基于BP神经网络的瓦斯隧道突出预测系统开发研究

瓦斯隧道突出影响因素多,难以为其建立合适的多指标非线性预测模型。为了提高突出预测的准确性和增强预测方法的可操作性,采用BP神经网络建立瓦斯隧道突出预测数学模型。借助ASP.NET技术、C#语言和SQL Server 2008数据库,在C#.NET环境下利用Matlab引擎技术调用神经网络工具箱,成功构建了突出预测系统。以肖家梁隧道为例对该系统进行实际检验,预测结果与隧道实际状况达到了较好的一致性,可实现瓦斯隧道突出的准确预测。     

隧道岩爆预测的距离判别分析模型研究及应用

将洞室最大切向应力和岩石单轴抗压强度的比值、岩石单轴抗压强度和岩石单轴抗拉强度的比值、弹性能量指数这3项影响隧道岩爆的主要指标作为判别因子,建立隧道岩爆预测的距离判别分析模型。以国内外重大隧道工程发生岩爆的实测资料作为学习样本进行训练,建立相应判别函数对待判样本进行预测。该模型在预测判别中综合考虑了影响隧道发生岩爆的多项因素,通过判别模型的学习功能获得岩爆与其各影响因素之间的复杂关系,排除了一般准则中建立判据时人为因素的影响。实例证明该模型利用回代估计法所得到的误判率为零,并具有较强的判别能力。     

基于灰色理论与BP神经网络的特长瓦斯隧道爆破参数优选

围岩岩体力学行为复杂多变,为避免爆破振动激发煤与瓦斯突出,获得合理的松动爆破,对特长瓦斯特大断面隧道爆破参数进行优选预测研究。基于灰色系统理论和BP神经网络,考虑围岩累积爆破损伤变形具有的动态性、瓦斯等灰色信息,选取最小抵抗线、炮孔间距、装药集中度等参数作为主要优选指标,建立基于单位化约束条件的综合集成优选模型,并对爆破振动效应下的特长瓦斯特大断面隧道的爆破参数进行优选预测。结果表明,建立的基于单位化约束条件的综合集成优选模型降低了试验中爆破参数的离散程度,当爆破参数E、W、q1的优选值分别为60、70 cm、0.12 kg/m时,基于单位化约束条件的综合集成优选模型优选预测值精度较高,隧道爆破效果较好。     

隧道围岩分级的距离判别分析模型及应用

隧道围岩的分级是隧道工程中的一项重要研究工作.将距离判别分析方法应用于隧道围岩分级问题中,建立隧道围岩分级的距离判别分析模型,选用岩石等级、风化程度、岩体弹性纵波波速、岩体结构、地质构造影响程度、节理裂隙发育程度和地下水情况7项指标作为距离判别分析模型的判别因子,以工程岩体实测数据作为学习样本进行训练,建立相应判别函数对待判样本进行分级,并利用回代估计方法进行检验.并将建立的模型运用到实际隧道工程的围岩分级判别中.研究结果表明距离判别分析模型分级性能良好,预测精度高,回代估计的误判率很低,是隧道围岩分级的一种有效方法,可以在实际工程中进行推广.     

金洞隧道瓦斯煤系地层施工技术

结合渝怀铁路金洞隧道进口瓦斯煤系地层施工技术,着重介绍隧道瓦斯工区设置及等级确定、煤层位置的确定、瓦斯突出危险性预测及判别准则、防突技术与措施、石门揭煤施工要点、施工安全技术措施、工程效果及体会。     

渝怀二线新白沙沱隧道瓦斯突出及工区判定

研究目的:渝怀铁路增建二线新白沙沱隧道四次穿过二叠系上统吴家坪组煤系地层，煤层层厚0.35～0.81 m不等，隧道设计和施工均需要确定瓦斯突出危险性及瓦斯工区类型。本文在调查、收集临近既有煤矿、铁路隧道煤层瓦斯资料的基础上，采用瓦斯压力梯度法计算并判定瓦斯突出危险性，采用绝对瓦斯涌出量公式计算并判定瓦斯工区类型，旨在为隧道结构设防、风险管理、施工组织等提供依据。研究结论:(1)新白沙沱隧道埋深位于瓦斯风化带以下，场区瓦斯压力梯度约为4.5×10^-3～5.1×10^-3 MPa/m;(2)隧道揭煤处开挖工作面瓦斯初始压力超过了0.74 MPa的临界值，为瓦斯突出危险工作面；(3)隧道穿煤系地层段绝对瓦斯涌出量约为2.0～2.2 m³/min,为高瓦斯工区；(4)本研究成果可作为瓦斯隧道设计和施工依据，研究方法可为临近矿井和既有铁路的瓦斯隧道工区及突出判定提供参考。     

玉京山隧道“四位一体”揭煤防突施工技术

研究目的:成贵高速铁路玉京山隧道为煤与瓦斯突出隧道,为防止出现煤与瓦斯突出、爆炸的安全事故,在前期地质勘察及施工揭示地质情况的基础上,需要对所经10层煤开展揭煤防突专项设计,并在实施过程中予以调整。C5煤层为玉京山隧道进口工区最先遇见的煤层,为突出煤层。对C5煤层揭煤防突的研究可指导其余煤层的施工。研究结论:(1)按照"四位一体"防突体系,制定的先区域防突后局部防突的施工措施是可行的;(2)高速铁路双线隧道开挖断面约140 m2,远大于一般煤矿巷道的20 m2,"四位一体"防突体系运用于铁路双线隧道,应做相应研究调整;(3)防突措施的选择需根据煤层参数、地质特征、工期进度、安全性、经济性等因素综合确定;(4)C5煤层研究结果不仅可对其余9层煤揭煤提供技术指引,也可供其他铁路隧道揭煤防突设计及施工借鉴。     

隧道瓦斯灾害危险性评价初探

研究目的:随着我国基础交通的建设和发展,穿越煤系地层和赋存瓦斯的隧道越来越多,隧道施工瓦斯灾害事故也在不断地增加,因此需研究符合隧道工程特点的瓦斯灾害危险性评价体系。研究结论:本文在研究我国大量已有瓦斯隧道的基础上,通过对影响隧道瓦斯灾害危险性的地质因素、瓦斯因素和施工时人为因素等研究,初步建立了一套较为完善的隧道工程瓦斯灾害危险性评价技术方法体系。该体系包括瓦斯隧道分级评价、瓦斯隧道施工危险性评价、瓦斯隧道施工掌子面突出危险性评价3个层次,从而保证了在隧道选线、设计、施工阶段均能实现对瓦斯灾害进行快速、准确的评价,进而采取相应的工程防治措施。     

分水铁路隧道施工中的瓦斯综合防治

本文介绍了分水铁路隧道施工中的瓦斯防治。涉及：瓦斯检测、建立有效的通风系统、隧道穿越煤层时的超前探测及煤与瓦斯空出危险性的预测、瓦斯隧道的开挖、支护和加强隧道的施工管理等。实践证明，以上防治措施在施工中是行之有效的。     

基于未确知测度理论的隧道施工瓦斯灾害风险评价

选取煤层厚度、煤层瓦斯含量、回风流平均瓦斯浓度、相对瓦斯涌出量、岩石类型、连通封闭性、深度值、隧道跨度、隧道长度、通风风速和涌水量等11项瓦斯灾害指标作为隧道施工瓦斯灾害风险评价指标体系,并建立各指标的等级标准。将序关系分析法(G1)和反熵权法(AEW)运用拉格朗日乘子法确定组合权重,构建各指标的单指标测度函数,并计算出各指标的综合测度评价向量。为了优化未确知测度置信度识别准则,引进集对分析(SPA)关联系数确定各隧道的瓦斯灾害风险等级。并对24个瓦斯隧道进行瓦斯灾害评价,并和FDA法评价结果和现场实测结果进行对比,精度达到91.7%,基本符合实际情况,表明了该评价方法合理有效,可为隧道施工瓦斯灾害评价提供理论参考。     

地下工程围岩分级的Fisher判别模型及其应用

基于Fisher判别思想,选用岩石质量指标、完整性系数、单轴饱和抗压强度、纵波速度、弹性抗力系数和结构面摩擦系数作为分类指标,利用观音山隧道、笔架山隧道、石山隧道、窑坑隧道和风岗隧道的26组实测资料,建立了围岩分级的Fisher判别模型,经检验,该模型的回判准确率达到100%。利用该模型对其它4组围岩样本进行判别,其结果与工程勘察结果一致,表明Fisher围岩分级模型具有较高的识别精度和工程实用性,为地下工程围岩分级提供了一种新的尝试。     

瓦斯突出隧道防突安全岩盘厚度计算方法研究

研究目的:在煤与瓦斯突出危险地段进行隧道施工时,安全风险极高,其安全岩盘的设置方法业已成为规避施工风险和提高施工工效的一大关键技术问题。而目前瓦斯突出工区防突安全岩盘的留置多依赖于经验,存在较大的随意性,急需运用岩土理论并结合施工实践予以进一步研究和完善。研究结论:(1)本文借鉴类似工点的岩土理论分析、数值模拟研究成果,结合所收集的已有瓦斯突出隧道的防突实践总结,选择瓦斯压力和工程地质条件作为代表性基础研究指标,提出了防突安全岩盘最小厚度的简便计算办法;(2)利用多个典型工程实例,对比验证了计算方法的可行性;(3)该研究成果将对保障瓦斯隧道突出危险区的施工安全和提高隧道施工进度发挥直接指导作用,可为瓦斯突出地段安全岩盘的科学设置提供重要参考。     

高速铁路深埋隧道石煤层瓦斯勘察测试与评价

为了查明湖杭铁路紫荆隧道掘进过程中瓦斯突出等问题,在勘察设计阶段采用工程地质调查、深孔钻探、孔内测试、取样试验等多种勘察手段,并对石煤岩芯进行现场瓦斯解析试验、煤质化学工业成分分析试验、钻孔内瓦斯压力测试、瓦斯浓度测试、瓦斯气体成分分析试验。研究表明,该处石煤属高灰、低碳、高硫、低热值劣质煤。钻孔石煤现场气体解吸量为0,钻孔内瓦斯浓度、瓦斯压力为0,钻孔内气体成分主要为CO、CO₂。综合评价认为,由于经历长久地质构造活动,湖杭铁路紫荆隧道隧址区石煤已不具备大量赋存瓦斯的地质条件,隧道掘进过程中无煤与瓦斯突出危险性,石煤层不具有爆炸性;石煤层在开挖后堆积于隧道内和弃渣场时,自燃可能性低。     

突出风险隧道安全避险措施应用效果分析研究

以新建叙毕铁路(川滇段)重要节点工程欧家湾隧道进口工区煤与瓦斯突出风险段穿越C1煤层施工过程为背景,利用现场应用对比、数据收集与趋势分析等手段,通过对原有施工技术措施进行不动火工艺改进,并编制石门揭煤专项技术方案,把煤矿井下六大避险系统应用到突出风险段隧道施工中,将现场实时检测的钻屑瓦斯解吸指标K_1和钻孔瓦斯浓度变化趋势作为措施应用效果的分析指标,达到检验防突措施应用效果的目的。实践证明,煤矿安全避险措施在煤与瓦斯突出风险隧道中切实可行且效果显著,能够保障施工安全快速进行,可为类似铁路隧道施工提供借鉴。     

深埋长大隧道岩爆倾向性多指标评价

研究目的:高铁北武夷山隧道是一座单洞双线隧道,隧道最大埋深达1 100 m,属于高应力区,开挖过程中可能会出现岩爆现象。通过对隧道高应力地区采集的岩样进行室内岩爆倾向性实验,并结合声发射监测技术,得到岩石单轴抗压强度等性能参数,先采用强度脆性系数法、变形脆性系数法、弹性应变能指标法、切向应力准则四种单指标评价方法进行岩爆倾向性评价,然后运用四指标模糊数学综合评价法进行评价。研究结论:(1)结合声发射监测技术进行岩石力学实验,获得的变形脆性系数、弹性应变能指标系数相比常规实验更加精确;(2)根据岩体性质和围岩的应力情况,在传统综合评价方法基础上增加了变形脆性系数法评判指标,结果表明采用模糊数学综合评价方法得到的评价结果与单指标评价相比,更加符合隧道岩爆的实际情况;(3)本研究成果为隧道岩爆预测提供了可行方法,对于类似工程提前防治岩爆有借鉴意义。     

大路梁子隧道揭煤设计

大路梁子隧道为溪洛渡水电站对外交通公路的控制性工程,工程地质复杂,瓦斯、突水、断层及溶洞等特殊地质均有不同程度的出现,尤其煤与瓦斯特殊地质灾害的存在,成为大路梁子隧道设计与施工的一大技术难题。从煤系地层的超前探测、煤与瓦斯突出程度预测、支护措施、施工通风及瓦斯监测等方面介绍大路梁子隧道揭煤设计。     

铁路瓦斯隧道等级划分方法研究

研究目的:目前规范以绝对瓦斯涌出量0.5 m3/min作为铁路隧道高、低瓦斯等级界限值,如今随着高速、大断面铁路瓦斯隧道的不断涌现,施工通风方式和工艺已发生很大变化,这种分类方法不能完全适用于大断面瓦斯隧道,将增加不必要的设备投入及工程措施,造成投资浪费。本文通过分析国内外矿井、公路及铁路隧道的瓦斯等级划分,结合隧道断面面积、需风量和瓦斯浓度等影响指标提出铁路瓦斯隧道等级划分标准,从而满足瓦斯隧道设计与施工的使用。研究结论:(1)根据安全瓦斯浓度,并结合隧道断面大小和通风要求提出了铁路瓦斯隧道等级划分方法,据此对成贵铁路瓦斯隧道进行分级,分级结果可减少工程投资,加快施工进度;(2)提出了微瓦斯隧道,明确低瓦斯与高瓦斯的浓度分界值为0.3%,微瓦斯与低瓦斯的浓度分界值为0.1%;(3)按断面面积将铁路隧道分为Ⅰ类(30~70 m~2)、Ⅱ类(70~110 m~2)、Ⅲ类(110~140 m~2)和Ⅳ类(≥140 m~2);(4)提出了用于瓦斯隧道分级的临界通风量计算方法,低瓦斯与微瓦斯临界通风量按0.15 m/s乘以隧道面积计算,低瓦斯与高瓦斯临界通风量按0.2 m/s乘以隧道面积计算;(5)本研究成果可为铁路瓦斯隧道设计和施工提供借鉴。     

基于序关系-BP的铁路施工企业信用评价研究

研究目的:铁路行业作为我国国民经济的支柱产业,对铁路施工企业进行信用评价不仅能促进其健康发展、提高其综合竞争力,且能保证铁路施工质量,实现社会资源最大化利用,本文利用序关系分析法和BP神经网络对铁路施工企业的信用加以评价。研究结论:(1)总结铁路施工企业信用评价现状及其相关理论后,构建了铁路施工企业信用评价指标体系,并给出了其信用等级划分标准;(2)利用序关系分析法确定各信用评价指标的综合权重,并提出通过BP神经网络模型评价其信用状况;(3)本研究成果对铁路施工企业信用评价有一定的借鉴意义。     

下穿河流盾构隧道的风险评价体系研究

盾构隧道下穿河流的风险控制是地铁工程建设的重难点,而风险评价是保证隧道施工安全的重要环节。以杭州地铁5号线盾构施工工程为背景,通过数值模拟为风险评价提供数据样本。通过模糊综合评价和BP(Back Propagation)神经网络方法进行计算,确定风险指标变形值与风险因素的对应关系,进行风险评价分析。结果表明,原有施工参数有引发沉降超标及渗漏水的风险。通过调整开挖间隔、浆液注浆压力等技术参数,有效控制了沉降变形且掘进中管片未出现渗漏水情况,验证了评价体系的可靠性。     

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。