State-of-the-art review of soft computing applications in underground excavations

Soft computing techniques are becoming even more popular and particularly amenable to model the complex behaviors of most geotechnical engineering systems since they have demonstrated superior predictive capacity,compared to the traditional methods.This paper presents an overview of some soft computing techniques as well as their applications in underground excavations.A case study is adopted to compare the predictive performances of soft computing techniques including eXtreme Gradient Boosting(XGBoost),Multivariate Adaptive Regression Splines(MARS),Artificial Neural Networks(ANN),and Support Vector Machine(SVM) in estimating the maximum lateral wall deflection induced by braced excavation.This study also discusses the merits and the limitations of some soft computing techniques,compared with the conventional approaches available.

地下空间盖挖逆作法施工技术及变形分析

以青岛地铁井冈山路站地下空间开发项目为背景,详细介绍了盖挖逆作法施工技术。为了系统地研究地下结构在施工过程中的变形规律,采用有限元软件对施工全过程进行精细化数值模拟研究,得到了不同施工阶段顶板沉降变形规律、施工对周边地层变形的影响规律及不同开挖方式条件下竖向结构差异沉降规律。研究结果表明,采用对称开挖法时顶板产生的沉降最小为14.2mm,采用顺序开挖法次之,沉降值为15.2mm,而采用间隔开挖法产生的沉降最大为17.2mm,竖向结构的差异沉降满足规范要求,顶板不会出现开裂破坏。采用对称开挖法时竖向结构的最大沉降和最大差异沉降为3种开挖方式中最小,而采用间隔开挖法为最不利的开挖方式,其产生的最大沉降和差异沉降值为3种开挖方式中最大,故施工中应优先选择对称开挖法,避免选用间隔开挖法。

盖挖与明挖组合建造地下交通枢纽方案研究

为满足北京城市副中心地下交通枢纽区域内的城市道路先行投入运营的需求,提出采用盖挖法与明挖法组合方法进行地下枢纽基坑开挖与支护的方案,主要特点如下:(1)将地下交通枢纽基坑分割为“盖挖基坑、明挖基坑和多级放坡基坑”等3个并列布置基坑;(2)盖挖区基坑与明挖基坑共用围护结构;(3)先完成盖挖区顶板结构施工,恢复城市道路运营,然后采用逆作法完成盖挖区负一层施工,随后同步开挖支护盖挖区两侧的明挖基坑和放坡区基坑;(4)盖挖区负二层和负三层采用顺作法施工。论文详细阐述了盖挖与明挖组合工法的施工工序,分析了组合工法的优势。鉴于盖挖区钢管柱始终处于基坑开挖扰动中,为此采用数值模拟方法并结合现场监测结果,分析了基坑开挖期间的钢管柱变形规律。结果表明,钢管柱水平变形和隆起变形指标均满足控制要求。本文提出的盖挖与明挖组合建造方案不但能确保地下交通枢纽区域内的城市道路尽快投入运营,而且并列基坑群中的3个基坑开挖支护及结构浇筑基本上相互独立,有效降低了盖挖区和明挖区基坑施工的相互影响,提高了施工效率。

城市环境勘察中规避地下管线新技术的应用

在城市环境勘察工作中,人工挖探为较直接和准确的排查地下管线方式,但当挖探至地面以下1.5m深度后继续向下挖探,若遇到障碍物便难于分辨是否为地下管线或砖石等物体,导致后续施工难于做决策。提出采用微小极距四探针方法对挖探过程中遇到障碍物进行电阻率测试,通过获取障碍物视电阻率值来判断障碍物的材质,进而识别其是否为地下管线,为挖探工作的开展提供决策依据。通过在实际生产项目中的成功应用,说明该技术方法可作为工程勘察钻探过程中排查地下管线的一种新技术手段。

PBA暗挖区段单跨隧道施工阶段增量法与全量法结构计算分析

以北京轨道交通22号线(平谷线)为依托工程,以3种施工阶段结构受力和变形为研究重点,对PBA暗挖区段单跨隧道施工阶段的增量法和全量法进行了分析,对比了单跨PBA暗挖隧道增量法与全量法的计算结果,介绍了增量法与全量法的基本原理和应用,并结合Midas GTS NX岩土有限元分析软件对在建工程模型施工阶段结构受力进行了分析。研究结果表明:PBA暗挖逆筑隧道采用增量法与全量法计算出的结果有差异。其主要原因是增量法需考虑分步施工,构件和荷载是分步施加的,内力和变形也是分阶段达到平衡;全量法需考虑力和变形的同时性,不能真实反映施工的分步性。故在设计时需采用增量法进行计算。该研究成果可为相似隧道工程的设计与施工提供借鉴参考。

停车场出入场线暗挖区间施工技术

以某市环园中路停车场出入场线项目为背景,在停车场出入场线暗挖区间施工中,通过分析工程难点,采用杂填土层注浆加固、超前大管棚、暗挖区间矿山法、二次衬砌以及地基处理等关键技术,成功克服了杂填土段开挖和下穿商场等难题。工程实践结果表明,该施工方案高效、安全、可控。

零距离暗挖下穿既有车站控沉效果研究

研究目的:新建地铁车站换乘节点的施工不可避免地会对既有线的运营造成影响。本文通过列举新建车站零距离暗挖下穿既有线的案例,通过数值模拟,对比不同方案下的沉降影响分析,从而得出可靠的设计施工方案。研究结论:(1)按常规设计方案,先施工既有车站结构两侧主体结构,并在衔接处预留后浇带,暗挖完成后再进行后浇带施工,通过数值分析可以发现,下穿段施工过程中,对既有车站结构竖向变形影响相对显著,既有车站道床隆起,车站底板发生不均匀沉降,最大沉降值约2.1 mm,超过规范预警值,存在一定的安全风险;(2)针对传统连接做法,提出了零距离下穿既有车站暗挖施工托举法施工理念,直接将新建结构与既有结构连成整体,从而形成暗挖段施工过程的新建结构对既有结构的托举体系,通过数值分析,托举法施工结束后,既有车站道床沉降可减小50%,控沉效果显著;(3)本研究成果可为新建工程暗挖下穿既有工程提供指导。

注浆法在富水砂卵石地层城市轨道交通联络通道暗挖施工中的应用

[目的]成都地铁19号线二期工程九江北站—龙桥路站区间1#联络通道处于富水砂卵石地层,受周边建(构)筑物位置所限,不宜采用常规方法进行施工,为此需采用不降水法为该联络通道暗挖施工提供无水条件。[方法]根据1#联络通道的工程特点,在对比分析冻结法和顶管法等常规方案的基础上,采用注浆法为该联络通道暗挖提供无水条件。根据富水砂卵石地层的特点,同时受周边建(构)筑物布局的限制,19号线主线隧道内决定采用水平注浆法施工。详细阐述了1#联络通道注浆法施工方案,针对动水条件下砂卵石地层涌水、涌砂,成孔困难,串冒浆等难点,提出相应对策。从可靠性、造价、变形控制及运营维护等方面总结了水平注浆法的优势。[结果及结论]1#联络通道施工完成后,经测试检查孔每米出水量不大于0.13 L/min,达到预期止水要求,满足该联络通道暗挖的无水条件;开挖过程揭示,开挖面基本无渗水,1#联络通道安全贯通。

卸压孔设置对冻结暗挖隧道冻胀卸荷影响研究

冻结法暗挖隧道施工中,冻胀常导致土体和隧道等发生大变形,给地铁隧道和周边环境以及建(构)筑物带来不利影响。以福州市滨海软土地层冻结暗挖隧道工程为例,通过对原型工程建模和非线性分析,综合实测数据及工程情况,分析冻胀变形分布规律和设置卸压孔前后冻结暗挖隧道的位移变化特点。研究结果表明:人工冻结加固技术结合卸压孔应用,对土体冻胀力的释放和冻胀变形的控制效果较好,与没有设置卸压孔时的地层相比,卸压孔在冻土帷幕冻结交圈形成后,为土体冻胀提供自由变形空间,降低了土体的冻胀位移和冻胀应力;冻结期末2个冻结暗挖隧道中心点纵向剖面处冻胀位移最大值由28.88 mm降至16.75 mm,冻胀应力最大值由335 kPa降至265 kPa,卸压作用效果明显。研究结果可为人工冻结暗挖隧道工程提供借鉴和参考。

复杂环境下地铁纪念堂站暗挖施工风险控制技术——以广州地铁十三号线二期工程纪念堂站为例

广州地铁工程拱盖法暗挖车站较多,由于暗挖车站顶部存在砂层、淤泥质黏土、粉质黏土等软弱地层,其普遍具有高含水量性、高压缩性、低透水性和低强度等特点,施工阶段易造成较大变形,将会引起隧道坍塌和周边建构筑物设施破坏,造成严重的生命与财产损失,继而造成重大的社会影响。以复杂环境下的纪念堂站为施工风险论述对象,采用合理设计、施工方案,降低施工风险,同时增加地质补勘、深层注浆以及施工监测等方法取得很好效果。对软弱地层暗挖车站进行分析和总结,为暗挖车站施工安全提供依据。

地下管网施工中明挖法防水施工质量管理研究

针对明挖法防水工程问题,提出对明挖法的防水层及接缝方法的优化设计,分析明挖法防水工艺的防水效果不足问题,将该方法应用至工程中。结果表明,采用明挖法防水前后,地下管网大部分的检查项目合格率由90%以下提高至99%以上,防水层优化方法的防水程度高达100%,接缝防水与变形缝防水优化后的防水程度在99%左右。可见,明挖法防水工程对地下管网施工具有良好的防水效果,施工质量得到有效提升。

砂泥岩地层浅埋大跨暗挖地铁车站转序落底关键技术

大断面暗挖地铁车站工程采用双侧壁导坑法施工,该方法是处理软岩地层、浅埋地段等不利条件下的常用施工技术手段。结合重庆轨道交通18号线北延工程黄沙溪站暗挖车站开挖工艺及施工步序,利用midas GTS建立的计算模型,分析车站中洞开挖对车站围岩和初期支护结构的应力、位移特征及稳定性的影响,通过现场监控量测及自动化应力监测,进一步验证了提前解除车站两端优化中洞的安全性、可靠性、经济性,有力保障了车站隧道的安全施工及毗邻既有建(构)筑物的安全,可为同类工程提供借鉴和参考。

基于AHP法和熵值法的城市地下综合管廊基坑施工风险研究

随着城市化进程的加速,城市地下综合管廊建设日益受到重视。然而,其基坑施工过程中存在的风险不容忽视。本文基于层次分析法和熵值法的组合赋权,对城市地下综合管廊基坑施工风险进行了深入研究。通过建立风险评价指标体系,结合工程实例,对其基坑施工风险进行定量评估。研究结果表明,该方法能够有效识别和评价基坑施工风险,为城市地下综合管廊的安全施工提供有力保障。

特大断面地铁暗挖车站斜井转正洞施工关键技术

近年来,各大城市正大规模开展地铁建设,为了减小地下交通施工对地面交通的干扰,地铁车站的建设方式逐渐由明挖向暗挖转变。然而,暗挖地铁车站的断面较大,且位于地下,多采用竖井或斜井进入车站,如何安全、快速完成斜井转正洞进入车站主体施工,是施工控制的重点、难点。该文以某地铁暗挖车站为例,就斜井转正洞的传统施工方法进行了阐述,并对传统施工方法存在的缺点进行了分析,在此基础上提出新的施工方法,并对相关施工技术进行了总结。

大断面平顶直墙洞桩法暗挖地铁车站零距离下穿施工对既有矩形断面隧道的影响

目的:为研究某零距离条件下大断面平顶直墙洞桩法暗挖地铁车站下穿施工对既有隧道的影响,以零距离下穿区间隧道的洞桩法暗挖站工程为例,对洞桩法暗挖站工程施工进行设计。方法:用有限元分析软件对零距离下穿区间的洞桩法暗挖站施工过程进行仿真模拟分析,将施工监测数据与仿真模拟结果拟合对比,总结洞桩法暗挖站零距离下穿施工过程中地面沉降、既有隧道的结构沉降及横向(z向)位移规律。结果及结论:施工监测数据与仿真模拟结果的数据及发展趋势基本一致,印证了仿真分析的准确性。地面沉降随开挖步的进行逐渐增大。但步骤1到步骤2的沉降增量最大,步骤6到步骤7的沉降增量最小,沉降量变化自东向西逐渐减小。在各施工步骤中东侧变形缝附近的沉降量均最大。下穿段施工完毕后,监测数据显示既有隧道结构的最大沉降量为6.91 mm,发生在既有隧道b段,而且位于变形缝1附近区域。b段的沉降量相对最大,a段的沉降量次之,c段的沉降量最小。下穿段施工完毕后,监测数据显示既有,隧道结构产生的z向位移最大值仅为0.19 mm,出现在c段。a段与b段的z向位移较小且变化不明显。既有隧道结构变形以沉降为主,z向位移可忽略不计。

铝土矿特殊地段综掘壁采三机配套方案优选

贵州某铝土矿是全国首次采用综合机械化开采的方式进行铝土矿开采的矿山之一。针对其开采过程中出现的矿层赋存不稳定、回采率低及设备磨蚀严重等问题,提出在铝土矿特殊地段采用掘进机械化采矿方法,并设计了三种方案。通过三种方案的主要技术特征、优缺点及投资成本对比,优化了铝土矿特殊地段综掘壁采三机配套方案。

既有建筑地下开挖工程中在役桩竖向承载特性分析

如何评价土体开挖条件下在役桩的竖向承载能力,是桩支承的既有建筑地下开挖工程中亟待解决的关键问题,围绕上述问题,明确土体开挖条件下土体应力状态改变、回弹等因素对桩侧和桩端承载特性的影响,建立考虑土体开挖效应影响的桩侧荷载传递双曲线模型和桩端荷载传递双折线模型,考虑开挖卸荷效应引起的土体超固结状态提出土体开挖条件下桩侧极限摩阻力的计算方法,基于有限差分法和荷载传递法形成既有建筑地下开挖条件下在役桩基竖向承载特性的计算方法。通过与现有试验结果比对分析,验证计算方法的合理性。结果表明,对地下增层开挖条件下单桩进行分析时,应考虑开挖引起的土体回弹、桩周土超固结状态等因素对桩侧和桩端承载特性的影响,当计算的归一化土体回弹量较小时(<1),沉降分析中可不考虑回弹效应。

高速铁路无砟轨道路基上拱变形整治研究

研究目的:随着国内高速铁路飞速发展,高速铁路网覆盖范围越来越大,遇到的地质条件趋于多样化与复杂化,运营过程中病害类型较多,其中无砟轨道路基上拱变形问题在近年陆续显现,严重影响轨道的平顺性与行车安全,因此有必要深入研究其上拱变形的机理和整治方案,以确保高铁高速运行的安全。研究结论:(1)高速铁路路基填料应特别警惕硫铁矿伴生的硫酸钙盐矿物含量,其与水结合吸收结晶水发生水化反应形成二水硫酸钙,导致体积竖向膨胀上拱2.68%~6%,具有遇水膨胀但失水不收缩的特性;(2)上拱变形规律是冬春季细雨低温下填料含水量不断上升导致上拱膨胀量持续增大;夏秋季升温蒸发后失水,含水量减小,膨胀上拱趋势减弱;大气降水影响填料膨胀变形的深度在1~2.3 m;(3)轨道板下膨胀填料单元整体受力处于非刚性有限约束,基床表层及基床底层的折减经验系数宜分别按0.45与0.55取值;(4)在不同的限制条件下宜采用不同的整治方案,开通前或有单线封锁条件的情况下可采用揭板明挖法,在限速运行及天窗条件下宜采用暗挖置换方案;(5)本文所述各方案整治效果明显,整治经验可为今后类似工程提供借鉴与参考。

暗挖地铁车站隧道与风道交叉段群洞施工力学特性研究

暗挖地铁车站隧道风道与主隧道交叉口多,施工期间群洞空间效应复杂,识别关键工序对保障施工安全尤为重要。依托重庆地铁4号线玉带山车站隧道工程,采用三维数值模拟方法研究与主洞相交的风道上导洞两台阶先后开挖顺序、中岩柱开挖扩及临时支护拆除等对隧道结构稳定性的影响。研究结果表明,先施工3号风道远离车站端头的左侧上导洞更有利于控制隧道结构变形;车站隧道下部两层台阶的开挖以及临时支护的拆除2个阶段车站隧道结构的变形和内力增量较大,这两个工序是施工中的关键工序;开挖预留中岩柱对车站隧道的有效影响范围在20 m以内,车站隧道结构各个位置受影响程度排序依次为:拱顶>左拱腰>右拱腰>边墙;车站隧道临时支护拆除对既有结构影响范围在30 m以内,拆撑关键部位为:车站隧道端头处临时支护、3号风道第一层竖向临时支护、3号风道第二层靠近车站端头的横向临时支护。

地铁车站暗挖工法演变历史与发展趋势

暗挖工法是当前地铁建设主要工法之一,具有城市交通影响低、建筑拆迁量小、生态环境影响弱等优点,应用前景十分广泛。首先对地铁车站暗挖工法的历史演变进行了整理分析,其次从复杂的地质条件、地铁建设方案变化、机械化水平提升以及辅助工法的研究应用四个方面总结了历史演变的影响因素。最后结合现状,提出了暗挖工法的发展趋势,既要注重复杂地层条件下的暗挖工法,也需不断推进地铁暗挖工法的机械化、绿色化和智能化发展。