复杂地质条件深埋特长隧道地应力场智能反演研究

为提高复杂地质条件深埋特长隧道地应力反演的精度和效率，构建了一种基于构造分析+RBF（径向基函数）神经网络的复杂地质条件深埋特长隧道地应力智能反演方法，该方法的主要流程包括：首先通过区域地质条件及构造分析，建立隧址区三维地质模型，通过海姆假说和金尼克假说共同确定构造应力边界条件的范围，作为智能反演的训练样本，利用RBF神经网络方法计算寻优，获得最优应力边界条件，再以此最优应力边界条件进行地应力反演计算。选择西南地区某深埋特长隧道作为研究对象，将建立的地应力场智能反演方法应用于实际工程，并将反演计算获得的地应力值与实测地应力值进行拟合对比，其中最大主应力反演值拟合误差总体在10%左右，拟合精度近90%，说明该方法可行且反演计算结果较合理。     

五女峰隧道隧址区地应力场反演与岩爆风险分析

隧址区地应力分布规律研究是确定隧道围岩岩性、工程设计和施工方案决策的重要前提。文章基于最小二乘法的多元回归方法对五女峰隧道初始地应力场进行了反演分析,得到了相应的回归系数。对比反演得到的应力值与实测值发现差异较小,反演结果满足工程应用要求。同时基于反演分析结果,给出了五女峰隧道岩爆风险等级分区图,隧道洞身区域处于高应力区域,施工过程可能存在岩爆风险,应加强监测并做好应急防治预案。     

建筑敏感区隧道破除抗滑桩进洞转换体系设计与施工方案优选

依托攀枝花阳光隧道，进行隧道开挖方案分析，并基于破除抗滑桩过程中围岩-结构受力特征，提出进洞转换体系设计方案。建立隧道开挖全过程精细计算模型，探讨不同工法对应的围岩、隧道及建筑物变形响应特征，综合考虑安全性、经济性、可行性及工期等多项指标进行方案优选研究，并进行现场实测验证。结果表明：在“扶壁式挡墙+抗滑桩”组合结构转换体系作用下围岩-结构位移得到有效控制且能满足整体稳定；预留核心土法施工较CRD法施工产生的力学扰动更明显，最大相差约40%，但两种工法开挖引起的地层、转换结构及建筑物位移均满足要求；隧道破除抗滑桩开挖阶段地层主要发生竖向位移，转换体系在紧贴截桩位置响应最明显，既有建筑向隧道侧发生微倾；原施工方案CRD法力学扰动小，但工程费用高、技术难度大、工序复杂、工期长，综合比选后采用预留核心土法进行施工。现场实测表明，所选方案具有合理性，依托工程取得了较理想的施工效果。     

隧道周边应变与挤压因子法在隧道围岩大变形预测中的应用

挤压性大变形是高地应力区软弱围岩隧道施工中亟待解决的工程难题,其变形量的预测是高地应力环境条件下软弱围岩隧道变形控制的关键。基于此,文章在总结前人研究成果的基础上,首先采用挤压因子法对某软岩隧道挤压性大变形等级进行预测,然后采用隧道周边应变法对挤压性大变形的量值进行预测,并提出了针对性控制措施。预测结果与实际开挖后的监控量测值较为吻合。该预测方法可对同类工程施工变形控制提供借鉴和参考意义。     

卵石地层地铁隧道近接施工位移特征研究

以北京地铁9号线某区间隧道近接既有铁路桥梁施工为背景,文章基于Hardening-soiJ本构模型采用三维数值计算与现场实测结果相对比的方式,研究卵石地层地铁隧道近接既有铁路桥施工的位移特征。研究得出的结论为:(1)卵石地层岩体较为松散,胶结性较差,围岩稳定性较低,可引入Hardening-soil模型模拟其应力-应变关系;(2)区间隧道开挖引发的竖向位移主要集中在隧道拱顶部位,并随着向地层深部的发展逐渐衰减;(3)地铁区间隧道施工引发的地表沉降可认为是两条单洞隧道地表沉降曲线的叠加,现场实测与数值计算得出的规律一致;(4)既有铁路桥结构最大位移值小于《铁路线路修理规则》的容许位移,现有开挖方式和支护参数满足既有结构安全运营条件;(5)地铁区间隧道开挖引发的地层、既有桥梁结构水平位移整体较小;(6)区间隧道开挖引起的土体扰动主要集中在隧道洞周5.4 m范围内。     

马蹄形隧道初期支护内力反演分析的理论研究

隧道开挖过程中,混凝土支护结构的内力分布表现出特有的动态变化特征,对施工环境下隧道支护结构的内力分布特征进行研究并对其薄弱部位进行预判是保障隧道施工安全的重要手段之一。文章将隧道弧段和边墙段初期支护分别视为弹性地基曲梁和直梁,基于初参数法和围岩压力量测,从理论上推导了马蹄形断面隧道初期支护内力计算的反演表达式;结合某隧道围岩压力的实测数据,反演了初期支护的内力分布。初期支护内力实测数据和反演分析结果对比分析表明,所提出的马蹄形隧道初期支护内力的理论反分析方法切实可行,可为隧道初期支护设计和施工工艺的优化提供理论依据。     

石混合地层浅埋隧道施工新技术

文章以某隧道穿越卵石混合地层为例,为解决该隧道施工过程中存在开挖严重、锚杆穿深困难、岩块连续下落等问题,提出了一种三台阶互补循环开挖方法,取代原有的CD法和CRD法,并优化了支护体系。结果表明,该方法减小了围岩扰动,提高了施工过程的安全性和结构的可靠性。新的开挖方法和优化的支护体系可以填补卵石混合层隧道设计与施工的空白,为今后此类隧道的施工提供参考。     

隧道洞口及洞身开挖施工技术探讨

某隧道工程沿线地形起伏大,地形复杂,采取先开挖洞口土石方预留至上台阶,减小边、仰坡开挖和扰动,并进行超前大管棚施工方案。系统地探讨该隧道开挖施工技术,为同类工程提供参考借鉴。     

大断面超小净距浅埋隧道施工过程地表沉降变形规律研究

文章基于四车道大断面超小净距的浅埋隧道开挖理论,以钦州市北部湾大道至中马钦州产业园道路工程B隧道为工程依托,对隧道在施工过程中进行地表沉降观测,研究了双侧壁导坑法施工中各施工步骤对地表沉降变形的影响规律及超小净距的邻近隧道开挖对已开挖隧道地表沉降的影响情况,并结合各测点的实测数据与太沙基地下洞室围岩压力理论,分析得到大跨度浅埋隧道开挖岩体的扰动范围。     

吉庆隧道断层破碎带水压力分布及塌方涌水处治研究

基于流固耦合和三维数值模拟,文章研究了吉庆隧道断层破碎带富水隧道中水压力的分布规律,预测了渗水量。结果表明:隧道开挖后,因扰动而产生超静孔隙水压力和地应力耦合,使拱腰部位出现的应力集中最为显著,其次是拱顶部位。针对该段出现的病害,采用帷幕注浆与超前预支护相结合的处治方法,处理了塌方和涌水病害,可为类似工程提供技术参考。     

石板尾隧道施工过程的动态仿真数值模拟研究

文章针对石板尾隧道浅埋偏压段台阶分部法施工的特点,采用有限元方法对隧道某一断面动态开挖过程进行数值模拟分析,以配合和指导隧道新奥法施工。通过将数值模拟结果与实测结果进行比较,验证了该数值模拟方法是切实可行的,可供隧道新奥法施工借鉴。     

关角隧道断层地应力特征与应用

基于关角隧道实测地应力数据,文章采用有限元多元回归法和有限元改进型BP神经网络法拓展得到三维区域宏观地应力场,分析了地应力的三维分布规律。结果表明,关角隧道所穿越多处断层位置处地应力值偏高,侧压力系数偏大。考虑到其可能对隧道设计和施工产生影响,进一步分析了隧道穿越断层过程中的地应力分布规律。结果表明,地应力沿隧道穿过断层的里程呈现两头小、中间大规律,应力分布明显受断层构造的影响而存在一定的偏压现象。研究成果是后续一系列科研、设计和施工的重要基础,通过优化设计和施工措施,关角隧道大变形地段均得到有效控制。     

富水砂层浅埋地铁隧道深孔注浆扰动机理研究

针对青岛地铁隧道穿越富水砂层施工过程中存在的涌砂、涌水等不稳定性问题所采取的深孔注浆加固措施,文章结合地铁3号线某区间富水砂层隧道工程实例,通过FLAC3D数值计算与现场实测手段进行了富水砂层地区地铁隧道施工中深孔注浆加固扰动机理研究。研究结果表明:(1)注浆深度和注浆压力对地层扰动变形影响显著,应综合考虑、合理选取,青岛富水砂层地区宜采用1.4~1.5 MPa的注浆压力;(2)地表持续隆起时,双线隧道上方的地表地层呈现M状隆起,隧道中线部位注浆压力对地层扰动影响明显,隆起最大位于拱顶部位;(3)地表在注浆初期迅速隆起,掌子面开挖至监测断面前-3D范围内时地表开始快速沉降,-2D范围内沉降放缓,开挖通过监测断面后至1D范围内地表较快沉降,然后逐渐趋于稳定;(4)注浆施工对建筑物的影响程度要小于单纯的地表抬升,上方建筑物随地层的M状变形出现正曲率变形,损害建筑物结构时,建筑物墙体一般会形成倒八字裂缝;(5)隧道内拱顶沉降和净空收敛均在下穿监测断面时变形较快,当开挖至距监测断面2D范围后,变形趋势逐渐减小,至3D范围后逐渐趋于稳定。     

紧邻基坑开挖的PHC桩侧向变形的预测

根据某基坑开挖期间的环境监测的实测数据,运用有限元正交数值试验、回归分析和优化相结合的方法反演了基坑软土的力学参数,研究表明了该方法合理有效;基于反分析的地层参数,预测了紧邻基坑开挖的PHC桩的被动侧向变形,结果表明计算值与实测值较接近。为今后类似工程的预测提供了参考。     

基坑开挖引起下方运营隧道位移的预测与控制技术研究

针对基坑开挖过程中对下方运营地铁隧道的保护问题,通过基于工程实测的隧道回弹隆起值的监控,对隧道回弹隆起的规律进行了分析研究。在考虑基坑开挖时空效应的基础上,分别对基坑放置时间、开挖方式、分块开挖宽度对隧道回弹变形的影响进行了分析和归纳,得出了隧道位移受基坑放置时间、开挖方式、分块开挖土体宽度的影响的规律。     

考虑盾构隧道壁后间隙与注浆分布模式的地表沉降随机预测方法

盾构隧道施工中的壁后间隙、注浆分布模式、开挖面土体变形是影响地表沉降的三个主要因素,而这些因素又与地层条件和施工工艺密切相关,但现有研究中对这些因素量化分析的成果较少。文章基于随机介质理论,将上述三个影响因素分别用等效间隙量Δ1、等效间隙分布角α和负土体损失量Δ2来表示,推导出了盾构隧道施工中三维地表沉降预测公式,并将计算参数Δ1和α对地表沉降的影响进行量化分析;同时,根据实际工程中的沉降监测数据对参数取值进行反演分析,得出了盾构隧道施工中预测地表沉降的三维解。将文章提出方法的计算值与实测沉降值、修正Peck公式的计算值分别进行对比发现,该方法能更真实地预测实际地表沉降的大小和分布特征,证明了提出方法的合理性和反分析参数的可靠性。     

城市地下工程活动的工程土工学问题（上）

本文以下几方面的城市环境土工学问题进行了讨论，包括：１问题的提出及对研究工作的要求；２理论预测中的若干关键问题，探讨了因隧道盾构掘进和地下连续墙基坑开挖对土体受施工扰动而地层移动的影响。４工程计算分析实例及其与实测结果的对比；４进一步研究工作的前景。     

土体力学参数随隧道施工动态变化对地层扰动影响的研究

文章基于土的三相体系,并依据隧道施工对土体扰动区域的划分,推导得出土体孔隙比与体应变的关系;运用有限元法计算不同区域的体应变,参考土体力学参数与孔隙比的关系,计算扰动土体力学参数在隧道开挖前后的变化,进而研究考虑土体力学参数变化与否对地层扰动的影响差异。计算实例分析表明:相对于假设隧道开挖过程中土体力学参数恒定的情况,在考虑土体力学参数改变情况下地表最大沉降增大8.1%,塑性区域范围面积增大55.6%。     

基于机器学习的铁路隧道施工碳排放预测模型研究

为构建适用于铁路隧道施工建设阶段碳排放预测的算法模型，以某铁路隧道建设工程为研究案例，首先基于碳排放计算体系量化得到案例隧道的施工碳排放量与各子阶段碳排放占比；然后采用多种机器学习算法构建不同预测模型，结合动物优化算法对预测模型进行参数调优，选用R²、MAE、MSE、RMSE、MAPE、SMAPE等评价指标对比分析拟合效果，筛选最佳预测模型，并基于SHAP值分析各参数变量的重要性程度。结果显示：建材生产阶段对隧道施工碳排放的贡献最大，建材运输阶段的碳排放最小；BP神经网络相对随机森林、LightGBM、SVR、极限学习机等算法的回归效果更好，并且通过对比使用PSO算法、WOA算法和SSA算法优化后的回归预测模型，WOA-BP算法的拟合效果最好；基于SHAP算法的分析，各参数变量的特征重要性排名依次为：开挖面积>围岩等级>开挖工法>埋深。     

虚拟支撑力法数值模拟技术的应用

文章结合湖南雪峰山特长公路隧道的工程实践,根据隧道开挖过程中地应力随施工工序逐步释放的真实过程,基于有限元计算程序,运用“施加虚拟支撑力法”进行适当的开发,对隧道开挖过程进行数值模拟研究,获得了对隧道围岩应力形变场一种快捷准确的认识思路,不仅能更好的符合工程实际,也为隧道开挖过程的数值模拟研究提供了一种思路和方法。