Risk identification and risk mitigation during metro station construction by enlarging shield tunnel combined with cut-and-cover method

Constructing a metro station by enlarging shield tunnels combined with a mining/cut-and-cover method provides a new method to solve the contradictions of construction time limits of shield tunnels and stations. As a new-style construction method, there are several specific risks involved in the construction process. Based on the test section of Sanyuanqiao station on Beijing metro line 10, and combined with the existing methods of risk identification at present, including a review of world-wide operational experience of similar projects, the study of generic guidance on hazards associated with the type of work being undertaken, and discussions with qualified and experienced staff from the project team, etc., the specific risks during the construction process of the metro station constructed by enlarging shield tunnels combined with the cut-and-cover method are identified. The results show that the specific risks mainly come from three construction processes which include constructing upper enclosure structures, excavating the soil between shield tunnels and demolishing shield segments. Then relevant risk mitigation measures are put forward. The results can provide references for scheme improvement and a comprehensive risk assessment of the new-style construction method.

General analytical method of designing shielded coils for arbitrary axial magnetic field

Magnetic coils for specific requirements are widely used in modern quantum physics. In this study, a general analytical method of designing the shielded coils for generating an arbitrary axial magnetic field is proposed. The theoretical formula for an axial magnetic field generated by a single shielded coil is obtained and used to construct specific coils. The structural parameters of these coils are determined by fitting the theoretical formula with their specific requirements. The feasibility of this method is proved by realizing four concrete kinds of coils: uniform magnetic field generating coils, gradient magnetic field generating coils, asymmetrical uniform magnetic field generating coils, and parabolic magnetic field generating coils. The correctness of these theoretical results is demonstrated by both the finite element simulations and the relevant experimental results. Furthermore, the application of this method is of great significance for developing the quantum physics and quantum devices in future.

An Improved Method for Correction of Air Temperature Measured Using Different Radiation Shields

The variation of air temperature measurement errors using two different radiation shields （DTR502B Vaisala,Finland,and HYTFZ01,Huayun Tongda Satcom,China） was studied.Datasets were collected in the field at the Daxing weather station in Beijing from June 2011 to May 2012.Most air temperature values obtained with these two commonly used radiation shields were lower than the reference records obtained with the new Fiber Reinforced Polymers （FRP） Stevenson screen.In most cases,the air temperature errors when using the two devices were smaller on overcast and rainy days than on sunny days; and smaller when using the imported rather than the Chinese shield.The measured errors changed sharply at sunrise and sunset,and reached maxima at noon.Their diurnal variation characteristics were,naturally,related to changes in solar radiation.The relationships between the record errors,global radiation,and wind speed were nonlinear.An improved correction method was proposed based on the approach described by Nakamura and Mahrt （2005） （NM05）,in which the impact of the solar zenith angle （SZA） on the temperature error is considered and extreme errors due to changes in SZA can be corrected effectively.Measurement errors were reduced significantly after correction by either method for both shields.The error reduction rate using the improved correction method for the Chinese and imported shields were 3.3％ and 40.4％ higher than those using the NM05 method,respectively.

水下高速公路盾构隧道联络通道冻结施工模拟分析

公路盾构隧道联络通道建设面临较大的不确定性和风险,通常采用人工地层冻结法进行施工。以孟加拉吉大港卡纳普里河底盾构隧道联络通道为研究对象,分析联络通道施工过程中冻土帷幕和结构衬砌受力情况,研究采用双圈管冻结施工过程中冻土帷幕发展规律。针对施工期和运营期衬砌受力的最不利工况进行验算,分析积极冻结和维护冻结阶段温度场的变化,并研究部分不确定参数的敏感性。分析结果表明,该联络通道设计施工方案合理可行。

盾构隧道缓和曲线段管片组合轴线拟合计算方法

盾构隧道在缓和曲线部分存在管片拼装问题,因缓和曲线线型复杂,管片拼装点位多变,一直是施工过程中的一个难题。基于错缝拼装要求与楔形管片特点,提出一种在平面范围内,利用循环计算与误差控制的条件判定,综合比选标准环与楔形环组合,完成每环管片拼装施工,最终拟合出既满足规范与控制指标,又可保证线型较为均匀的管片拼装轴线的管片施工设计方法与验证方法。并根据实际工程需要,提出最大允许偏差控制方法和缓圆点附近的管片拼装优化措施,结合珠海市珠机线湾仔北站—湾仔站区间盾构隧道实例,证明了此方法的准确性与适用性,为缓和曲线上控制管片拼装质量提供理论依据。

盾构施工诱发临近桥梁安全风险评价

针对地铁盾构施工诱发临近桥梁安全风险评估结果不完善、存在失真等问题,提出一种基于变权可拓云模型的盾构施工诱发临近桥梁安全风险评价方法。首先,结合以往研究基础和实际工程经验,建立盾构施工诱发临近桥梁安全事故机理模型,进而确定孕险环境、致险因子和承险体3个1级指标,其中包括有岩土层物理性能参数、隧道工程条件、盾构施工条件、盾构施工参数、施工管理风险、桥梁现状及桥梁自身条件7个2级指标和内摩擦角、弹性模量等27个3级指标为依据建立盾构施工诱发临近桥梁安全风险评价指标体系。其次,通过改进CRITIC客观赋权法获取评价指标权重,并采用变权可拓云模型构建盾构施工诱发临近桥梁安全风险评价模型,其中引入变权理论得到使评价结果更加科学合理的变化权重。最后,对某市轨道交通1号线一期工程Ⅱ标段沿线桥梁进行实例分析。研究结果表明,4座盾构施工临近桥梁安全风险等级分别为Ⅲ、Ⅱ、Ⅱ、Ⅰ级。其中,该施工场地各项土体指标、隧道覆跨比、隧道埋深、隧道直径及桥桩与隧道的相对位置等指标风险较大,即该段隧道盾构施工时对于桥梁自身情况及其施工场地环境需要重点监测,并严格做好周围土体加固等各项技术措施。研究结果可为盾构施工诱发临近桥梁安全风险防控提供科学有效的参考依据。

盾构法隧道开挖面稳定性下的多目标优化研究

盾构法隧道开挖过程中开挖面稳定性保持非常重要,开挖面稳定性下提升工程进度、保障工程质量等目标具有重要的工程意义。目前,针对开挖面稳定性下的多目标优化控制的研究不足。选择掘进效率作为工程进度的指标,选择掘进过程引起的最大地表沉降作为工程质量指标。采用分层序列法和NSGA-II多目标优化算法,将盾构开挖面稳定作为第一层优化目标,工程进度与工程质量作为第二层优化目标,研究盾构开挖面稳定下多目标优化。在一段连续穿越堤坝、空地、敏感建筑三个场景的施工隧道中应用本研究方法,结果表明,优化后的盾构推力维持在上下限区间内,提高了施工效率和减少了地表沉降。本文方法能够根据实际工况自适应的调整和优化控制策略,提高了在实际工程中的适应性和灵活性。为类似盾构隧道工程提供了参考和指导。

地铁盾构隧道管片安全状态评价

为准确评价地铁盾构隧道管片安全性,基于对地铁盾构隧道管片结构病害的形成机制分析,从管片变形、渗漏水、裂缝、拱顶脱落、材料劣化5个方面建立评价指标体系,划分管片结构安全状态评价等级,构建未确知测度函数,通过基于熵值改进的G2法确定权重,根据置信度识别准则判断风险等级,并将模型应用于某地铁盾构隧道,对其管片结构进行安全状态评价。研究结果表明:采用未确知测度理论能够准确评价隧道管片的安全等级,结果准确,实用性强。

医用X射线防护材料的研究进展

介绍了医用X射线与生物系统的相互作用机理及物理防护原理,分析了具有医用X射线屏蔽能力的柔性复合材料的研究进展。探讨了铅、铋、钨等防X射线功能颗粒及聚合物基材的性能特征,总结了涂层法、溶胶-凝胶法、纺丝法等成型方法的优缺点。研究表明,现有X射线防护材料在提升防护效果和使用便捷性方面具有重要意义,但面临性能优化和成本控制方面的挑战。未来研究应聚焦新型功能颗粒的开发、复合材料结构设计的优化及环保高效屏蔽材料的探索等方面,以进一步提升医用X射线防护材料的性能,拓宽其应用前景。

盾构隧道下穿高铁路基变形影响规律及加固优化研究

为研究盾构隧道下穿高铁路基施工时对路基的影响规律,探究在隧道开挖过程中运用不同加固措施对既有高铁路基的影响程度。以西安市某地铁工程为依托,利用室内模型试验对比分析盾构隧道下穿高铁CFG桩复合路基过程中,无加固、超前管幕工法加固与地表袖阀管注浆加固3种隧道施工条件下,地表沉降值和沉降槽的空间分布规律;采用数值模拟分析验证超前管幕工法加固工况下盾构隧道下穿时,高铁路基、道床的位移变化规律。室内模型试验结果表明:盾构隧道施工中采用管幕工法加固后复合地基正上方的地表沉降最大值减小28.6%,采用袖阀管注浆加固后减小18.0%,并且采用两种加固措施后的CFG桩最大附加轴力均减小20%以上。因此,在隧道掘进过程中采用一定加固措施,可改善围岩稳定性,其中管幕工法加固效果更为显著。数值模拟分析表明:采取管幕工法加固施工与不采取加固措施相比,路基最大沉降量减少33.78%,道床最大沉降量减少45.08%。因此,管幕工法加固能够有效减小对既有高铁路基的影响。

未确知测度理论在盾构下穿既有隧道安全风险评价中的应用

盾构下穿既有隧道工程施工通常存在较大风险,为了对风险等级做出准确有效的评价,提出了基于未确知测度理论的盾构下穿既有隧道安全风险评价模型。首先,通过对相关规范和现有文献的研究,并结合盾构下穿隧道施工的特点,构建了盾构下穿既有隧道安全风险评价指标体系,包括盾构掘进参数、新建隧道条件、既有隧道条件、地质条件和施工管理条件5个一级指标,以及掘进速度、掘进推力、注浆压力等19个二级指标;其次,将综合安全风险划分为5个等级,并明确了各指标的等级划分标准;然后基于熵权-未确知测度理论构建盾构下穿既有隧道安全风险评价模型,采用熵权法确定指标权重,根据未确知测度理论构建各指标的单指标未确知测度函数,将各指标数据值代入单指标未确知测度函数中得到单指标测度评价矩阵,结合指标权重和单指标测度评价矩阵计算得到多指标测度评价向量,依照置信度准则确定安全风险等级;最后,将提出的模型应用于实际盾构下穿既有隧道工程中,对其进行安全风险等级评价。结果表明,模型评价结果与实际风险等级一致,并通过与模糊层析分析法对比验证了所提模型应用于工程实践的有效性,研究结果可为实际施工安全管理提供决策支持。

盾构法联络通道中提高切削效率的管片弱化研究

盾构法联络通道施工中因洞口处临时管片难以切削,施工中存在掘进周期长、盾机姿态难控制、涌水涌砂风险高等问题,但是关于此问题解决方案的研究目前还很缺乏。因此,本文以天津某地铁盾构法联络通道项目为背景,在保证结构施工及使用期间安全性的基础上,从弱化临时管片的角度出发,提出了3种弱化方式,分别为降低待切管片砼强度等级、减少玻璃纤维筋布筋量以及管片打孔,并利用有限元数值模拟对弱化的可能性及影响进行了研究。结果表明:(1)在3种弱化方式下,特殊衬砌环内力变化规律均为切削区内力减小,钢管片区内力增大,普通衬砌环的内力小幅度提高;(2)临时管片砼强度由C40降到C20后对衬砌环内力影响在15%以内,其中钢管片区内力增加量在5%以内;(3)主筋量减少70%以内对管片内力影响在2%以内;(4)管片内侧打孔使切削区弯矩降低30%左右,孔径与孔深尺寸相同变化量情况下,孔径对于内力影响大于孔深;(5)不同弱化方式弱化后的结构内力均在极限承载范围之内,3种弱化方式均可采用,从施工便利性和安全性角度来看,临时管片砼强度降低方案为最优方案。

基于移动激光扫描的地铁隧道渗漏水定位及快速检测方法

渗漏水是地铁隧道最主要的病害之一,也会导致其他结构病害,开展地铁隧道渗漏水病害检测方法研究具有重要意义。本文聚焦于地铁隧道渗漏水问题,提出了一种基于移动激光扫描点云数据的渗漏水定位及检测方法。首先,结合移动激光扫描检测方法,开展了隧道精确定位方法研究。然后,对YOLOv7模型进行了改进,引入了ConvNeXt网络和CBAM模块以使模型更好地捕获多尺度、多抽象级别的特征,增强对渗漏水关键特征的关注;使用GIoU Loss损失函数,使模型能够更好地处理不完整渗漏水框;预测时使用Soft-NMS加权平均的方法,保留更多的边界框,从而提高检测精度。结合在重庆地铁获取的激光扫描数据构建的盾构法和矿山法隧道渗漏水数据集,验证了本文方法的高效性和稳健性。消融试验表明,本文方法相较于基线模型在不同数据集上均取得了显著的性能提升,在盾构法数据集中,准确率P提升了8.1%,召回率R提升了4%;在矿山法数据集中,准确率P提升了8.6%,召回率R提升了6.8%。同时,与主流目标检测算法,如Faster RCNN(Swin)、Faster RCNN(ConvNeXt)、YOLOv8对比,本文方法在精度和速度方面都表现出优势。最后,本文展示了部分隧道渗漏水的定位与检测结果,以验证本文方法的实用性。

计及邻近线路架设方向和屏蔽影响的密集输电通道防雷性能仿真分析

在调研了输电线路防雷设计的研究现状后,针对考虑密集输电通道中线路间屏蔽作用的绕击跳闸率计算问题提出了改进的电气几何模型法并验证其可行性,主要包括了计算思路的优化和地面倾角处理方式的修正。基于所提出的计算方法,针对3条输电线路并行工况进行了计算和规律分析,发现对线路间屏蔽效果占主导作用的为相邻线路,且屏蔽作用的强弱并非随线路间距线性变化,而是存在一个快速变化的区间范围。在此基础上,提出了考虑实际中线路走向和弧垂的线路间距和对地高度计算方法,基于所提出的方法对实际工程进行了计算,证明了方法的可行性,对输电线路的防雷改造具有一定的指导作用。

盾构法联络通道施工对始发端隧道的影响分析

在盾构法联络通道施工中,隧道的结构形式、盾构机顶推力、内支撑支撑力是影响隧道受力及变形的关键因素,为了探究联络通道施工对始发端隧道衬砌结构的影响,本文依托天津地区某盾构法联络通道项目进行了盾构法联络通道施工过程的有限元分析,将施工过程分为初始、预支撑、切削、破洞以及拆撑五个阶段,总结了始发过程中各阶段的结构应力及内力、隧道变形、螺栓内力的变化规律。结果表明:(1)施工完成后结构内力相比之前有所增大但是依旧在安全范围内;(2)结构的应力及变形在拆撑阶段的变化量最大,内支撑起到了施工期间维护结构安全的作用;(3)破洞后洞口周边衬砌环的内力重分布现象较明显,主要表现在衬砌环开洞口一侧的轴力及弯矩有所增加,距离洞口越近的管片其内力变化越大;(4)破洞后环向螺栓的剪力增加到了450 kN,施工中可以增加特殊管片结构的整体性以减小螺栓内力。

Settlement characteristics of large-diameter shield excavation below existing subway in close vicinity

A case of Qinghuayuan tunnel excavation below the existing Beijing Subway Line 10 is presented.The new Qinghuayuan tunnel,part of the Beijing-Zhangjiakou High-speed Railway,was excavated by a shield machine with an outer diameter of 12.2 m.The existing subway was excavated by shallow tunnelling method.The project layout,geological conditions,reinforcement measures,operational parameters of shield machine and monitoring results of the project are introduced.During the Qinghuayuan tunnel excavation below the existing subway,total thrust,shield driving speed,cutterhead rotation speed and torque were manually controlled below the average values obtained from the previous monitoring of this project,which could effectively reduce the disturbance of the surrounding soil induced by shield excavation.The Gaussian fitting function can appropriately fit both the ground and the existing subway settlements.The trough width is influenced not only by the excavation overburden depth,but also by the forepoling reinforcement and tail void grouting measures.

反拉式顶管法施工联络通道对地铁盾构隧道力学性能影响

为探究采用反拉式顶管法施工盾构隧道联络通道过程中主隧道的力学响应机制,依托北京地铁某盾构区间,建立模拟联络通道施工过程的有限元模型,通过与现场监测数据对比验证模型的准确性。继而研究联络通道施工对主隧道管片间错台位移、特殊管片应力及变形、螺栓受力的影响,并分析反力模式对主隧道管片力学特性的影响。结果表明:1)始发管片破除对主隧道力学性能影响较大,随着联络通道进一步开挖,主隧道受力和变形缓慢增大。2)管片间最大错台位移为1.17 mm,发生在特殊管片与普通管片接缝底部。特殊管片最大拉应力为18.6 MPa,出现在开口的顶、底部;最大压应力为27.0 MPa,出现在开口的腰部;最大横向扩张位移和竖向收敛位移分别为2.13 mm和4.56 mm。主隧道管片环间螺栓最大拉应力为213 MPa。3)背推式反力模式更利于控制开口处的横、竖向位移,反拉式反力模式更利于控制开口对面管片应力变形及其接缝处错动位移。

异形板桥桩基托换力学行为及变形规律研究

随着地铁建设的迅速发展,不可避免的穿越既有城市立交桥,对其沉降及受力状态产生重大影响。依托石家庄地铁2号线下穿建和桥桩基托换工程,利用有限元软件,建立三维有限元模型,实现了桩基托换全过程模拟,通过数值计算得出了沉降变化规律,并与现场实际数据进行了对比分析。沉降结果表明,建和桥南桥托换部位沉降较大,应加强此区域位置的监控。通过分析桥面异形板及桩基应力历史,得出:桥面异形板在施工过程中应力变化主要集中在断桩施工阶段;原始桩基在托换施工全过程中,受力表现出先减小后增大的变化规律,新建桩基有效应力呈现出持续增长的现象;断桩施工将原始桩基受力有效转移至新建桩基,盾构施工对各结构应力状态影响较小。

上软下硬地层地铁盾构施工地表沉降模拟分析

为了研究上软下硬地层地铁盾构掘进引起的地表沉降规律,以某地铁工程大岭山东站—松山湖站区间盾构掘进项目为依托,通过实测和数值模拟,对比分析上软下硬地层盾构掘进及硬层比对地表沉降规律的影响。结果表明:单双线盾构掘进地表横向沉降规律分别呈V形和W形变化;盾构掘进时对前后地表变形影响的范围约为40 m,其中前方5 m至后方15 m范围内的地表沉降变化率最大;地表沉降随地质硬层比的增加逐渐减小,硬层比为16.7%~83.3%时,地表沉降变化较大,可将硬层比83.3%、16.7%作为上软下硬复合地层研究的上下限。

钻孔瞬变电磁法接收线圈定向屏蔽物理模拟研究

钻孔瞬变电磁(BTEM)扫描探测方法可以利用巷道已有超前探查钻孔,通过旋转置于钻孔内收发线圈对孔壁外围隐蔽地质异常体进行扫描探测,因收发装置位于钻孔内,不仅避免了巷道内电气设备和金属物的电磁干扰,而且可以提高钻孔利用率,减少钻探工作量。然而,钻孔瞬变电磁法受全空间效应的影响,在扫描探测过程中,以收发线圈法线方向为探测方向接收异常体二次场信号的同时,还易受到其他方向信号的叠加干扰。若无法有效压制干扰信号,将直接影响对钻孔孔壁外围地质异常体的精确定位。利用屏蔽的方法,在接收线圈上安装屏蔽罩,尽可能保留线圈法线与屏蔽罩开口一致的探测方向的响应信号,而对其他方向的信号进行压制,从而实现钻孔孔壁径向一定范围内指向性探测。首先通过物理模拟实验探讨了不同匝数、尺寸的收发线圈对瞬变电磁场响应特征的影响,对适用于钻孔内的收发线圈参数进行组合优选。然后针对所要屏蔽的电磁波,选择不同种类的屏蔽材料,开展不同材料对不同方向电磁波的屏蔽效果实验。通过对比探测方向和其他方向的感应电动势,证实以泡沫镍制作的屏蔽罩能有效地压制非探测方向的干扰信号。通过实验分别对屏蔽罩的不同形状、磁导率等物性参数进行瞬变电磁场响应特征对比分析,并探讨屏蔽罩开口角度与定向屏蔽效果的关系,优化定向屏蔽罩参数,增强屏蔽效果。最后使用参数优化后的收发线圈和定向屏蔽装置进行钻孔瞬变电磁法径向断面扫描探测现场实验,采用基于混合分布的混沌量子粒子群和Levenberg-Marquarat及Occam组合算法的反演方法进行电阻率成像。研究表明:以泡沫镍为屏蔽材料,安装在接收线圈上的弧形屏蔽罩定向屏蔽效果较好,可以有效地压制钻孔瞬变电磁法扫描探测过程中非探测方向的信号干扰,且能较大程度的保留探测方向的异常响应信号,进而可以实现对钻孔孔壁外围隐蔽地质异常体的精确定位。