隧道变形与坡体灾害相互关系及其预测模式

分析了坡体病害地段隧道变形开裂的特征及二者相互关系,给出了隧道变形与坡体病害相互关系的5种地质结构模型,在此基础上提出了用隧道变形规律预测坡体灾害的模式,并用地质力学模型试验结果加以验证.本文的成果对建立铁路运营隧道智能管理系统有重要促进作用.     

基于Multi-agent的隧道变形监测系统

研究目的:为消除传统隧道监测维护中低频率、长周期、高费用等缺点,适应隧道即时监测护养的新兴要求,本文通过对上海地铁变形预测研究,提出一种基于多智能体的隧道变形在线监测系统。研究结论:(1)在监测系统中提出一种基于分层组件结构设计的通用Agent模型,该模型包括客户感知层、智能业务层与服务效应层,并以粗细两种化度归纳描述智能体内部结构;(2)依据Agent通用模型及隧道变形监测自身特点搭建具有6层复合结构特点的隧道变形监测系统,提出基于熟人协作沟通机制,实现系统的松耦合和低负载构造;(3)利用上海地铁变形实测数据验证预测模块Agent的工作效能,实验表明该系统具有较强的自治性、合作性,并具有一定的实用价值,对隧道监测系统的搭建有一定的指导意义。     

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。     

隧道开挖对坡体稳定性的影响研究

以罗家村隧道进口段坡体为研究对象,采用有限元强度折减法对隧道施工过程中坡体抗滑稳定状态进行动态模拟,得到坡体抗滑稳定安全系数的变化曲线。分析表明,隧道开挖对坡体稳定性影响较大,且在隧道开挖进尺20～45 m区段影响最为明显,合理施工可以确保隧道结构安全穿越进口段坡体,不会导致坡体的滑移破坏。     

蠕动地层增建二线隧道围岩注浆加固技术

本文作者根据襄渝线增建柴家坡二线隧道围岩加固的科研和工程实践，介绍了在严密监测道变形的情况下，利用多种注浆方法和综合加固措施，保证新建隧道施工和既有隧道运行安全的成功经验。     

基于推移式滑坡的隧道变形模式演化规律研究

研究目的:随着我国陆路交通的快速发展，山区运营隧道在滑坡作用下的病害问题日益突出，而导致隧道变形破坏的最根本原因是滑坡的作用导致隧道受力模式的改变。同时，坡体不同的变形阶段对隧道结构的受力变形模式影响较大，目前在这方面缺乏深入的研究。研究结论:(1)以隧道-滑坡平行体系为研究对象，基于推移式滑坡岩土体的变形特点揭示了隧道受力渐进破坏过程的本质是滑坡推力和岩土抗力变化的过程，初步探讨了不同演化阶段滑坡的运动特点和隧道的力学特征，以不同演化阶段的隧道受力模式为基础，建立了半无限长梁、半无限长梁-悬臂梁模型；(2)采用弹性地基梁和结构力学理论，对位于滑坡体内和滑坡体外的隧道结构变形进行耦合解析，建立不同阶段隧道受力变形模式的理论计算公式，提出相应控制截面的解析解表达式，能够实现滑坡不同演化阶段隧道受力变形的评价；(3)通过模型试验进行了对比分析验证，结果表明该理论能够对滑坡中隧道的受力变形的发展进行预测以及为滑坡地段隧道的设计、加固治理提供理论参考。     

滑坡地段隧道变形的地质力学模型及工程防治措施

研究目的:在山区铁路中,有很多隧道都修建在山体斜坡内,这些隧道常常会发生变形开裂等病害。调查表明,隧道变形病害与所在斜坡出现滑坡现象密切相关,并且严重危及铁路行车安全。针对这一问题,本文对隧道变形特征、滑坡与隧道变形的相互关系以及有效的工程防治措施等方面进行了研究。研究方法:在对滑坡地段近30座施工和运营隧道进行调研的基础上,根据隧道与滑面的相对位置关系及相应的隧道变形特征,建立地质力学模型。研究结果:建立了分析滑坡与隧道变形相互关系的4类地质力学模型,分析了4类模型的受力模式和变形特征。结合4类地质力学模型和工程实例,给出了针对隧道变形的不同特征选择工程防治措施的具体方法。研究结论:(1)隧道与滑面的相对位置关系是决定隧道变形特征的主要因素;(2)工程防治措施应与隧道的变形特征相结合。     

弧形排桩—连系梁抗滑结构加固隧道口滑坡应用研究及优化设计

因隧道洞口所在坡体产生滑坡,导致隧道洞口附近衬砌发生变形破坏。为控制隧道衬砌变形破坏,采取增加型钢,加强隧道衬砌的补救措施。但在滑坡推力作用下,型钢发生不同程度的变形破坏,故此,单独加固隧道衬砌并不能有效控制隧道变形。拟采用抗滑桩加固隧道所在滑坡体,通过增加抗滑力控制隧道变形。因单桩抗滑能力有限,为保证提供足够的抗滑力,需要加大桩身截面尺寸,增加桩长,甚至增加桩数减小桩间距及增加排数,如此,会增加施工难度,提高工程造价;而通过在桩顶设置连系梁,使各桩联合作业形成整体,可提高抗滑能力。该库岸滑坡坡面与水面交界处成弧形分布,依据坡面地形将抗滑桩按弧形布置,桩顶设置弧形连系梁,并在连系梁两端设置高强度抗力桩限制其端部位移。通过具体工程实例计算分析,比较连系梁刚度对抗滑结构内力分布的影响规律及加固效果。     

高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术研究

本文以晋祠隧道为工程依托,对高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术展开研究。采用有限元软件对偏压隧道进行数值模拟,分析施工过程中围岩和边坡稳定性,揭示不同应力释放率下隧道拱顶沉降规律和应力分布状态。在此基础上,对削坡回填治理方案进行数值模拟分析,验证了地形偏压对削坡回填后隧道整体变形的影响明显降低的结论,采用削坡回填法可降低晋祠隧道施工过程中边坡和隧道失稳风险。最后,对削坡回填处置后的偏压隧道进行现场监测和数值模拟结果对比分析,发现隧道拱顶下沉、拱脚收敛和地表沉降均呈现“前期快速沉降、变形量大,后期逐渐收敛、变形量小”的特点,证明削坡回填处置措施在治理高边坡超浅埋偏压隧道失稳时安全有效。     

近景摄影测量在隧道变形监测中的应用

我们用近景摄影测量方法对某长大隧道进行了为期两年，六个周期的变形监测，实践表明，采用该方法测定了隧道变形可以达到毫米级的精度水平，并具有迅速安全、操作简便等一系列优点，显示了摄影测量在隧道及其洞体工程中的广阔应用前景。     

隧道洞口边仰坡稳定性影响因素的综合性评价

为了保证隧道洞口边仰坡的稳定，隧道设计规范对刷坡坡率和开挖高度有一定的控制要求，但这种要求仅局限于围岩的类别，而对围岩的层理性状和地下水对坡体稳定性的影响不能作出判断。本文运用多种土质的圆柱破坏面转动平衡分析方法分析这些因素对坡体稳定性的影响，对合理确定洞口位置、确保边仰坡的稳定性给出了建设性的意见。     

京张高铁八达岭长城站超大跨隧道变形控制标准研究

为了确保超大跨隧道开挖过程围岩稳定和施工安全,合理确定各开挖步序的变形控制标准,采用理论分析、数值模拟实验和现场监测等方法,建立隧道变形与围岩应变相互关系的计算模型,提出基于围岩极限应变的隧道总变形控制标准,制定超大跨隧道分步变形控制标准和分级管理方法。研究结果表明:隧道围岩总变形控制标准取决于隧道围岩的极限应变;Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级围岩32.7 m跨度的隧道,其拱顶总沉降控制标准分别为40,90 mm和180 mm;超大跨隧道施工过程中成跨阶段的变形约占总变形的95%,成墙阶段的变形约占总变形的5%。     

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。     

京张高铁正盘台隧道强涌水段单次开挖瞬时涌水量预测

当前,隧道涌水量计算的研究方向多为总体涌水量或分段涌水量的预测,在顺坡排水段或涌水量不大的隧道中,不会遇到太大的问题。在强富水的反坡排水段,瞬时涌水量可能很大,有时远超隧道施工时的剩余抽排水能力,容易导致淹井,严重影响隧道施工安全,造成工期延误。因此,对于采用反坡排水的强涌水段,必须进行单次开挖瞬时涌水量的计算和淹井评估,以确保施工安全。结合崇礼铁路正盘台隧道工程实践,采用多种方法对隧道强涌水段的单次开挖瞬时涌水量进行预测,并根据预测结果确定采用带水作业的开挖长度,节省了工期,确保了奥运隧道工程按时顺利开通。     

浅埋隧道施工引起的纵向地层移动与变形

应用随机介质理论分析浅埋隧道开挖施工引起的上覆地层纵向移动与变形,将隧道围岩看作一种随机介质,将隧道开挖所引起的上覆岩土体的移动看作一随机过程,从单元开挖引起的地层下沉入手,根据岩土体不可压缩的假定,得到了单元岩土体开挖引起的纵向地层水平移动公式,并据此推导了浅埋隧道开挖施工引起的沿隧道纵向上覆地层下沉、水平移动、倾斜、水平变形以及地层弯曲曲率的计算公式,并给出了圆形以及其它复杂形状隧道开挖横断面的具体计算方法。结果表明:随机介质理论用于计算由于浅埋隧道开挖引起的纵向上覆地层的移动与变形效果良好。     

二郎山隧道出口端病害整治及软弱围岩偏压衬砌的结构分析

二郎山隧道位竽川藏公路，全长４６１０ｍ，其出口端围岩软弱、地形严重偏压、，施工过程中发生坡体失稳、衬砌开裂等病害，本文介绍浅埋偏压地段坡体稳定性评价、病害整治措施，并推导了埋偏压段外侧覆土稳定性计算公式，还对浅埋偏压段外侧围岩弹性抗力的合理确定、外侧覆土稳定性与弹性抗力之间的联系进行了探讨。     

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。     

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。     

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。     

城市隧道下穿电缆隧道时的数值计算分析及变形沉降预测

针对城市隧道下穿电缆隧道进行了数值计算,分析了隧道开挖过程中电缆隧道的变形沉降和应力分布,以及地表沉降槽的开展情况的建议措施。计算结果与施工实际结果比较接近,为该工程施工提供了依据和指导作用,也可供类似工程参考。