盾构振动在线自动监控系统的设计与研究

为预判盾构关键部件可能发生的潜在故障隐患,提高盾构运行可靠性,对海瑞克S261土压平衡盾构再制造过程中的振动在线自动监控系统进行了设计研究。首先将盾构主轴承、主驱动和减速机等设备的振动变化值经过ARM/Cortex-M0+系列的Kinetis-M处理器分析转换后传输至数据集中器,然后利用SCADA软件并结合MySQL数据库技术设计了在线监控系统。此系统为盾构设备故障预警提供了数据支持,对设备维护具有一定的指导意义。     

土压平衡盾构掘进施工中泡沫改良工艺的研究

为适应土压平衡盾构在复合地层中施工,需将盾构开挖地层中的土体改良成具有良好的塑性流动性、较低的渗透性,以及较小的内摩擦角,通常采取在开挖面及土仓内注入土体改良剂。现对土压平衡盾构掘进施工中的泡沫改良工艺进行叙述,对泡沫改良机理、泡沫使用参数、盾构机改良系统等方面进行了研究。     

以色列地铁粉砂地层盾构连续穿越河道和铁路施工技术

为解决土压平衡盾构连续下穿河道和铁路的施工技术难题，结合以色列Tel Aviv地铁红线盾构隧道施工实例，研究土压平衡盾构在浅埋粉砂层中2次连续切削钢筋混凝土桩基并穿越河道、运营铁路施工控制技术。综合采用深层旋喷桩加固技术、建（构）筑物自动化监测系统、盾构切削钢筋混凝土桩基试验、盾构掘进施工沉降控制施工技术，顺利实现2台盾构安全穿越河道、铁路、桩基等危险区域。通过实时监测数据对沉降、盾构切割桩基试验数据、近距离下穿河道和铁路整个过程进行调查、研究与分析，得出以下结论: 1）提出盾构下穿河道和运营铁路时沉降控制的有效技术措施； 2）总结形成一套土压平衡盾构在辅助工法配合下穿越河道、铁路等危险建（构）筑物工法，拓宽土压平衡盾构的使用范围； 3）验证盾构不同刀具配置与有效切割钢筋混凝土桩基的关系，为类似工程提供技术支撑和经验。     

双线地铁隧道泥水及土压平衡盾构施工地层变形特征研究

为分析圆砾地层双线地铁隧道分别采用泥水和土压平衡盾构施工时的地层变形特征，以南宁地铁3号线东葛路站-滨湖路站区间盾构施工工程为背景，采用现场监测数据分析2种盾构施工时的地表横向沉降特征和监测点纵向沉降历程特征。利用FLAC3D软件对2种盾构工法进行简化模拟，验证模拟方法的可行性； 设计双线地铁隧道分别采用土压平衡盾构和泥水平衡盾构、全部采用泥水平衡盾构、全部采用土压平衡盾构3种工况的模拟方案，研究3种工况下的地层变形特征。研究结果表明： 1)双线地铁隧道采用2种类型盾构施工时，地层沉降曲线偏向土压平衡盾构施工的隧道一侧； 采用同种类型盾构施工时，地层距离隧道越近，沉降曲线呈“W”特征越明显； 2)双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时各地层沉降较大，地表横向沉降影响范围约50 m； 采用泥水平衡盾构施工时各地层沉降相对较小，地表横向沉降影响范围约30 m； 3)3种工况下，双线地铁隧道采用土压平衡盾构施工时引起的地表水平位移最大。     

土压平衡盾构的土力学模型与土压平衡控制

根据土压平衡盾构的特点及施工原理,结合隧道设计、施工的具体经验,建立了土压平衡盾构的土力学模型,并采用朗肯理论计算了掘进土压力,提出了土压平衡盾构掘进土压平衡控制策略,确定了土压平衡盾构施工土压力的设定原则和方法,为土压平衡盾构掘进机的设计和开发提供科学的理论依据.     

超大直径泥水平衡盾构始发施工风险监控技术研究

利用盾构法施工超大直径隧道时盾构始发与到达环节是事故高发期,由此引发的工程事故屡见不鲜。为了最大程度降低盾构始发施工过程中的风险,提出盾构始发施工风险实时监控技术。该技术结合原位监测、工况实时记录、专家系统对盾构始发各关键工序进行实时监控,根据原位监测数据分析、盾构始发各工序衔接、工期等,综合评估各工序可能存在的潜在风险,可实时远程自动预警,并通过专家系统案例分析提出相应的风险解决方案。该技术在上海长江西路隧道工程中进行应用,取得比较理想的结果。     

盾构土压平衡动态神经网络逆控制技术研究

盾构密封舱的土压平衡作为地表沉降控制的关键因素对盾构安全施工具有重要保障。为映射影响土压平衡掘进参数之间的非线性耦合关系，增强非线性控制模型的动态性能，提高土压平衡的控制精度，根据盾构施工中影响密封舱内土压平衡的掘进参数调控的难易程度，依托现场监测数据建立基于动态神经网络逆控制前馈作用下的螺旋输送机转速控制模型。对控制模型的性能与效果进行分析验证，结果表明： 动态神经网络输出的前馈螺旋输送机转速能够对推进速度、刀盘转矩的变化响应灵敏； 在给定掘进条件下与通过人工调节螺旋输送机转速控制土舱压力的方法相比，动态神经网络逆控制前馈作用下密封舱土压的最大波动误差由9.8%降为5.3%。     

泥水盾构施工实时管理信息系统的研发与应用

以北京铁路地下直径线盾构区间隧道工程为背景,对泥水盾构施工中自动采集的数据进行研究和分析,研发了泥水盾构施工实时管理信息系统。本系统能够对盾构施工过程进行实时监控,提供可视化图形数据分析界面,并对盾构施工中的耗材进行统计分析,既便于分析盾构施工的全过程及其可能出现的各种问题,又可以对盾构施工成本和质量进行控制,还能形象地显示工程进度。本系统通过调试和试用,能够实现信息反馈和盾构的施工监控,便于用户对盾构施工进行有效地信息分析、合理地施工组织和管理。     

大埋深富水裂隙岩层土压平衡盾构填舱注浆施工技术

为解决穿越大埋深富水节理裂隙发育岩层的土压平衡盾构隧道施工过程中发生的开挖面涌水和地表沉降过大的问题,依托广佛环线沙堤隧道工程,对土压平衡盾构填舱注浆施工技术进行研究,并利用有限差分软件FLAC3D对填舱注浆技术进行数值模拟分析。研究结果表明： 1)土压平衡盾构穿越深埋富水裂隙岩层时,隧道洞周围岩变形较小,而地表沉降及建筑物变形对地下水流失较为敏感; 2)将气压平衡和土舱填舱注浆处理技术相结合,辅以微扰动等施工控制方法的填舱注浆成套施工技术能够有效解决施工过程中的喷涌现象及地表建（构）筑物沉降过大的问题; 3)采用填舱注浆技术进行堵水时,应保证开挖面内填舱注浆范围和注浆参数选取的合理性,并应考虑注浆厚度对施工进度的影响。     

客大盾构区间端头井加固技术比选

以广州轨道交通3号线客大盾构隧道为背景,通过对盾构隧道施工过程中几种不同类型的土压平衡盾构施工的进出洞加固施工方案的分析,比较其各自的优缺点,并结合其工程经济性进行判断,最终决定采用钻孔桩加固盾构端头作为盾构隧道的进出洞方案。     

复杂地质条件下土压平衡盾构近距离下穿既有隧道的施工和监测技术

以武汉地铁3号线王家墩北站-范湖站盾构区间为背景,研究在未进行加固承压水粉细砂层中近距离下穿既有隧道施工和量测技术,提出对既有线路隧道进行补充加固体系及相应的参数,同时提出土压平衡盾构在下穿位于软弱地层中的既有地铁线隧道的掘进参数体系和控制难点,采用既有线内沉降监测及隧道结构收敛监测技术对既有隧道进行变形和沉降监测,确保既有隧道的安全。     

地铁砂卵石地层采用加泥式土压平衡盾构机的设备配置及顶推力检算

盾构设备配置是否合理是关系到工程建设成败、工程进度、工程投资的重要因素。在成都砂卵石地层中建设地铁,要求盾构设备能够实现砂卵石地层的长距离掘进、大漂石和卵石的破碎以及防止喷涌的发生。根据这些要求,阐述了某加泥式土压平衡盾构机的基本设备参数,并对其功能进行了分析,同时对设备配置中的顶推力参数进行了示例性检算。     

土压平衡盾构双孔隧道近接运营隧道施工参数研究

盾构法施工时，为确保土压平衡盾构机下穿施工既有地铁运营隧道的安全，运用三维数值有限元软件，考虑注浆压力和掌子面压力变化的影响，多工况模拟土压平衡隧道施工获得运营隧道变形规律。通过分析土压平衡盾构机下穿施工过程中的位移响应，判定上部交叉运营地铁隧道所受影响。工程实际中对运营隧道的位移进行了监测。根据计算与监测结果，选取在注浆压力0.30~0.36 MPa与土仓压力0.10~0.13 MPa下施工，盾构隧道穿过运营隧道后，运营隧道中股道沉降最大值为0.5 mm，符合规范要求，运营隧道安全。     

测量机器人隧道施工自动变形监测的实现

使用传统测量仪器对隧道施工过程中隧道结构体进行变形监测时,数据采集、数据处理和预报过程相互独立,很难及时反映隧道自身安全。为了解决这一问题,基于测量机器人的隧道自动变形监测进行了研究与实现,介绍了以测量机器人为变形监测仪器,通过光纤和网络技术,使用VB编程语言和GeoCOM接口技术,采用SQL Sever数据库,实现远程控制测量机器人进行监测数据的自动采集和存储,并由计算机自动进行数据分析处理、自动预警和报警,从而达到自动监测隧道变形的目的,为隧道施工提供安全保障。从整个系统的硬件组成、软件构成及设计开发、成果处理及输出等方面,分别进行了论述。提出的隧道施工自动变形监测思路和方法,对隧道信息化施工中自动变形监测具有积极的参考意义。     

基于MLP-ARX模型盾构自动掘进技术研究与应用

为减少盾构施工过程中的人工干预，提高施工效率，解决人员误判或经验不足等情况导致的施工质量差、效率低，遇复杂地质难以及时调整，甚至引起施工事故等问题，结合盾构施工工艺、工程地质等因素，基于大数据与人工智能技术，研发一套基于MLP-ARX(多层感知机自回归)模型的盾构自动掘进控制系统，开发推进过程动态模型以及模型在线更新、参数优化的方法，在施工过程中能够及时、准确地自动调节盾构推进速度、分区压力和螺旋机速度等参数，并应用在深圳地铁14号线管线工程隧道。结果表明： 该系统可实现推进过程的自动控制，推动盾构施工自动化、信息化和智能化，极大地缓解盾构司机的操作压力，降低对施工情况误判的发生概率，提高施工质量和效率。     

富水卵石层土压平衡盾构水下接收技术

为确保济南市轨道交通R1号线大杨站盾构顺利接收及上方管线安全,提出复杂地质条件下土压平衡盾构水下接收方案,阐述垂直冻结加固、洞门凿除、挡墙及板下临时支撑施作、盾构掘进模式及掘进参数控制、同步注浆及补强注浆、外凸式洞门设计等水下接收技术。主要结论如下： 1）在巨厚富水卵石层中盾构接收情况下,常规加固措施无法保证加固效果时,建议采用水下接收方式; 2）优化洞门凿除工序,视情况分层分块凿除,降低洞门凿除的风险; 3）采用不同的掘进模式,保证土压平衡盾构水下接收的顺利实施; 4）外凸式洞门后浇环梁设计可减小洞门永久封堵的施工风险; 5）整个接收阶段管线最大沉降变形仅1.41 mm,采用水下接收技术能保证富水卵石层中土压平衡盾构的安全接收。