基于泥水平衡盾构掘进参数的PSO-BP神经网络掘进地层识别模型研究

为解决泥水平衡盾构机在掘进时无法准确地实时识别掘进地层的问题,以珠三角水资源配置工程为例,研究泥水平衡盾构机的盾构推力、掘进速度、刀盘转速、刀盘扭矩在不同地层下的变化规律,提出基于掘进参数的PSO-BP神经网络掘进地层识别方法,建立盾构推力、掘进速度、刀盘转速、刀盘扭矩4种掘进参数为输入集,地层编码为输出集的地层识别模型。工程数据的验证结果表明,该模型在珠三角水资源配置工程数据集上的掘进地层的识别准确率达99.07%,PSO-BP神经网络算法的识别准确率明显高于BP、RF、RBF、CNN等机械学习算法。

泥水平衡盾构泥浆处理计量与计价研究

随着国家环保政策的调整,环保、绿色、低碳理念不断融入工程建设实践。本文从泥水平衡盾构的泥浆组成、处理技术及工艺,现行铁路、城市轨道交通、市政工程的泥浆计量与计价差异进行分析,结合目前建设管理情况,提出泥水平衡盾构泥浆处理计量与计价方法的建议,为后续项目实施提供参考借鉴。

砂卵石地层泥水盾构废浆二次利用技术研究

为解决泥水平衡盾构施工期间产生的大量废弃浆液难处理和盾构同步注浆高成本的问题,提出将泥水平衡盾构产生的废弃泥浆再利用于配制同步注浆浆液。本研究依托主要穿越地层为砂卵石地层的成蒲铁路紫瑞隧道工程项目,研究浆灰比(废弃泥浆与水泥质量比)、浆砂比(废弃泥浆与砂质量比)对同步注浆浆液的性能影响,另外在废浆再利用配制同步注浆浆液的基础上,研究了用耐火泥替代部分水泥的可行性。研究结果表明:1)随着同步注浆浆液浆灰比的增大,同步浆液的流动度增大,凝结时间延长,立方体28d抗压强度降低;2)随着浆砂比的增大,同步浆液的流动度增大,凝结时间延长,立方体28d抗压强度也降低;3)掺入耐火泥将增强同步注浆浆液的28d抗压强度,降低同步浆液流动度,缩短同步浆液凝结时间。因此,在配制同步注浆浆液中,用耐火泥替代部分水泥具有可行性,并能带来一定经济效益。

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。

超大直径泥水平衡盾构气垫仓吸口改造技术研究

广东省广州市海珠湾隧道超大直径泥水平衡盾构穿越泥质粉砂岩复合地层,刀盘前以及密封仓中积渣滞排导致掘进参数恶化、刀具磨损严重、掘进效率受限、刀盘开口结泥饼等问题。针对超大直径泥水平衡盾构在复合地层中遇到的滞排问题,提出将P2.1泵吸口前移至泥浆门后方,增加了排浆吸口吸力,增强了浆液流动性及携渣能力,同时于P2.1泵前安装双管路液压闸阀采石箱,使大粒径渣土在P2.1泵前得以处理。气垫仓吸口改造后盾构掘进工效有所提升,对于改善刀盘前方以及泥水仓底滞排有一定效果,但由于鄂式破碎机无法动作,当掘进断面地层岩体较破碎、节理裂隙较发育时,极易发生吸口处渣土堆积、P2.1泵吸口压力突然降低、流量突然减少、挤压力上升、切口压力波动等情况,需频繁逆冲洗和开采石箱进行人工清理,进而影响了正常掘进环流,最终被迫恢复吸口及鄂式破碎机功能。相关研究成果可为同类工程提供参考。

泥水盾构近接地下管线施工的管线沉降计算方法及管土位移规律研究

为更准确地预测管道受盾构开挖引起的竖向位移,对基于傅里叶变换的管道位移传递矩阵法进行修正,考虑泥水压力和注浆压力2个关键参数对管道位移的影响,并提出1种基于沉降监测数据的地层损失率的反演计算方法。同时,利用数值仿真软件FLAC3D分析不同工况下的管土变形规律,并与修正后的传递矩阵法进行对比。研究结果表明:由地层损失率反演计算方法可以计算得到较为准确和合理的地层损失率,使用该地层损失率计算地表沉降时与数值软件结果吻合度较高。修正后的传递矩阵法保留原计算方式的便捷性,同时考虑泥水压力和注浆压力等实际因素,与现场实测值更加贴近,准确度更高。管道与地层的相互作用可以通过管土相对刚度进行宏观定性描述,该参数可以反映出不同材质、壁厚、直径等条件下管道受盾构开挖影响的敏感性。研究结果可为盾构下穿既有管线的管线沉降预测提供一定参考。

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。

粉质黏土替代膨润土改性泥浆配比试验

为解决土压平衡盾构及车站基坑开挖过程中产生大量废弃粉质黏土的现状,提出一种利用废弃粉质黏土调制泥浆改良盾构渣土的新方案。以沈阳地区粉质黏土为研究对象,通过添加不同的外加剂对粉质黏土泥浆进行改性,研究泥浆土水比、外加剂种类及掺量变化对改性泥浆的漏斗黏度、酸碱度、滤失量和胶体率的影响。通过扫描电镜(scanning electron microscope, SEM)研究了粉质黏土泥浆的微观改性机理。结果表明:纯粉质黏土泥浆自身稳定性差、泌水量大,无法有效改良渣土;碳酸钠和焦磷酸钠对粉质黏土泥浆的改性效果较好,合理掺入量为1%~3%;改性后的粉质黏土泥浆可有效改良砾砂地层渣土的塑流性,合理粉质黏土泥浆土水比为9∶11、焦磷酸钠掺量为3%,注入比为24%~28%。研究结果验证了粉质黏土泥浆用作盾构渣土改良剂的可行性,为废弃粉质黏土再利用提供了新思路。

泥水平衡盾构掘进对邻近桩基的影响

基于某泥水盾构隧道施工为工程背景,通过有限元软件建立三维数值模型,结合现场监测结果,研究了泥水盾构隧道穿越桩基过程中对桩基的影响。研究表明,当桩基距隧道同样的水平距离时,桩基埋深对桩的水平位移有一定程度的影响。不同泥水压力对桩基水平和竖向位移均有显著影响。泥水压力越大,桩基变形影响范围越大,桩基的水平和竖向位移也越大。隧道掘进会引起地层损失,从而造成桩基产生位移。不论L/H(桩长/隧道埋深)大小,桩身水平位移峰值均随着地层损失率的变大而变小,当地层损失率为0.28/%(泥水压力为332kPa)时桩身水平位移峰值最小。

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。

富水砂层土压平衡盾构渣土改良试验研究

富水砂层由于其高渗透性、高含水率及高摩擦角等特性,在盾构开挖时常面临喷涌、刀具磨损严重及掌子面压力不均等难题。依托南昌地铁4号线七里站至民园路西站高渗透富水砂层区间隧道工程,为确定最优膨润土泥浆改良参数,通过室内试验测试膨润土泥浆性能及渣土改良,确定合理膨润土泥浆黏度和盾构膨润土泥浆性能参数及高承压水砂层改良方案。研究结果表明:采用膨润土泥浆配比为1∶8,对应黏度约为22 mPa·s,改良效果较好;砂土中含水量可促进膨润土泥浆改善渣土流动性;对上述膨润土泥浆配比,当膨润土泥浆注入率为10%、聚合物注入比为1%时,改良后的渣土具有很好的流塑性和较低的渗透性。现场渣土改良结果也表明,采用上述渣土改良方案,可以有效降低刀盘扭矩和盾构机总推力、提高盾构掘进速度。

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。

泥水平衡盾构施工管理

根据江库联网原水绕松木山水库段原水管道工程泥水平衡盾构施工管理需要,深入探讨关于在实际工程中使用泥水平衡盾构技术时在施工管理方面的重要事项,通过对泥水平衡盾构技术特点和主要作用的分析,总结出相关基本常识的重要数值和经验,为进一步编制施工方案以及技术交底做理论知识准备。

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。

泥水平衡式盾构模拟试验系统的研制与应用

为了探究泥水盾构水下掘进控制和泥水平衡机理等问题,在调研国内外模型盾构设备的基础上确定泥水盾构的基本参数和工作模式,研制出泥水平衡盾构模拟试验系统,包括模型箱、盾构机总成、推进机构、液压动力系统、操作系统、深冷装置等主要部分。该系统可对最高100 m水头条件下泥水平衡盾构施工的主要过程进行模拟,可较真实地再现泥水平衡盾构掘进过程中泥膜的动态形成过程,从而阐明水土压力平衡的机理等关键技术问题,并可为泥水平衡盾构的设计和控制提供重要参数。以砂卵石地层为例配制相似地层和泥浆,并进行盾构试掘进,对设备的功能性进行验证,并初步研究了泥水盾构掘进过程中地表位移的时空变化规律和地层中泥膜的形态。结果表明,由于刀盘无超挖且地层开挖后直接由盾壳支撑,土体移动受到限制,地层变形主要由开挖导致的应力释放产生。排渣装置长度较长,可暂存的渣土量多,使得盾构通过前地表沉降随顶推力和刀盘、排渣装置转速的增大而增大;盾构通过后的地表沉降则由于盾壳与土体的摩擦作用有所减小。在盾构刀盘前方,泥浆渗入地层的范围大致关于盾构轴线对称,泥膜形态呈倒扣的＂锅底＂形分布,其范围约占刀盘外径的20%~43%。

泥水平衡盾构刀盘扭矩计算及其影响因素分析

研究目的:泥水平衡盾构刀盘扭矩是盾构设计的关键参数,为精确计算该扭矩值,结合泥水平衡盾构的特点,推导泥水平衡盾构刀盘扭矩计算公式,通过天津地下直径线工程和北京地下直径线工程中的刀盘扭矩实测值,对计算公式的准确性进行验证,并对泥水平衡盾构刀盘扭矩的组成和主要影响因素进行分析。研究结论:(1)刀盘正面摩阻扭矩所占总扭矩比重最大,达到60%以上,其次是刀盘背面摩阻扭矩和刀盘侧面摩阻扭矩,这三项占刀盘总扭矩的90%以上;(2)刀盘开口率每增加10%,刀盘扭矩约降低5%;(3)泥水压力每增加10%,刀盘扭约增加8%;(4)刀盘扭矩随刀盘直径的增大而增大,且扭矩增加量亦随刀盘直径的增大而增大;(5)刀盘扭矩随刀盘与土体间摩擦系数的增大而增大,两者相关性良好;(6)该研究结果可为泥水平衡盾构设计、施工阶段刀盘扭矩的精确预测和控制提供依据。

南京地铁越江隧道盾构开挖面失稳因素的定量分析

文章通过对造成盾构施工中开挖面失稳风险因素的系统分析,认为造成开挖面沉降过大或坍塌失稳的主要原因是泥水压力偏离实际的侧向静止水土压力过大。针对这个问题,引入了极限应力支护比的概念,并给出了失稳判据,定量地描述各影响因素对开挖面稳定性的影响情况。以南京地铁10号线越江隧道为工程实例,采用岩土工程常用的Mohr-Coulomb模型,运用三维数值分析方法,主要研究分析了埋深、江水深度、土体参数(粘聚力、内摩擦角)对开挖面稳定性的影响,以及考虑无江水覆盖情况下改变为地下水头高度的影响。

泥水盾构刀盘结泥饼形成原因及防治技术

泥水盾构在粘土层、粉质粘土层及泥质粉砂岩等地层掘进过程中,极易在盾构刀盘面板形成板结的泥饼。泥饼的存在,不仅会增大盾构刀盘扭矩,降低施工效率,还会堵塞排浆管的吸浆口,严重影响施工进度和施工安全。本文以北京铁路地下直线泥水盾构施工为例,从盾构穿越的地质情况、盾构设备选型、泥浆指标、盾构施工过程控制等方面对刀盘结泥饼的形成机理进行了深入的分析,根据实际情况采取了一系列防治刀盘结泥饼的施工措施,为类似工程总结出了预防和清除刀盘结泥饼实用的方法和措施。

大型泥水盾构隧道开挖面稳定机理与应用研究

针对大型泥水盾构隧道开挖面平衡这一难题,以复兴东路越江隧道工程为工程背景,对泥水盾构开挖面稳定机理进行了理论分析;通过室内泥浆的特性实验及微观分析,结合工程现场试验和监测数据分析,详细论述了泥水盾构隧道开挖面的平衡理论和稳定机理,对影响泥水盾构隧道开挖面平衡与稳定的主要因素进行了分析。通过PMS泥水体系与原有泥水体系在工程中应用效果对比,发现PMS泥水体系能快速形成高质量的泥膜,更有利于大型泥水盾构隧道的开挖面稳定,在大型泥水盾构隧道施工中应用前景广阔。

泥水盾构下穿已有隧道施工过程数值模拟研究

针对2010年上海世博会重大配套工程——打浦路隧道复线工程,进行了数值模拟研究。根据工程实际,土体采用Drucker-Prager弹塑性本构关系,建立了沿弯曲路径下穿几何特性复杂的已有隧道的三维非线性数值模型,通过施加开挖面泥水压力模拟了泥水盾构施工过程,采用Newton-Raphson方法进行非线性求解。比较了轴线地表沉降数值模拟计算结果与工程实测数据,表明模拟模型可靠、可信;分析了泥水盾构施工对周围土体及已有隧道的影响,得到了已有隧道的位移和应力的变化规律,可为实际工程提供参考。