湿陷性黄土区输水隧洞盾构施工风险评估

为了提高针对湿陷性黄土区输水隧洞盾构法施工安全评估的可靠性,从人员管理、机械材料、施工技术、施工环境4个方面构建较为完善的施工安全风险评估指标体系;利用灰色-DEMATEL方法对中心度进行处理得到风险指标权重;以风险发生概率和风险损失程度两个维度为基础构建二维云评估模型,其中发生概率由主、客观方法相结合来确定,损失程度通过改进雷达图法从人员伤亡、经济损失、工期延误、功能缺陷和环境影响5个方面来综合确定。将该评估模型运用到引汉济渭工程X输水隧洞盾构法施工项目的安全评估中。结果表明:该项目施工风险评估等级为Ⅱ级,施工安全风险程度较小,评价结果符合工程实际,验证了该评估模型的可行性和有效性。研究成果可为湿陷性黄土区类似输水隧洞盾构法施工安全风险评估提供借鉴和参考。

软弱富水地层超大直径盾构下穿长江堤防变形分析

软弱富水地层上长江堤防变形受浅埋超大直径盾构隧道施工扰动影响大。以盾构开挖直径为15.07 m的某双线隧道工程为背景,基于现场监测资料,研究盾构过堤时无为长江堤防沉降的时空演化规律,并对掘进参数与堤防加固措施的合理性进行分析。研究结果表明,压密注浆加固处理可有效减小堤防地表沉降幅度。右线隧道过堤时,中轴线上方堤防沉降变形总体随着盾尾离开天数的增加而增大,最大沉降位于堤前段,为20.37 mm,远离中轴线部位普遍产生轻微隆起。左线隧道下穿堤防后,堤防竖直变形整体呈“左线堤前段与堤后段隆起、堤坝段沉降,右线整体沉降,幅度从堤前段往堤后段沉减小”的分布规律。盾构下穿长江堤防时,切口压力、推力、扭矩等掘进参数的调整受堤坝超载效应影响。

不同构型盾构隧道管片密封垫防水性能分析

为研究大直径盾构隧道管片接缝密封垫截面构型对防水性能的影响,分别构建三角形、圆形、半圆+三角形构型密封垫数值模型,分析不同张开量、错台量组合下密封垫接触应力。研究结果表明,三角形及圆形构型封垫接触应力呈两头大、中间小的趋势分布,截面实心区域压缩反力较大,传递到接触面出现峰值应力,开孔区域应力较小。错台压缩中密封垫变形及受力状态更复杂,随着错台量的增加,接触面更扭曲,接触路径发生改变。随着错台量的发展,三角形和圆形构型密封垫接触路径变长,半圆+三角形构型密封垫接触路径缩短。结合箱型图分析,提出以中位数接触应力作为评价指标,该指标能排除异常值,反映的接触面情况更加真实。

SAP联合双液浆对软土地区隧道漏水漏砂封堵效果试验研究

在高承压水软土地区盾构隧道修建过程中经常出现漏水漏砂险情,注浆封堵是常用的抢险方法之一。而在承压水层或者地层出现空腔情况下注浆时,传统的双液浆在注入后抗冲刷能力差,浆液留存率较低,严重影响抢险效率,难以在抢险的黄金时期控制住险情。因此,提出一种隧道漏水漏砂抢险的新型注浆方式,即高分子吸水树脂(SAP)与双液浆联合注浆,并通过室内模型试验研究了此方法的有效性,分析SAP注入方式、SAP种类、双液浆水灰比、渗漏流速等对注浆封堵效果的影响,并探究最优的注浆方式与封堵机理。研究结果表明,SAP吸水后,颗粒大、动水留存率高、吸水速度不受温度影响,能够填充地层侵蚀空腔,封堵渗漏或者减小渗漏水流速。本文试验条件下,以水泥浆液为载体注入SAP为最优注入方式,水灰比0.6的水泥浆液与吸水后的B类SAP均匀混合后,与水玻璃进行双液注浆,能避免跑浆,实现地层空腔与渗漏水的完全封堵。本文提出的新型注浆方式能够大幅增加双液浆的动水留存率,同时弥补SAP强度较低的缺陷,保证注浆体的整体性和地层支撑性,实现基坑与隧道等地下工程漏水漏砂灾害的快速有效控制。

基于三维激光扫描技术的竣工盾构隧道渗漏水检测

渗漏水是隧道常见的病害,长期渗漏会导致隧道结构开裂、裂缝、钢筋腐蚀,威胁到隧道运营安全,因此对其检测一直受到重视。本文利用三维激光扫描技术实现了竣工盾构隧道渗漏水的位置及面积的自动检测。首先采用架站式三维激光扫描仪采集竣工隧道点云,基于修正后的反射强度值生成隧道衬砌表面灰度图,再采用膨胀法与腐蚀法对灰度图像进行预处理;然后利用连通域算法计算渗漏水位置及其面积;最后结合实际工程验证本文方法的实用性及准确性。结果表明,应用本文方法竣工隧道的渗漏水检测准确率达92%。

水位变化下浅埋盾构隧道开挖面渗透力与稳定性研究

为分析临江地区透水地层浅埋盾构开挖面渗流作用下的稳定性,结合安庆市沿江东路管廊盾构段典型断面,建立浅埋盾构三维流固耦合数值模型,分析水位变化、土体力学性质对开挖面稳定性影响以及渗透力的变化规律,明确浅埋盾构渗透作用下开挖面的失稳形式,建立区别于传统破坏模型的圆台-弧转体数学模型,提出一种基于极限分析上限法且考虑渗透力作用的极限支护压力的计算方法,并与已有研究结果相对比,验证该方法的可行性;根据该方法分析水位、土体力学参数、盾构掘进参数对极限支护压力的影响。研究结果表明:黏聚力及内摩擦角增加会导致破坏区高度显著减小,而水位增加会导致破坏区高度及长度显著增加;开挖面上渗透力随开挖面与拱顶的距离增大而增大,渗透力随水位变化呈线性变化,平均渗透力随水位变化率为2.75 kN·m^(-3);极限支护压力随黏聚力、水位呈线性变化,随摩擦角呈非线性变化;结合开挖面前方土层土体力学性质,极限支护压力随水位变化率为5.11~5.75 kPa,与实测土仓压力变化率6.38 kPa较吻合,控制土仓压力在80 kPa以上时能有效保证开挖面稳定。

基于SVM的富水岩溶区双线盾构隧道下穿既有线临界安全距离研究

双线盾构隧道在极复杂的岩溶地质中下穿既有线施工时,会对地层造成较大扰动,从而增加既有地表沉降过大或坍塌的风险,严重威胁既有线的运营安全。同时,隧道穿越富水岩溶区域时,需要保持一定距离以避免与溶洞相交,确保双线盾构隧道围岩的稳定性。利用FlAC^(3D)软件建立不同工况组合下双线盾构隧道与左侧溶洞的临界安全距离数值模型,分析不同地下水位对既有线沉降和围岩塑性区范围的影响,并采用正交试验和多元线性回归方法建立双线盾构隧道在不同围岩等级、地下水埋深、开挖隧道埋深和溶洞孔径组合下与溶洞的临界安全距离计算公式。此外,还基于SVM模型对正交试验结果进行机器学习,得到可以预测岩溶地区双线盾构隧道临界安全距离的智能预测系统,实现双线盾构隧道下穿既有线临界安全距离的非线性智能预测。结果表明:当地下水位位于既有线以上时,其水位越高,既有线的沉降量越大、围岩塑性区范围越大,地下水对盾构隧道与溶洞的临界安全距离有很大影响,应用SVM模型和多元线性回归方法确定双线盾构隧道与溶洞之间的临界安全距离是行之有效的。

黄土盾构隧道开挖围岩扰动特性模型试验研究

为了探究不同含水率和埋深等工况下的黄土盾构隧道开挖对围岩的扰动作用特征,采用相似模型试验,首先通过三轴试验测定了不同含水率下原状黄土物理参数及强度指标,通过大量试配得到了不同含水率下与原状黄土强度指标参数相似的试验用土。其后,考虑盾构隧道盾尾间隙特征,开展不同含水率及埋深等组合工况下盾构开挖模拟试验,通过微型土压力传感器、百分表等监测元件以及数字图像技术等手段,分析了不同工况下地层变形、地表沉降和围岩应力的变化规律。研究发现:含水率较低时,围岩的自稳能力强;含水率越高,埋深越大,开挖对地层的扰动作用也越大;地表最大沉降值与含水率呈正相关,与埋深呈负相关;围岩剩余应力随含水率和埋深的增大而增大,但当含水率增大至一定值(26.6%)时,围岩剩余应力骤减;基于不同含水率下的围岩应力及变形发展规律,可将黄土含水率分为自稳、形变以及松动含水率,基于含水率和埋深引起的围岩松动情况,可将不同工况下的黄土盾构隧道围岩压力作用模式按照形变压力和松动压力计算,以更加适应黄土地层的特性。

富水砂卵石层盾构施工影响因素及敏感性分析

砂卵石地层具有渗透性强、孔隙率大、自稳性差和受扰反应大等特点,若盾构施工参数控制不当则会发生掌子面失稳、坍塌和涌水等安全事故。确定富水砂卵石层盾构掘进引起地表沉降和管片隧道变形的影响因素,对于安全施工具有重要的指导意义。本文以洛阳地铁区间盾构穿越洛河富水砂卵石地层为工程背景,基于流固耦合理论,运用ABAQUS软件构建盾构掘进的三维有限元模型,数值模拟和现场实测的地表沉降数据基本吻合,验证了模型的准确性。采用单因素分析法研究了盾构掘进压力、同步注浆压力和等代层厚度等3个参数对地表沉降与管片变形的影响规律,研究结果表明:增大盾构掘进压力和同步注浆压力,减小等代层厚度,均能减小地表和隧道的拱顶沉降;而增大盾构掘进压力,减小同步注浆压力和等代层厚度,可减小隧道拱腰的水平变形。采用正交试验方法确定了3个影响因素对地表沉降和管片拱顶沉降两个指标的敏感性,从大到小排序均为:同步注浆压力、盾构掘进压力和等代层厚度。

改进Mask RCNN的盾构隧道渗漏水检测方法

渗漏水是盾构隧道结构存在潜在损伤或缺陷的重要表征,快速、准确检测出渗漏水位置,对隧道安全运营和维护具有重要意义。现有的方法大多采用光学影像对隧道渗漏水进行检测,受隧道内空间和光线条件限制,难以获得高质量病害图片。因此,本文提出了一种基于激光点云数据与改进Mask RCNN相结合的渗漏水检测方法。首先对激光点云反射强度进行修正;然后生成灰度图像并建立渗漏水病害数据集;最后在Mask RCNN算法中引入空洞卷积和变形卷积,实现了隧道渗漏水病害的快速检测。利用某地铁采集的数据进行验证,结果表明,本文提出的改进Mask RCNN算法相较于原始算法和FCN算法检测精度均有明显提升,在盾构隧道渗漏水识别方面性能表现较好。

内水渗漏软化基底对盾构隧洞衬砌管片受力性能的影响分析

水工盾构隧洞在运行过程中存在内水渗漏导致基底软化的风险,基底软化将对隧洞管片受力变形产生影响。依托实际水工盾构隧洞工程,构建了由管片、灌浆体和围岩组成的三维有限元数值模型,针对Ⅴ类围岩条件下因渗漏导致基底均匀和不均匀软化的状况,研究了管片的受力性能变化规律。结果表明:在内外荷载作用下,管片的环向应力、竖向位移和定位销应力均随基底软化深度的增加而增大,均匀软化条件下仰拱管片出现峰值为1.88 MPa的拉应力,存在管片开裂风险;基底软化导致定位销应力增大,而管片竖向位移的变化幅度较小。研究成果可为水工盾构隧洞的安全运行监测提供科学依据。

富水砂层地铁盾构隧道渣土混合改良的流塑性与渗透性

[目的]盾构在富水砂层中掘进时,易产生刀盘扭矩过高、磨损严重以及螺旋运输机喷涌等问题。为了保证施工的安全性,需对渣土进行改良。[方法]以西安地铁16号线某盾构区间工程为依托,根据砂土地层自稳性差、摩擦性高、渗透率高的特点选取渣土改良剂。通过渣土坍落度试验、渗透试验、现场试验相结合的方式,采用泡沫单独改良、泡沫及膨润土泥浆混合改良两种方案开展富水砂层渣土改良试验研究。[结果及结论]实际盾构掘进施工中,在考虑安全、高效、经济的前提下,结合室内试验所得数据,确定采用膨润土泥浆、泡沫混合改良的方案。当膨润土与水质量比为1/8,发泡液质量分数为3%时,改良剂性能满足施工要求;泡沫单独改良渣土受含水率影响大,含水率越高,泡沫最佳注入率越小。中砂的最佳改良方案是BIR(膨润土泥浆注入比)为10%,FIR(泡沫注入率)为20%~25%;砾砂的最佳改良方案是BIR为10%,FIR为35%~40%。工程实践表明,渣土混合改良效果良好,盾构掘进参数平稳。

基于CutMix数据增强与多约束损失函数的YOLOv7盾构隧道渗漏水检测

盾构隧道强度投影图像中渗漏水尺寸不一致且像素占比偏小,现有目标检测模型的关键特征学习能力较弱,存在渗漏水病害目标检测精度偏低的问题。本文提出了基于CutMix数据增强与多约束损失函数的改进YOLOv7盾构隧道渗漏水检测方法。首先采用镶嵌CutMix方法对隧道图像进行数据增强,将多张不同的训练样本进行随机裁剪,拼接融合成具有综合特征的新样本;然后以YOLOv7网络为骨架结构,引入高效通道注意力模块,提高渗漏水关键特征的自主学习与表达能力;最后引入多约束几何条件的损失函数,提高预测框几何形状的精度,从而提升模型预测精度。在光线良好、光线不佳和存在遮挡等复杂环境情况下,选取Fast R-CNN、SSD、YOLOv5、YOLOv7这4种算法进行对比,试验表明,本文算法渗漏水检测精度达85.90%,平均精度比同类算法分别提高5.55%、8.89%、3.93%、2.75%,具有较高的稳健性和泛化能力。

双线大直径输水隧道建设对既有桥梁及桩基的影响分析

为准确分析双线大直径输水隧道下穿对既有桥梁结构的影响,构建桥梁-地层-桩基-盾构隧道高精度数值仿真模型,对桥梁桩基结构及盾构过程进行精细化模拟,结合基于智能算法的土层参数反演模型,获取更接近真实情况的土层参数,以提高数值模拟精度。结果表明:输水隧道盾构开挖引起的地表最大沉降量为15.01 mm,基于反演的地表变形计算结果与实际监测值的误差减少约70%;盾构隧道双线开挖会引起地表二次沉降变形,两条盾构隧道中间区域的地表二次沉降量最大,约占总沉降量的60%,最大二次沉降量为5.06 mm;隧道两侧的桩基受到影响较大,最大位移为10.03 mm,位于桩基顶部,而隧道开挖对桩基内应力分布影响较小,可以认为无影响。

富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道施工技术研究

[目的]富水卵漂石地层盾构下穿既有地铁线路施工过程中,易导致既有地铁线路上方土体不规则沉降超出控制范围,进而可能引发地下水喷涌和地面塌陷问题。为此,需要对富水卵漂石地层盾构近距离下穿运营地铁隧道的施工技术进行研究。[方法]以新建成都地铁17号线凤溪大道站盾构下穿既有地铁4号线为案例,在阐述工程概况的基础上,选取了4个地面沉降测点和4个深层土体沉降测点,分析了盾构掘进过程中地层的沉降变化规律。采用MIDAS GTS软件建立了三维有限元模型,对采用38 m超长管棚与斜向注浆相结合的加固施工进行模拟,对4号线隧道预加固效果进行了分析。基于此,明确了地面跟踪注浆的时机,进一步分析了地面跟踪注浆的效果。[结果及结论]该加固措施有效提高了4号线结构底部土体的整体性,改善了4号线结构的受力状况,有效控制了4号线的结构沉降。

富水砂层盾构下穿高速铁路控制技术研究

以西安轨道交通地铁10号线东风路站—学府路站区间下穿大西、郑西客专高速铁路土压平衡盾构施工为背景,基于盾构试验段数据研究土压平衡盾构在富水砂层中下穿掘进参数及控制措施。根据现场盾构下穿既有高速铁路路段的隧道埋深与地质条件,通过200m盾构试验段,确定盾构下穿施工具体掘进施工参数。其中控制掘进速度为35~40mm/min、出土量54~60m^(3)、二次注浆压力0.4~0.5MPa、下穿注浆量7.8~8.5m^(3)/环和土仓压力1.0~1.2bar,下穿过程中同步注浆、二次注浆要及时跟进。

内外水力交互下浅埋带压盾构隧道水土压力计算模型

针对浅埋有压盾构隧道内外水力交互渗流下引起的松动水土压力变化,基于修正镜像法获得了考虑内水压的地层渗流场分布与水力梯度。随后基于考虑松动区内部应力分布的修正Terzaghi公式给出了考虑隧道内水压下的松动区任意位置的水土压力解,并与数值模拟结果进行了对比验证。主要结论如下:采用圆弧拱和抛物线拱的主应力轨迹线能够有效描述隧顶松动区应力分布情况;当地层渗透系数与衬砌渗透系数比值小于1000时,内压水头大小对水土压力的影响显著;内压水头的增加将减小松动区有效应力,引起上覆土体卸载,同时引起隧顶松动区总应力增大,表明该范围内孔隙水压的增长对水土压力的变化占据主导作用;5参数正交分析结果的线性回归分析结果表明隧道埋深和半径对土压力有显著的正向影响,土体摩擦角和黏聚力均表现为负向影响。在相对低渗透地层条件下,内压水头对隧顶有效应力和总应力分别表现为显著的负向和正向影响。

高压富水硬岩地层双护盾TBM前置式超前注浆堵水技术研究

晋中引黄输水隧洞双护盾TBM施工穿越高压富水裂隙,掌子面高压大流量突涌水严重,采用常规后置式超前注浆技术对掌子面突涌水进行超前处置效果不佳,主要原因是受外插角影响,采用常规后置式超前注浆存在注浆目标区域受限、钻探效率低、超前注浆控制难度大等问题,难以形成有效的止水帷幕结构。对隧洞水文地质条件、突涌水情况及超前注浆技术进行系统研究分析,提出双护盾TBM前置式超前注浆堵水工艺,通过优化注浆设备,在掌子面处实施超前注浆堵水。开展现场注浆试验,对坚硬岩面钻孔施工、注浆材料、注浆参数控制及注浆段长优化等技术进行研究,并根据现场试验信息,不断优化注浆设备及工艺。通过对晋中引黄输水隧洞实施前置式超前注浆堵水技术,洞内平均出水量降至3 702m~3/d,降幅达75.9%,同时在一定程度上提高了TBM施工效率。实践证明该技术方法有效。

盾构法施工在富水砂层条件下穿越既有地铁隧道变形研究

以郑州地铁某线路下穿既有线路工程为依托,采用midas GTS有限元软件数值计算、现场监测、隧道壁后雷达探测相结合的方法研究盾构法施工在富水厚砂层条件下穿越既有地铁隧道变形的特征,并提出有效控制措施。结果表明:数值模拟和现场监测结果基本吻合;适当提高掘进过程土舱压力和掘进速度对控制竖向变形有积极作用,研究结果可为类似地铁盾构隧道安全施工提供参考。

霞浦深厚软弱土层核电排水隧洞工程设计关键因素及对策

规划新建核电厂建设厂址条件日益复杂,其排水隧洞工程建设中需综合考虑软弱土层、高水压、排水口实施等因素带来的影响,并在工程建设前期规划中合理布置隧洞线路与选择结构方案。为此采用工程类比法对同类工程进行调查研究,分别对隧洞不同埋深、不同衬砌结构方案等进行比选,对影响霞浦核电排水隧洞工程建设的部分因素提出应对措施,并据此确定了建设方案,为工程建设的顺利进行奠定了基础。