基于系统工程方法论的川藏铁路隧道工程建设管理探讨

为全面提升应对川藏铁路隧道工程建设中复杂问题的能力和手段,以时间维、逻辑维、知识维以及环境维为基础结构,建立了基于系统工程方法论的川藏铁路雅安至林芝段隧道工程建设管理体系。结合川藏铁路隧道工程面临的主要挑战,根据时间维的不同阶段和逻辑维的目标实现,通过知识维的技术积累和研究攻关,系统总结了针对工程勘察与设计、特殊不良地质、施工组织和建设管理等重点问题的对策措施,以期为川藏铁路雅安至林芝段隧道工程的建设管理提供参考。研究表明:(1)隧道工程在川藏铁路全线占据主导地位,应建立基于系统工程方法论的全周期建设管理体系;(2)川藏铁路隧道工程的技术挑战主要是特殊复杂的地质环境,相关解决方案应在可研和设计阶段提出,在实施阶段深化应用研究,以确保对策措施的有效可靠;(3)鉴于川藏铁路隧道工程严酷的环境条件、极端的地质挑战和超长的建设周期,需要更高水平的"四化"支撑和突破性管理创新;(4)鉴于川藏铁路隧道工程建设管理问题的复杂性,任何一个参建方都不可能独立应对这一巨大系统工程的管理风险,需要建立更高层次的全周期一体化管理机制,实行更严格的生态环境保护,组织更有力的科技创新支撑。     

福建梅花山隧道岩爆机理的数值模拟分析研究

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,以实测应力数据为边界条件并利用Hoek-Brown强度准则估算确定岩体的输入参数,分析了开挖过程中开挖步骤的相互影响,以及隧道的三维时空应力场的变化规律。结果表明,隧道在高地应力作用下,拱顶形成压应力集中,拱肩位置形成了剪应力集中,这些应力集中导致洞壁围岩发生脆性破坏,并且后续的开挖作业会影响先前开挖成型的洞段,导致应力集中作用更为明显,加重围岩的破坏;工程实践中实际发生岩爆的位置与数值模拟结果中显示的最大压应力和最大剪应力集中位置对应良好,证明数值模拟结果能很好地揭示该隧道岩爆发生的孕育机理和规律性。     

川藏铁路拉萨至林芝段嘎拉山隧道正式贯通

正2018年4月7日,川藏铁路拉萨至林芝段嘎拉山隧道正式贯通。嘎拉山隧道位于西藏拉萨市曲水县和山南市贡嘎县境内,是川藏铁路拉萨至林芝段的重点工程和工期控制性工程,隧道全长4 373 m,最大埋深674 m,线路平均海拔3 600 m。施工过程中存在隧道穿越风积砂层、危岩落石、围岩变化频繁等技术和地质难题。施工人员采用"明暗结合开挖法",创新性地使用水平与竖直高压旋喷桩的施工工艺,有效规避了风积砂自稳性差、极易冒顶坍塌     

基坑开挖对邻近地铁隧道结构的影响规律分析

目前对于基坑开挖施工作业对地铁隧道结构的影响往往基于单个工程案例及以往案例的总结,临近距离、地层土质情况、开挖深度等对隧道结构的影响规律并不明确。文章以南京地铁保护区内某基坑项目为例,采用有限元分析法,分析了不同基坑与地铁线路的距离、基坑开挖深度、地质条件等影响因素下的地铁隧道结构位移、变形情况,全面总结基坑开挖对邻近地铁隧道结构的影响规律。     

软弱围岩大断面隧道开挖支护施工技术及应用

软弱围岩大断面隧道开挖支护施工技术可解决软弱围岩结构面松弛、黏结力较差等问题。为进一步提高隧道施工质量,结合实际工程案例,从工程施工风险层面出发,深入分析隧道开挖支护方案,论述软弱围岩大断面隧道开挖支护施工方法,分析超前支护施工技术要点,希望为隧道开挖支护施工提供参考。     

山岭隧道爆破效果神经网络评价模型及爆破参数优化决策方法研究

针对山岭隧道爆破开挖普遍存在的超欠挖过大、渣体块度不适等问题，分析了造成这些问题的主要因素，确定了隧道爆破开挖效果评价指标体系，建立了以爆破块度和超欠挖量为预测目标的隧道爆破效果神经网络评价模型，提出了基于深度学习的隧道爆破渣体块度实例分割算法，形成了山岭隧道爆破参数优化决策方法，进而开展了工程应用与验证。结果表明：（1）基于深度学习的隧道爆破渣体块度实例分割算法检测出的块体大小与真实值误差小于6.9%（置信度为95%），实现了隧道渣体块度样本数据的快速获取；（2）经148组工程实践样本数据训练后的隧道爆破效果神经网络评价模型能够较为准确地预测出爆破渣体块度与超挖量；（3）爆破参数优化后试验断面的平均线超挖量均在10%左右，较原方案降低了50%以上；实测得到的渣体块度与超挖值与模型预测结果一致性良好，偏差小于20%。     

城市浅埋及超浅埋隧道非爆技术设备选型与配套研究

随着我国铁路建设事业的迅猛发展,隧道开挖作业所面临的环境越来越复杂.重庆铁路枢纽规模宏大,穿越城市繁华区,尤以新红岩隧道埋深浅,上部楼房林立、人口密集,重要建(构)筑物和精密设备保护点较多.如何控制隧道施工对周边环境及邻近居民的影响是本工程重难点所在.文章针对非爆破开挖技术方案进行比选并结合隧道工程实际情况最终选择了悬臂式掘进机方案.     

基于隧道开挖扰动修正的初始地应力反演方法及应用研究

以某板块缝合带区域沿线隧道开挖扰动后地应力实测结果为基础，提出一种基于数值模拟的考虑隧道施工扰动的初始地应力反演方法，并在某铁路沿线5座典型隧道进行了应用。结果表明，该铁路典型隧道地应力修正系数k和λ的取值范围分别为1.236～1.404和0.846～1.069，实测地应力值总体偏小；水平主应力对隧道施工影响较大，初始地应力的反演对于类似工程的建设是必要的；基于该反演方法，考虑开挖扰动后的地应力计算值与实测值的误差不大于5%。     

基于强度折减动力分析法的围岩稳定性研究

为获得隧道爆破开挖后围岩的稳定性及临界失稳破坏形态,文章以兴泉铁路金井隧道为工程依托,采用强度折减动力分析法原理,结合特征点位移是否突变、塑性区是否贯通、计算是否收敛这三种动力失稳判据,对隧道掌子面围岩进行动力安全系数分析,研究在不同开挖方法、不同开挖进尺、不同围岩等级下爆破对隧道整体安全系数的影响。研究结果表明:全断面爆破开挖的安全系数约为上下台阶开挖的0.96倍;开挖进尺越小,整体安全系数越大;围岩等级越高,爆破开挖下隧道掌子面围岩的稳定性越好;隧道爆破后毛洞安全系数均大于1.30。为了使隧道爆破开挖后围岩更加安全稳定,可以选取上下台阶爆破方法和减小开挖进尺的手段。     

基于非接触测量技术裂隙岩体隧道开挖局部损伤分析

裂隙岩体损伤区的合理确定对于工程开挖和支护方式的选择至关重要。文章针对这一问题,提出了基于现场岩体结构面的精细测量和表征技术,利用优化后的数值模型定量分析隧道岩体损伤区范围及其力学特性;结合辽宁建兴高速公路某隧道开挖工程实例,采用非接触测量手段采集隧道掌子面的结构面信息,并导入GeoSMA-3D系统,生成接近实际情况的三维空间结构面模型;在此基础上利用颗粒流数值方法 PFC计算确定隧道开挖损伤区范围,并对围岩应力、位移曲线和力链、裂隙分布进行了对比分析。其研究结果表明,力链集中表征围岩开挖扰动程度,裂隙的密度表征围岩开挖损伤程度,而裂隙的贯通则与破坏区对应,从而可以较准确地识别节理岩体隧道工程中岩体损伤区范围及其力学特性;同时利用PFC也较好地模拟了岩石在破坏阶段存在的损伤局部化现象。     

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。     

软弱隧道围岩锚杆支护效应的落门试验研究

在软弱围岩中进行隧道开挖,往往因岩体变形过分或局部应力集中而导致围岩失稳破坏,在实际工程中大多采用锚杆作早期支护。文章以Ⅳ级软弱围岩为参照对象,利用相似模型试验进行了锚杆支护条件下的隧道施工过程模拟,对开挖过程中围岩的渐进破坏特征、破坏模式以及锚杆的支护效应进行了研究。试验结果表明,隧道开挖将会在隧道周边形成一应力扰动区,而真正塌落成拱的只是该扰动区的一部分;由于有锚杆的支承作用,拱顶岩体的破坏呈分区破坏模式;岩体的破坏范围主要集中在隧道两侧与水平面成45°+φ/2的扇形区域内;在隧道开挖后,拱顶上方岩体的切向应力升高形成承载压力拱,主要位于距拱顶约1.0~1.25B处(B为隧道跨度)。     

山岭隧道围岩流变参数识别及应用研究

依托西康高速公路油房湾小净距隧道工程,对隧道围岩--石灰岩的流变特性进行了试验研究,给出了流变变形特性曲线,建立了能描述油房湾隧道围岩流变变形特征的流变模型.基于流变反演理论,获得了相应模型的弹性性能参数(岩体弹性体积模量、剪切模量和变形模量等)和流变参数及长期弹性模量等.利用反演流变模型及参数,并结合油房湾小净隧道工程地质特点及施工方案进行了三维流变数值模拟分析.结果表明,小净距隧道围岩变形时效特性规律基本符合H-K模型特征,表明基于试验辨识的H-K蠕变模型和反演参数的数值模拟能超前做出科学预测和定量评价,为山岭小间距隧道的设计和施工提供了可靠的参考信息和理论依据.     

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。     

云南某隧道水文地质特征及其对隧道的影响

文章基于对云南某隧道地貌与地质情况的分析,总结了该隧道区的水文地质特征,阐述了其地下水系统划分及特征,分析了地下水对隧道开挖的影响,并提出了相应的工程建议。     

基于属性识别理论的隧道施工超前地质预报可靠性分析

超前地质预报技术是探测隧道开挖掌子面前方不良地质、降低施工风险的一项重要技术措施。为确保超前地质预报技术探测的地质信息可靠、准确,文章建立了基于属性识别理论的隧道施工超前地质预报可靠性评价模型,在综合分析预报可靠性影响因素的基础上,从预报方案、预报作业人员、预报设备、预报环境、预报管理5个方面考虑,选取综合预报方法数量、作业人员从事预报工作时间、预报设备维护频率、与预报无关设备及人员数量、预报管理合理性作为评价指标,对各影响因素评价指标进行定性与定量描述,并对其进行等级划分;对于预报可靠性评价模型中各指标权重的确定,采用简单关联函数法来确定各评价指标所占权重;通过现场跟踪调查获取的各评价指标值及构造的属性测度函数计算隧道预报区段的单指标属性测度与综合属性测度,进而应用置信度准则对隧道预报区段的预报可靠性进行评价;最后通过工程实际应用表明属性评价结果与现场实际预报的可靠性情况一致。     

基于层次分析法的公路路基侧滑治理对策优选分析

基于层次分析法原理,充分考虑社会效益和经济效益,提出公路路基侧滑治理对策方案的优选方法,结合某一工程案例,结果表明,该方法能运用于公路侧滑治理对策方案的优选中,为设计部门养护部门和管理部门的决策提供参考。     

炭质板岩隧道变形加固方案及施工工艺探讨

以新建成都至兰州铁路松潘隧道为工程实例,探讨研究炭质板岩段隧道变形加固技术及处理方案。施工中采用长锚杆加固围岩,优化施工工艺,控制开挖步距,加强钢架拱脚的锁脚措施,并及时将初期支护封闭成环,能够较有效地控制隧道变形,避免初支开裂,钢架扭曲等安全质量事故,对今后类似工程地质条件的隧道修建提供参考。     

三台阶七步开挖法在离石隧道施工中的应用

结合太中银铁路离石隧道工程实例,从工法控制和现场管理出发,介绍了该隧道采用三台阶七步开挖法的旌工总则和技术特点、施工方法、施工组织以及施工控制要点和注意事项等内容,总结了三台阶七步开挖法在软岩土质(Ⅳ、Ⅴ级围岩)隧道施工中取得的成功经验.     

复杂条件下浅埋暗挖地铁车站施工地表沉降规律分析

文章以沈阳地铁中街站大跨度隧道工程为研究对象,应用FLAC3D计算软件,对复杂条件下浅埋暗挖大跨度隧道引起的地表沉降变形特征进行了数值模拟。根据洞桩法施工开挖方案,紧密结合工程实际,将动态施工开挖过程划分五个工况进行模拟,分析各施工工况对地表变形的影响和分布规律,并按工程信息化施工要求事前将预测数据提供施工单位,以指导施工控制地表沉降。模拟结果表明,采用洞桩法开挖施工过程中,对地层土体扰动较大,明显影响隧道中心附近地表变形的步序是小导洞开挖和初期支护扣拱施工阶段,约占最终沉降量的70%;而其他步序影响较小。最终,地表沉降在隧道横向分布呈"W"形态。模拟结果与现场监测数据具有较好的拟合性,表明利用数值分析方法预测大跨度隧道施工期地表沉降是可靠的。