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。

基于克里金插值法的常压刀盘刀梁区域泥饼发育程度算法及应用研究

为解决刀盘结泥饼影响盾构施工进度的问题,以某泥水盾构刀盘为研究对象,展开对刀盘刀梁部位泥饼发育程度的研究,提出一种基于克里金插值法的常压刀盘刀梁区域泥饼发育程度算法,并进行应用案例研究。利用全刀盘布置温度传感器获取刀盘温度数据,选取线性插值扩展刀梁区域温度数据,运用克里金插值法进行全刀盘区域的温度仿真计算,结合空间和时间2个维度分析刀盘在正常掘进、外侧结泥饼及内侧结泥饼3种工况下的判断条件,提出分离相邻测温点正/负差值,以刀盘整体正/负差值之和呈现同方向变化作为泥饼发育初始环评判指标;结合所建温度场,引入从泥饼发育初始环到当前环的温度变化率总和作为泥饼发育程度评判指标。针对某大直径常压刀盘泥水盾构案例进行分析判定,对比采用反距离权重插值法、克里金插值法和扩展样本克里金插值法构建的3种温度场用于泥饼发育程度计算,结果表明扩展样本后的克里金插值法的适用性最强,并与工程实际情况进行对比,准确率达70.87%。

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。

废弃岩渣壁后注浆体固结时变性及对地层沉降影响研究——以南京和燕路过江通道盾构隧道工程为例

为研究废弃岩渣替换商品砂配制的壁后注浆体(岩渣-硬性浆)固结后性质的时变规律及其对地层沉降的影响,采用自制的固结装置进行固结试验,测定浆体弹性模量等性质的时变规律,并采用FLAC3D数值模拟,研究岩渣-硬性浆对地层沉降的影响规律。结果表明:1)岩渣-硬性浆固结完成后,浆体性质发展迅速,起始弹性模量为1~1.4 MPa,3 d后已达到120~160 MPa,相较于刚固结完成时其内摩擦角增长21.8%,黏聚力增长4~5倍;2)相比于普通硬性浆,使用岩渣-硬性浆进行壁后注浆能够有效降低地层沉降,最终沉降值降幅为20%左右,但浆体的固结性质差异基本不会改变地层沉降横向影响范围;3)对比沉降模拟结果与现场实测数据发现,采用固结试验所得的岩渣-硬性浆时变性参数进行地层沉降模拟,可较为准确地反映岩渣-硬性浆填充引起的地层沉降规律,进一步验证了岩渣-硬性浆对地层沉降的控制效果。

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。

大直径盾构小半径曲线掘进施工工艺技术研究

以广州琶洲支线项目盾构500m小半径曲线施工为例,对大直径泥水盾构小半径曲线隧道施工中的大盾构针对性改造、掘进轴线控制、管片姿态控制、地表沉降控制等技术难题进行研究,通过同步双液注浆、保持合适的掘进姿态,并使用深层位移监测手段对盾构掘进影响进行研究,归纳整理出相应的解决措施,保证了盾构施工质量。

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。

大直径泥水盾构常压刀盘滚刀刀筒适应性分析

为解决大直径盾构常压刀盘后置式滚刀刀筒在实际应用中存在刀具振动、非正常损坏频率高的问题,研究设计了一种新型的前置式滚刀刀筒。为检验前置式滚刀刀筒的可靠性,研究将前置与后置刀筒性能进行对比,将理论分析和实践应用相结合对刀筒结构的适应性进行分析。结果表明,新型刀筒结构设计较为合理。

软土层大直径盾构施工地表沉降控制措施研究

针对软土地层大直径泥水盾构施工中的地表沉降控制问题,以杭州市某过江隧道两台大直径泥水盾构在淤泥质粉质粘土地层的施工为背景,通过理论分析计算和现场实践验证,对影响地表沉降的开挖仓压力设定、同步注浆配合比、盾构姿态控制和盾体同步填充进行研究,总结出软土地层大直径泥水盾构施工中开挖仓压力设为静止土压力与主动土压力的平均值降低0.2bar,同步注浆浆液的最优配合比设计,中盾注浆参数的设定和监控量测的及时反馈等地表沉降的技术措施和控制要点,研究成果可为软土地层泥水盾构隧道施工中地表沉降预防控制提供有益的参考与借鉴。

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。

超大直径泥水盾构复杂红层渣浆的高效处理利用技术升级研究

以广州市海珠湾隧道工程为例,针对超大直径泥水盾构工程中的复杂红层泥质粉砂岩渣浆处理和利用问题展开了技术升级研究,并针对工程中存在的处理工艺重复、分离与利用工艺割裂、智能化程度低等问题,提出了优化升级策略。针对处理工艺重复的问题,提出了渣浆集中一体化调理策略。通过整合现有工艺中功能相同或相近的设备或模块,构建了高效集成的渣浆处理工艺与设备系统。针对分离与利用工艺割裂的问题,提出了采用地聚物基絮凝-固化剂耦合调理策略。复杂红层渣浆中的砂质成分和泥质成分在地聚物基絮凝-固化作用下,可分别形成性能良好的壁后注浆砂浆和流态填料。针对智能化程度低的问题,提出了基于点云、图像、近红外光谱的融合算法,从而提高渣浆处理工艺的智能化程度。该研究服务于超大直径泥水盾构渣浆的处理与利用,可为相关工程提供参考。

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。

基于Bi-LSTM-ARIMA的超大直径泥水平衡盾构油脂消耗量预测模型

为了对盾构盾尾油脂消耗控制提供指导,以盾尾密封油脂消耗量预测精度为目标,采用双向LSTM与ARIMA模型相结合的方法,构建Bi-LSTM-ARIMA盾尾密封油脂消耗时间序列预测模型,在综合考虑盾构掘进参数与相关工程地质及水文地质参数的基础上,建立盾尾密封油脂消耗BP神经网络预测模型。以济南黄河隧道为依托,基于区间隧道既有盾尾油脂消耗数据对盾构东线区间盾尾密封油脂消耗量进行训练和预测。研究结果表明:Bi-LSTM-ARIMA模型对盾尾密封油脂消耗预测的均方根误差为13.47,平均相对误差仅为3.13%,相较于ARIMA时间序列模型和BP神经网络模型具有更高的预测精度,具有较好的实用性与可靠性。

繁华城区强变异地层大直径叠落盾构工程关键技术

珠海市某隧道工程是国内目前直径最大的双层叠落盾构工程。工程设计路线所处水文地质条件复杂,周边建筑与管线众多,对盾构工程施工的进度与安全性带来一定的挑战。基于工程所处地质情况及工程特点,对施工过程中的控制难点与关键技术进行讨论,具体分析了盾构机选型,复杂地层与环境中施工可能存在的风险,得出:①工程宜选用泥水平衡盾构机;②在浅覆土、小曲率半径与隧道叠落段,应重点防控管片上浮与冒浆风险,加强盾构姿态调控,并控制叠落段匝线隧道掘进对主线隧道的影响;③在穿越建筑物与管线时,需做好预备方案与现场监测。

超长距离小直径泥水平衡盾构高效运输技术研究及应用

小直径盾构在市政管线领域具有广阔的应用前景,在我国尚处于起步阶段。其中,超长距离小直径盾构的工效与国际先进水平具有明显差距,而运输是工效的关键制约因素。以某天然气主干管网超长越江隧道为例研究高效运输技术,分析研究运输的各个环节所占用的时间,通过创新技术压缩列车装卸车和行走时间,通过岔道会车和编组减少单环运输时间,并且辅以长距离运输安全管理和信息化管控技术应用成功,取得良好的工效。该技术对小直径盾构在我国的发展具有重要的推广和借鉴意义。

超大直径泥水盾构机刀盘冲刷软管破裂后处理方法研究

随着城市内建设的穿江越海隧道增多,超大直径泥水盾构机应用数量也越来越多,超大直径泥水盾构机往往配备具备常压刀具更换以及刀盘面板和滚刀刀具冲刷的功能,无论是常压刀具的检查和更换,还是刀盘面板和常压滚刀冲刷管路的设计,均连通开挖仓,使其产生一定的施工风险。盾构机设计时,往往重点关注常压刀具更换的安全和高效性,对刀盘面板和常压滚刀冲刷管路的布置和材料选择上较为忽视。本文针对南京某过江通道项目刀盘常压滚刀冲刷软管破裂,导致开挖仓泥浆泄露灌满中心锥后的处理方法进行研究。

铁路大直径盾构折旧费及检修费合理确定的探讨

铁路大直径盾构隧道中盾构折旧费与检修费占盾构隧道总投资比重大,本文通过五种工况建模分析了按掘进总长度、按主轴工作时间及按定额台班消耗量计算大直径盾构折旧费及检修费的差异及不足。结合大直径盾构机械的特殊性,提出采用双倍余额递减法计列折旧费及检修费,并通过新购盾构及利旧盾构方案检验了双倍余额递减法的合理可行性。

大直径泥水盾构泥浆高效处理技术及应用

在大直径泥水盾构施工中,泥浆处理是至关重要的一环,主要目的是实现泥水与渣土的高效分离,同时维持泥浆指标稳定并满足泥水环流系统高效运转的需求。随着盾构直径的增大、掘进效率的提升,泥浆处理难度越来越大。北京东六环改造工程项目首次采用16m级超大直径泥水盾构,为解决泥浆高效处理难题,通过理论计算与应用经验相结合,设计了高效的制调浆系统、泥水分离系统和废浆处理系统,实现了3000m^(3)/h泥浆处理工效目标。

上软下硬地层大直径泥水盾构机针对性设计与应用

泥水盾构机在上软下硬地层施工会出现诸多问题,例如刀具异常磨损、刀盘振动开裂、主驱动超载偏载、姿态失准和超挖失稳等。因此,在现有行业研究成果和施工经验的基础上,依托深圳市妈湾跨海隧道工程,根据工程地质和水文条件,进行了适应性分析和针对性设计,提出了大直径泥水盾构机应配置大规格轴承,常压换刀刀盘,配置具有伸缩功能的主驱动、可自由分组调控推进系统以及搭载准确性高的传感设备和数据算法系统,来应对上软下硬等复杂工况的方法。该方法在应用中提高了施工效率,避免了失效、失准、失稳以及超挖等次生风险,可为后续类似工程盾构机选型提供参考和借鉴。

过江隧道大直径盾构下穿引起的大堤变形分析

应用FLAC3D有限差分程序,并结合现场实测,对直径为11.68m的泥水平衡盾构下穿钱塘江大堤而导致大堤变形的规律进行计算分析,结果表明:受大直径盾构下穿施工的影响,堤顶的最大沉降为30.5mm,沉降曲线最大斜率为0.13%,基本符合变形控制值,说明选取的掘进参数合理、可行;大堤堤顶的横向沉降槽与直径为6.34m的地铁盾构类似,呈高斯正态分布,仍可用Peck公式预估沉降;大堤深层的土体横向沉降槽虽也符合高斯正态分布,但沉降量及沉降槽宽度随深度的变化不如直径为6.34m的地铁盾构明显,因此可近似用堤顶的沉降反映大堤深层土体的沉降;大堤的堤顶及深层土体的水平位移曲线近似呈倒"S"形,最大水平位移出现在地表沉降槽曲线的反弯点处,在施工中应重视大堤深层土体水平位移的监测以及大堤区域内桩基等挡土结构物受到的附加剪切作用。