空间选线、创新岩溶处理手段,以及加强运营期间的排水措施,有效降低了岩溶发育地区高速铁路运营的安全风险;成兰铁路设计充分贯彻“减灾选线”的理念,大规模减小了运营期间的安全风险,另外创新了隧道通过活动断裂带的处理技术。随着铁路建设向西部地区转移,隧道建设将面临埋深更大、地应力更高、地质构造更加复杂、高海拔地区缺氧等系列建设问题,仍需要各位同仁共同攻坚克难,不断创新隧道修建技术。

科技创新攻克隧道富水顽疾

随着我国交通基础设施建设事业的快速发展,我国已经成为世界上公路隧道数量最多,建设发展最快的国家。公路隧道总规模已达26784.3 km,其中山岭隧道占比达97.4%,山区地下水储量约占82%。由于隧道结构处于地层、围岩的覆盖之中,隐蔽性强。

济南市黄岗路穿黄隧道总体设计与关键技术

济南市黄岗路隧道是目前内地在建直径最大的盾构隧道,穿越地上悬河黄河。结合悬河保护要求高、盾构掘进距离长、承受水压大、开挖断面大、工作井深度深、建构筑物及环境保护要求高等特点,从隧道功能定位、城市客运专用隧道技术标准选取、隧道平纵断面设计、横断面布置及两岸接线考虑等方面,对隧道总体设计方案进行综合分析,介绍关键技术问题设计方案的解决方案,对提高我国城市客运专用隧道、大型水下盾构隧道及穿越黄河隧道建设水平具有重要参考意义。

天山胜利隧道出口端“胜利号”TBM掘进至中点

12月5日,天山胜利隧道建设取得重大进展,出口端服务隧道“胜利号”TBM硬岩掘进机顺利掘进至中点11028米,为乌尉高速建设目标实现奠定坚实基础。天山胜利隧道作为新疆乌尉高速公路的“咽喉”工程,全长约22.13公里,是世界在建最长高速公路隧道。

风控预警 提升连拱隧道施工安全

隧道工程作为现代城市建设和交通运输领域的重要基础设施,扮演着连接城市和促进经济发展的关键角色。复合异型直薄中墙连拱隧道作为一种创新的隧道结构形式,因其结构的独特性,在施工过程中面临着一系列安全风险,给工程施工和运营带来了巨大的挑战,因此施工安全风险管控预警成为该领域研究的关键。

考虑隧道掘进过程的新建隧道下穿既有隧道力学响应研究

为有效评估新建隧道下穿施工对既有隧道的影响,确保既有隧道运营安全,将既有隧道简化为放置在Pasternak地基模型上的Euler-Bernoulli梁,基于两阶段分析法提出新建隧道下穿施工引起既有隧道力学响应的计算方法。通过与现场监测和既有方法的结果进行对比,验证了本文方法的准确性。研究结果表明:当新建隧道开挖面位于既有隧道中点时,既有隧道差异沉降达到最大值,转角曲线关于既有隧道中心线对称;在新建隧道掘进过程中,既有隧道的最大正弯矩和最大负弯矩分别出现在既有隧道长度的2/5和3/5位置附近,最大负剪力出现在既有隧道中点处;当新建隧道开挖面到达既有隧道长度的1/4和3/4位置时既有隧道产生最大正剪力;随着隧道轴线夹角和相对弯曲刚度增大,既有隧道的内力显著增大;增大隧道竖向净距有利于控制既有隧道的力学响应。本文方法考虑了新建隧道掘进过程和新建隧道与既有隧道的不同相对位置,可为类似穿越工程风险防控提供理论依据。

西(宁)成(都)铁路高地应力节理发育软岩地层隧道支护体系研究

为保证西成铁路高地应力节理发育软岩大变形隧道安全修建,采用现场勘察、室内试验、地应力测试、工程类比、数值模拟等方法展开研究,结果表明,西成铁路与毗邻兰渝线地质条件类似,均以二叠系、三叠系板岩与砂岩为主,层理清晰、节理裂隙发育,地应力以水平主应力为主导,水平主应力在10~30 MPa之间,竖直主应力在4~13 MPa之间,有较强水平构造应力作用,兰渝线控制围岩变形主要采用增加预留变形量、自进式长锚杆、钢花管加固、增加初支及衬砌刚度、钢纤维喷射混凝土等技术措施。在此基础上针对西成铁路节理发育软岩大变形主要发生在垂直节理倾角方向上的特点,提出首先增大矢跨比,然后增大钢拱架刚度,对于Ⅲ级大变形在垂直节理方向设置预应力锚索的非对称大变形隧道支护体系,该支护体系相比传统支护体系能够减小13.8%~21.2%软岩变形,对于控制节理发育软岩变形效果良好。

侧部注浆对已建盾构隧道受荷变形影响试验研究

采用侧部注浆法整治盾构隧道横椭圆变形超限过程中,盾构隧道周围附加土压力及隧道变形特性暂不明晰。通过几何相似比为1∶10的缩尺寸模型试验开展了侧部注浆对已建盾构隧道的影响试验研究,试验结果分析表明:在注浆挤压作用下,将导致隧道周围的土压力在注浆点处局部增大,两边有一定程度的减小,产生了明显的水平被动土拱现象;在注浆附加荷载影响下,模型盾构隧道在注浆点附近发生了竖椭圆变形,而在离注浆点较远处则发生了横椭圆变形,且隧道发生了反弯现象;注浆过程中发生了“渗透→挤密→劈裂”扩散模式与“挤密→劈裂→渗透”扩散模式,并阐明了两种浆液扩散模式的扩散机制;隧道外壁附加荷载主要由浆液通过渗透扩散与劈裂扩散的浆液压力所形成,同时浆液挤压土体变形对隧道周围的浆液也将形成一定的挤压荷载。

内河中游区大型沉管隧道建造关键新技术——以襄阳鱼梁洲隧道为例

为解决内河中游区沉管隧道建造面临的河床冲刷强、强透水地层深厚、防洪要求高等问题,依托襄阳鱼梁洲沉管隧道工程,通过工程调研、理论分析、物模试验、数值模拟、现场测试等手段,对内河沉管隧道建造关键技术进行创新及应用,首次形成如下创新成果:1)提出沉管隧道冲刷安全量化评价方法,给出沉管结构横向稳定性安全系数等5项评价指标及其评价标准体系,填补了沉管隧道防冲安全量化评价方法的空白;2)研发利用管周摩擦力抵抗止水带回弹力的摩擦止推型最终接头,解决常规陆域接头需设置大型圬工结构的问题;3)研发并量产可满足0.3 MPa外水压水密性、100年设计使用寿命的沉管接头外侧止水带国产化产品,其百年应力松弛衰减率仅25.5%,预测使用寿命144年,使中国实现沉管隧道全产业链技术的国产化;4)提出整体式管节不设后浇带全断面顺浇预制工法,实现沉管结构预制工效提高52%、结构接缝减少61%、浇筑裂缝减少60%;5)在内河沉管隧道中采用先铺卵石垫层基础,并研发出全浮式高精度先铺卵石基床整平船;6)研发应用沉管无焊接装配式端封门和柔性水袋压载水系统,可实现舾装设施的便捷循环使用和施工效率的提升。

隧道轮廓激光雷达点云线特征共面约束标定方法

地铁隧道断面轮廓参数测量过程中,需要对高速激光雷达点云进行高精度系统标定。特别是大场景隧道环境,对标定模板要求高,标定过程复杂,检测精度影响大。针对此问题,本论文提出了一种新颖的适用于地铁隧道轮廓点云的标定方法,并基于双激光雷达测量系统,进行了算法研究。本方法设计了专用的手推行便携式标定系统,利用由点云数据提取的标定板线特征,建立目标函数,通过混合了遗传算法和Levenberg-Marquardt算法的非线性优化方法,寻找全局最优解从而实现对激光雷达的标定。实验结果表明:本方法对于两侧钢轨顶轨的标定误差在±1.5 mm以内;静态测量精度X误差在±1 mm内、Y误差在±4 mm内;当采集系统以5 km/h的速度进行数据采集时,动态测量精度X误差在±4 mm内、Y误差在±6 mm内。本方法能够实现激光雷达的高精度标定,算法鲁棒性强,具有易操作、环境适应性强的特点。

跨博-阿断裂隧道的抗错断性能模型试验

中国西部地区地质条件复杂,许多隧道工程在建设过程中会穿越不良地质区段,受到来自活动断层的错动威胁.为探究走滑断层作用下铰接隧道结构的应变响应规律及变形破坏机制,以天山胜利隧道工程为背景,利用光纤传感技术,通过室内缩尺模型试验,开展了走滑断层作用下分节段铰接隧道变形破坏研究.结果显示,隧道衬砌的变形主要发生在断层破碎带内部及边缘附近,隧道整体的破坏模式为拉压剪切组合破坏模式;沿隧道纵向,断层破碎带处隧道受力模式总体上为拱顶与拱底受拉,两侧既有受拉也有受压;沿截面环向,环向应变分布呈“W”形,存在两个拉应变峰值及两个压应变峰值,截面变形趋势为两侧受到水平挤压作用,迫使截面由马蹄形向椭圆形发展.研究结果揭示了走滑断层作用下铰接隧道的变形破坏形式以及衬砌变形规律,可为类似工程提供理论参考和技术支持.

公路隧道泡沫混凝土减震层减震效果评价

近年来泡沫混凝土材料因优良的抗震性能逐渐被推广应用于隧道减震层结构,本研究分析了强震作用下公路隧道泡沫混凝土减震层的减震机理。使用ABAQUS有限元软件建立精细化隧道结构模型,其中泡沫混凝土减震层采用可表征泡沫混凝土受压行为的可压缩泡沫本构模型,用于分析强震作用下隧道二次衬砌结构损伤。结果表明,隧道结构在水平向与竖向地震荷载共同作用下的损伤比水平向荷载单独作用的情况严重,泡沫混凝土减震层虽不能从根本上改变隧道结构受力状态,但可显著降低二次衬砌的内力幅值。其次对比了不同厚度泡沫混凝土减震层的减震效果得出,对于穿越高烈度地震区公路隧道,当采用厚度为0.4 m的泡沫混凝土减震层时,其在强震作用下减震效能最高。

隧道式锚碇的承载机理及夹持效应指标分析

为了衡量隧道锚夹持效应发挥作用的大小,本文通过分析隧道锚的承载特性,提出用隧道锚的夹持效应系数和峰值承载力作为夹持效应指标,并利用Mohr-Coulomb准则对二者的表达式进行了推导;对普立特大桥隧道锚进行了有限元分析,通过对其应力、塑性区等指标的分析来计算其夹持效应指标来对其适用性和准确性进行验证;对不同位移状态下的夹持效应系数进行分析,并结合位移、荷载、承载力和夹持效应系数对隧道锚的设计提出建议。研究结果表明:公式计算结果、有限元分析结果及现有研究结果间的误差小于10%,所得公式具有良好的适用性和准确性;在荷载不变的情况下,隧道锚的夹持效应系数随着承载力的减小而呈增大趋势,说明适当降低隧道锚的承载力有助于夹持效应发挥作用,隧道锚也更满足其保护环境、资源节约的特点。研究结果可为隧道锚的设计提供依据。

地下水位变化对砂土地层地铁隧道沉降影响试验研究

为考察地铁运营后列车载荷和地下水对隧道造成的影响,对某砂性土地层城市中某一地铁盾构隧道区段运营6年间的沉降变形进行实测观察;根据实测所得沉降规律,设计并开展缩尺模型试验,研究车致振动条件下因地下水位变化产生的隧道沉降规律。结果表明:随着时间推移,隧道各测点所得数据呈现一定的周期性上升与下降变化趋势,前2年隧道总体上浮,之后略有沉降,第3年后虽有波动但基本未发生进一步沉降,第6年后隧道最大沉降不超过3 mm;砂性土地层中,地下水位变化会造成重塑土层内部应力变化,且振动荷载会导致土体颗粒结构重新调整至密实,易导致隧道发生沉降,因此不能忽视地铁周围施工降水给隧道带来的不利影响;土体振密及因地下水产生的浮力共同作用,导致隧道的上浮及沉降。相比于软土地层,砂性土地层中盾构隧道的沉降速率明显更低且沉降基本稳定时间更短,2种地层下的沉降规律、影响因素完全不同,各地层下的沉降分析理论亦无法相互适用。

基于激光雷达的隧道轮廓三维点云重构与形变检测研究

为实现地铁隧道轮廓全面、高效、精准的数字化检测,提出一种基于三维点云的隧道形变检测方法。该方法通过相对定位算法将激光雷达获取的多周期隧道轮廓点云数据进行数据融合,利用地铁隧道建模算法对融合数据进行处理建立标准隧道轮廓模型,根据测量值与模型输出值对比结果完成形变检测。相对定位算法利用转速传感器与激光位移传感器获取的公里标与轨道特征数据实现对地铁隧道轮廓特征数据粗、细校准定位,以解决转速传感器定位误差较大导致的相同位置不同检测周期激光点云数据无法对齐融合的问题。地铁隧道建模算法基于径向基神经网络(RBFNN)对融合后点云数据进行多重训练并不断剔除大误差数据建立隧道普通内壁模型,结合聚类算法对被剔除数据训练建立隧道管线区域模型。研究结果表明:相对定位算法可实现多周期数据融合,相对定位误差小于10 cm;隧道建模算法利用点云数据可建立标准隧道模型实现隧道形变分析,形变分析误差小于10 mm,达到预期效果。