长大隧道软弱围岩施工大变形智能预测方法

长大隧道软弱围岩段施工大变形预测是保证长大隧道施工安全和工程质量的重要措施。结合宜万铁路堡镇隧道工程，运用BP神经网络和遗传算法进行长大隧道软岩段施工大变形预测。采用遗传算法自动搜索使BP神经网络训练效果最优的网络参数，形成能够反映变形与时程高度非线性和不确定关系的GA-BP算法，建立预测智能模型。将预测时间点输入此智能模型，由BP神经网络优异的泛化性能获得该时间点的变形预测值。堡镇隧道应用结果表明，GA-BP算法具有很高的预测精确度，对连续5d隧道变形预测的最大误差仅为6．68％，完全满足长大隧道软岩段施工大变形预测的需要。     

隧道施工围岩变形预测的智能模型

将支持向量回归(SVR)算法引入隧道施工期围岩变形预测,并采用遗传算法来自动搜索支持向量回归算法的模型参数,形成GA-SVR算法。结合香河隧道的施工变形监测,建立起了公路隧道施工围岩变形预测的GA-SVR智能模型。采用此模型对香河隧道后继开挖的监测时间点进行变形预测,并与实测变形对比,所建立的GA-SVR智能模型预测最大相对误差仅为6.99%,平均预测相对误差仅为1.99%,完全可用于公路隧道施工期的围岩变形预测,并为类似工程提供了借鉴。     

基于BP神经网络修正的自适应灰色模型的隧道变形预测研究

隧道围岩具有高度的非线性变形特征,通过变形预测能有效判断隧道变形的发展趋势。首先以自适应GM(1,1)模型对隧道变形进行初步预测,且为保证自适应模型的参数为全局最优参数,提出以粒子群算法对模型参数进行优化;其次,以BP神经网络为基础,建立误差修正模型,旨在进一步提高预测精度。在此基础上,将该预测模型应用于2个工程实例中,结果表明:该预测模型在横向和纵向上的预测效果均较好,自适应能力和递推能力均较强,预测结果与实测值较为吻合,预测精度较高,能较好地反映隧道围岩的变形规律。该预测模型能较为有效地实现隧道围岩的动态预测,可以进行推广应用及研究,为隧道变形预测提供一种新的思路。     

隧道围岩变形预测的进化高斯过程回归模型

隧道施工围岩变形预测是关系到隧道施工安全和工程质量的关键,至今已出现多种预测模型,但也存在各种问题。本文将高斯过程回归(GPR)引入隧道施工围岩变形预测以克服现有模型存在的问题,针对目前采用共轭梯度法获得GPR模型最优超参数的缺陷,将十进制遗传算法(GA)与高斯过程回归算法相耦合,采用遗传算法在训练过程中自动搜索GPR模型最优超参数,形成GA-GPR算法,并编制相应的计算程序。为了对比,采用遗传算法与支持向量回归(SVR)算法相耦合,形成GA-SVR算法,将这两种算法程序应用于黄榜岭隧道施工围岩变形预测。计算结果对比表明:本文提出的进化高斯过程回归算法明显提高了预测精度,并为类似工程提供借鉴。     

基于混合PSO-RBF神经网络的铁路隧道岩爆分级预测

岩爆是铁路隧道建设中主要灾害之一。为了准确预测铁路隧道岩爆烈度等级,以岩石应力系数σ_θ/σ_c、岩石脆性系数σ_c/σ_t以及弹性能量指数W_et作为岩爆烈度评价指标,提出一种基于混合粒子群优化算法优化的径向基(RBF)神经网络岩爆预测模型。首先在国内外研究成果基础上,选取80组已有岩爆实例作为模型基础数据;然后运用结合了模拟退火算法的粒子群算法(混合PSO)改进径向基神经网络,通过训练数据选取最优的权值W和基函数标准差σ,得到混合PSO-RBF神经网络岩爆烈度预测模型;最后将模型应用于实际铁路隧道工程进行验证。研究结果表明:该模型兼顾个体最优和全局最优,能够正确、有效的对铁路隧道岩爆等级做出预测,为铁路隧道岩爆预测提供了一种新方法。     

PCA-PNN模型在铁路隧道围岩安全性预测评价中的应用

为客观评价隧道围岩安全状态,结合围岩岩体结构及地质特征等影响因素,建立影响隧道围岩安全的各指标因素。用主成分分析PCA法应用MATLAB软件对建立的指标因素进行主成分提取。将分析后所得的主成分作为概率神经网络PNN的输入向量,构建隧道围岩安全性预测评价模型。运用PCA-PNN模型对张吉怀铁路兰新乡隧道围岩进行安全性预测评价,得出各样本的围岩安全状况与现场情况相吻合,评价结果切合实际并与TOPSIS法评价结果基本相符。该评价模型简单可操作,预测评价结果对隧道施工有一定的指导意义,可应用于隧道围岩安全性预测评价研究中。     

基于量测数据频率分布的隧道变形分析与预测方法

目前隧道围岩主要通过建立本构模型，利用理想化力学模型对其变形进行分析与预测。但影响围岩变形的变量较多，存在一定随机性，其定量分析和预测结果准确性依赖于本构模型与实际围岩匹配程度，工程实用性较差。围岩量测数据是在各种变量作用下围岩变形行为最为宏观和客观的表现，其变形因素和结果应满足一定的概率分布规律。本文以张吉怀铁路新华山隧道为背景，介绍通过既有量测数据的分布频率预测围岩变形原理及方法，从概率角度对围岩变形行为进行分析，以概率形式预测变形趋势，实用性较强。     

基于突变理论的岩溶隧道拱顶安全厚度分析与失稳预测

为解决岩溶地区隧道安全施工的问题,在突变理论基础上,对岩溶隧道顶板安全厚度及稳定性问题进行研究.基于弹性梁模型,综合考虑围岩自重和隧道坡度等因素,建立隧道拱顶突变失稳的判别方程,得到岩溶隧道顶板安全厚度的计算公式,并分析相关因素对顶板安全厚度的影响规律.在此基础上,进一步提出隧道拱顶失稳预测方法,并结合工程实例进行验证.研究结果表明:溶腔水压力、溶腔大小、围岩弹模对拱顶安全有着重要影响;基于突变理论得到的岩溶隧道顶板安全厚度计算方法在实际工程应用中具备可行性与较高的准确性,建立的顶板失稳预测模型能有效预测岩溶隧道拱顶失稳时间.     

深埋软岩隧洞围岩变形破坏分区规律反演分析

研究目的:榴桐寨隧道是新建成都至兰州铁路线的关键性控制工程,其围岩大变形问题十分突出,而目前对深埋隧洞围岩流变条件下的变形预测尚无成熟的计算方法。本文在总结现有围岩变形研究成果的基础上,将隧洞围岩简化为理想弹塑性介质并布设全长锚固锚杆,基于锚杆-围岩协调变形原理,分析杆体表面摩阻力及其轴力的分布规律,由静力平衡条件推导锚杆中性点处的最大轴力值,进而建立变形稳定后围岩的塑性区及松动区半径公式,从理论上确定榴桐寨隧道围岩的松动区及塑性区范围,为优化围岩支护方案及参数提供重要的技术支撑。研究结论:(1)工程实际中,围岩流变是导致深埋隧洞出现大变形的根本原因,隧洞围岩变形通常在初期锚杆支护一段时间后才趋于稳定;(2)隧洞围岩与锚杆协调变形,杆体所受正、负摩阻力的分界面即为杆体中性点,该点杆体与其周围岩体的相对位移及表面摩阻力为零,但其所受轴向拉力达到最大值;(3)通过锚杆所受最大轴力可对变形稳定后的隧洞围岩塑性区及松动区范围进行反演分析,围岩塑性区及松动区范围的大小随岩体黏聚力和内摩擦角的增加而减小,随隧洞半径的增加而增大,但受支护阻力的影响不大;(4)现场应用结果表明,基于锚杆轴力反分析隧洞围岩分区规律的方法是合理可行的,该研究成果对于类似隧洞工程的安全快速施工具有一定的借鉴意义。     

隧道围岩变形预测的最小二乘支持向量机方法

为及时掌握围岩变形趋势并采取措施加以控制,在岭南高速雪家庄隧道施工过程中,采用一种新的时间序列预测模型--最小二乘支持向量机(LS-SVM).介绍了LS-SVM的基本原理和该预测模型的具体操作步骤,实践表明,该方法不仅应用简便,而且对围岩变形预测精度较高,能够满足实际工程的需要.     

新奥法施工近距双线浅埋隧道围岩变形特性研究

为揭示新奥法施工近距双线浅埋隧道围岩的变形特性,依托某市地铁隧道工程为背景,采用理论分析、数值模拟、现场测试等相结合的方法,分析近距双线浅埋隧道采用新奥法施工过程中的地表沉降、拱顶位移及围岩收敛规律。研究结果表明:隧道开挖面卸载是围岩发生变形的主要诱因;近距双线隧道开挖围岩变形存在叠加,主要叠加区域位于双线隧道中线连接区域,相比单线开挖同位置变形最大增量达45%;由变形预测结果可知,地层变形在建设期基本完成,约占预测10年变形总量的85%以上。     

通透肋式拱梁隧道变形机理及力学特征分析

研究目的:基于对浅埋傍山隧道稳定性控制因素及传统设计方案的分析,提出一种全新的隧道结构型式——通透肋式拱梁隧道。研究和掌握通透肋式拱梁隧道变形机理及其力学特征,了解隧道进洞开挖过程中坡体及围岩的变形发展趋势,为其工程防治措施提供依据。研究结论:结合工程实际,对通透肋式拱梁隧道设计原理和结构特征进行分析,在岩体结构及坡体结构特征研究的基础上,结合隧道进洞过程中产生的变形破坏迹象,阐述了隧道的变形破坏机理;采用数值模拟手段,对隧道围岩-支护结构相互作用力学特征进行了分析研究,结果表明,两者协调作用良好,但对应力集中部位应加强支护强度。     

浅埋矿山法隧道施工对地表建筑物的影响研究

浅埋隧道施工对地表建筑物的影响,主要与隧道断面和埋深、围岩物理力学性质、施工方法及隧道和建筑物的空间相对关系直接相关。基于莞惠城际铁路松山湖隧道下穿建筑物区段工程,为预测浅埋隧道施工对地表建筑物的影响范围以及影响程度,以隧道埋深、建筑物基础类型、隧道与建筑物空间关系等多种因素为可变参数,建立大量力学模型,通过数值模拟分析,得到隧道围岩变形规律,并以此为基础分析隧道开挖对地表建筑物变形的影响。结合工程经验,建立划分隧道对地表建筑物影响范围的分区和控制标准,提出相应的影响范围判定经验公式。     

考虑纵向施工的深埋软岩隧道黏弹-塑性时效解析

软岩通常具有较强的蠕变性,深部软岩隧道的围岩收敛和支护受力往往表现出明显的时效特性。因此,考虑隧道掌子面推进的同时,运用流变理论对深部软岩隧道的围岩应力变形时效规律进行分析具有重要意义。研究针对深埋软岩中圆形隧道的纵向开挖过程,同时考虑掌子面推进引起的应力释放效应和围岩自身的蠕变性,推导出隧道纵向施工中围岩应力变形的黏弹-塑性时效解。解答中假定围岩服从Burgers-MC黏弹-塑性模型(CVISC),隧道纵向为连续不间断开挖。基于所提出的理论解,对新疆特克斯软岩隧道开挖过程中的围岩变形应力进行了初步预测和分析;同时,通过对比FLAC数值模拟结果和现场监测数据,验证了解答的正确性和可靠性。进一步,基于解答深入研究深部黏弹-塑性软岩中隧道围岩的应力、变形及黏塑性区域随时间和开挖过程的演化规律。研究结果表明：黏弹性区和黏塑性区边界上应力是定值,与黏塑性区大小无关;在隧道开挖阶段,应力释放引起的围岩位移占主要成分,后期应力释放完成后,围岩蠕变变形占主要部分。本解答为深埋软岩隧道施工过程中的围岩收敛变形和应力预测提供了理论方法。     

云母片岩隧道围岩大变形分析研究

随着铁路建设的快速发展,隧道工程的比重不断加大,云母片岩隧道围岩大变形已严重影响了隧道施工安全和进度,本文为解决这些问题,通过对宝兰高铁杨家庄隧道云母片岩结构特性、矿物成分、抗压强度和水理特性等工程特性的介绍,对云母片岩隧道围岩大变形特征及变形因素进行分析研究。(1)变形特征:沉降收敛变形量大,变形速率快,变形持续时间长,变形差异大,洞身纵向变形分布不均及破坏形式多样性;隧道围岩变形与隧道围岩压力有着密切相关性,且早期变形严重,半个月后逐渐趋于稳定。(2)变形因素:地形地貌、岩性特征、岩体结构、地下水及围岩压力是云母片岩隧道围岩大变形的主要因素;单斜地层和地形产生偏压、开挖卸荷后围岩受地下水渗流软化沿变质片理面及泥质夹层产生塑性蠕变,使围岩压力分布不均等因素是导致杨家庄隧道围岩大变形的根本原因。     

膨胀偏压软岩隧道变形机理分析及控制技术

青峰隧道主要围岩为绢云母片岩,石英、云母含量较高,受著名的青峰断裂带严重影响,隧道施工中经常出现大变形问题。通过分析该隧道变形破坏特征,从围岩岩性条件、偏压、地下水条件及再次扰动等因素对该隧道大变形机制进行了研究,结果表明,大变形为围岩塑性流动及围岩膨胀变形的综合作用。并通过对大变形原因的分析,总结了一些此种围岩情况下大变形控制施工技术,为类似围岩工程提供一定的借鉴。     

青岛地铁穿越富水弱胶结地层支护方案优化研究

为解决青岛地铁穿越富水弱胶结地层隧道安全快速施工难题,针对隧道上部天然隔水层保护前提下的支护方案优化,考虑支护结构对围岩稳定性控制的影响,通过数值模拟分析了不同支护方案下隧道开挖后围岩变形规律与塑性区扩展特征;基于隧道上覆岩层塑性区范围、隧道沉降和收敛值等控制指标优化了支护方案,并结合Peck公式采用非线性拟合方法建立了地表变形预测公式。结果表明:以超前小导管结合超前锚杆的联合支护体系能够有效控制隧道开挖围岩变形,并对上覆隔水层起到一定保护作用,优化后支护方案安全、合理、高效,为类似条件下的地铁隧道变形控制及快速施工提供了理论依据和技术指导。     

隧道围岩大变形灾害特点与主动控制方法

隧道围岩大变形灾害控制一直是困扰工程界和学术界的关键难题。简要总结隧道围岩大变形控制领域取得的主要研究成果，包括大变形分级与评价、围岩控制理念与技术等。研究提出，大变形灾害本质上是对围岩稳定性控制不当所致，主要包括围岩失稳、结构失效及持续缓慢变形等3种模式，而灾害分级应从自然因素和工程因素等多维度出发，结合致灾机理及孕育条件，实现致灾可能性→灾害时效性→灾害危险性的科学预测。阐述了隧道围岩大变形灾害控制原理，提出大变形灾害控制应以关键结构层稳定性控制为核心，以刚度设计为手段，强调超前预支护与预加固的防坍塌与控变形作用，并通过协同锚固体系控制围岩急剧变形量，实行精细化全过程控制，形成围岩大变形灾害的协同控制关键技术。     

基于两步分级法和现场监控量测的隧道围岩稳定性研究

围岩分级是隧道稳定性评价的基础,采用两步分级法从定性和定量两个角度出发,综合多因素指标评判分级,为调整优化相应工程措施提供重要依据.通过现场监控量测,获得反映围岩和支护结构状态的数据,对其进行回归分析,根据围岩变形量和变形速率判据,对围岩稳定性进行评价,为确保靖宇隧道安全提供可靠依据,为二次衬砌提供合理的支护时机.     

水平层状围岩隧道锚喷支护参数优化试验研究

基于水平层状围岩结构特征,提出层状围岩中隧道开挖支护优化工况,进行桐木湾隧道锚喷支护参数优化对比现场试验和数值模拟分析,根据现场测试和数值模拟结果,分析了锚喷支护参数优化前后的锚杆受力和围岩变形特征。研究结果表明,水平层状围岩隧道锚喷支护参数优化工况可行,可为类似条件下隧道支护的设计与施工参考。