基于岩体指标和掘进参数的TBM净掘进速率预测模型

净掘进速率是TBM施工速度的主要评价指标,与围岩物理力学性质、TBM掘进参数之间存在一定相关性。文章以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,基于现场实测数据,选择岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、泊松比、岩石耐磨性CAI值等岩体指标,以及刀盘推力和刀盘转速等掘进参数,进行TBM净掘进速率与有关影响参数之间的单因素相关性分析,得到相应拟合公式;基于TBM净掘进速率与岩体指标、掘进参数之间的相关性,利用多元非线性回归方法建立了TBM净掘进速率预测模型。通过将兰州水源地建设工程输水隧洞实测TBM净掘进速率和预测结果进行对比,验证了TBM净掘进速率预测模型的合理性。研究结果表明:(1)在复杂的多种地质条件下,TBM净掘进速率与岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、岩石耐磨性CAI值、刀盘推力以及刀盘转速呈负相关关系,与泊松比呈正相关关系;(2)干湿状态对岩石耐磨性CAI值有一定影响,饱和状态下岩石耐磨性CAI值与TBM净掘进速率之间的相关性更显著;(3)建立的多元非线性回归预测模型,预测精度较高,可为相似地质条件下TBM净掘进速率估算提供参考。     

基于围岩力学参数的TBM净掘进速率多元回归预测模型

TBM净掘进速率与围岩地质条件密切相关，特别是岩体力学参数。为研究TBM净掘进速率与围岩力学参数之间的内在联系，以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景，选取岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、泊松比、变形模量等围岩力学参数，进行TBM净掘进速率与围岩力学参数相关性分析，得到相应的拟合关系式。在单因素分析的基础上，经过线性处理，建立TBM净掘进速率的多元线性回归预测模型。研究结果表明： TBM净掘进速率与围岩力学参数之间具有明显的线性相关性，TBM净掘进速率随单轴抗压强度、单轴抗拉强度和变形模量的增大而减小，随泊松比的增大而增大； TBM净掘进速率多元线性回归预测模型总体上精度较高，其预测误差在15%以内，且对不同围岩类型具有较强的适用性。研究成果能够为TBM施工性能评估提供新的参考。     

高填方路堤工后沉降理论预测模型研究

依托黄土高原地区典型城西环路高填方路堤工程,对高填方路堤施工后沉降进行长周期变形监测和系统分析,并采用5种理论沉降预测模型进行回归对比分析。研究结果表明:采用半填半挖的高填方路堤,填土深度较大的路肩区域土体沉降均大于相应深度行车道区域土体沉降,沉降周期经过11个月后才趋于稳定;受原地形横坡较陡和回填厚度大的影响,路肩区域表层土体沉降明显较大;由于路堤冻胀影响,导致了路堤出现累计沉降出现降低的阶段性反常现象;指数理论沉降预测模型能更好地反映黄土高原地区高填方路堤的工后沉降变化规律,可以为类似工程科学合理的预测工后沉降提供参考。     

动荷载对竖向排列地下硐室群稳定性影响分析

运用FLAC3D,系统研究动荷载振幅、频率以及工程因素对竖向排列地下硐室群稳定性的影响,并实例分析地下硐室群在爆破震动作用下的稳定性。研究结果表明,振幅对地下硐室群稳定性的影响最明显,隔板对动荷载具有放大效应,当振幅等于0.5 m.s-1时,放大系数为1.35,放大系数随动荷载振幅的增大而增大;围岩塑性区面积也随振幅增大而增大。隔板位移量随频率的增大先减小后增大,50 Hz的高频动荷载对地下硐室群稳定性最不利;隔板最大位移量随硐室间距的增大而减小,随上方硐室跨度的增加而增大,硐室间距越大,上方硐室的跨度越小,对地下硐室群稳定性越有利。动荷载作用下地下硐室群围岩出现较大的应力集中,但最大拉应力小于岩体的抗拉强度,地下硐室群围岩不会出现拉裂破坏。结合工程实例,分析爆破震动作用下地下硐室群的稳定性,分析结果表明,沿硐室群轴线方向,洞口位移量最大,中间部分的位移量最小,这与实际监测结果一致。     

探地雷达技术在隧道工程质量验收中的应用

文章介绍了探地雷达检测技术的基本原理和方法,并以湘西某隧道为例,说明了探地雷达技术在隧道工程质量验收应用中的可行性;同时,探讨了一些检测过程中的关键技术和注意事项.     

基于可拓学理论的TBM掘进效率地质影响因素研究

为研究地质因素对TBM掘进效率的影响,基于可拓学理论,选择了岩石单轴抗压强度、岩石耐磨性、岩体完整性系数、结构面走向与掘进方向夹角及地下水渗流量5个指标作为TBM掘进效率地质影响因素的评价指标,将TBM掘进效率分为5个等级,进而建立TBM掘进效率地质影响因素物元模型。采用层次分析法对评价指标进行重要性排序,确定各指标的权重系数。通过对在建的厄瓜多尔CCS水电站引水隧洞待评物元关于TBM掘进效率等级的关联度计算,并与实际掘进参数和掘进情况进行对比,得出与工程实际相吻合的结论。研究结果表明： 可拓学理论能较好地评价TBM掘进效率等级,并且采用层次分析法确定评价指标的权重系数是合理的。相关研究内容和方法可为TBM设备选型、工期进度安排及工程成本预算提供借鉴。     

考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测

刀具消耗是TBM施工成本管理的重要研究内容。将影响刀具消耗的主要因素归纳为地质条件、机械因素和掘进参数3个方面,在此基础上讨论了刀具消耗与围岩等级、TBM工作条件等级之间的关系。在总结和分析利用TBM工作条件等级进行刀具消耗预测研究的基础上,对拟合函数进行优化,并引入滚刀直径影响因子,构建同时考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测方法。通过对兰州水源地建设工程输水隧洞TBM1掘进段的刀具消耗分析,验证提出的TBM刀具消耗预测方法的合理性。研究结果表明： 1）TBM工作条件等级可以反映TBM掘进性能和地质适宜性特点; 2）拟合函数ln(x-1)和ln x更适合描述和预测刀具消耗规律; 3）滚刀直径对刀具消耗具有一定影响,滚刀直径越大,刀具消耗越小; 4）同时考虑地质适宜性和滚刀直径的TBM刀具消耗预测模型的计算结果更接近实际耗刀率; 5）刀具消耗与岩体完整性密切相关,与实际耗刀率相比,Ⅱ类围岩的预测计算结果略高,而Ⅲ类围岩的预测计算结果略低。     

基于现场实测数据的隧道掘进机滚刀磨损预测

为了合理预测隧道掘进机（TBM）施工过程中地质条件、掘进参数及刀圈特性等多种因素对盘形滚刀刀圈磨损的影响,对TBM滚刀破岩机理和刀圈磨损机理进行了研究. 基于现场实测数据,如掘进推力、贯入度、磨损量、滚刀半径、滚刀安装半径、刀圈几何尺寸等,根据摩擦学理论,综合考虑各影响因素的相互作用,提出了刀圈综合磨损系数的概念,并建立了滚刀磨损预测模型,同时可对刀盘上各滚刀的有效掘进距离进行预测;将预测模型应用到兰州市水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工中,同时与其他预测模型对比,验证了综合磨损系数预测模型的有效性. 研究结果表明:刀圈综合磨损系数随滚刀安装半径的增大而减小,随滚刀安装角度的增大而增大;综合磨损系数与其他模型磨损系数变化规律基本一致;基于综合磨损系数预测得到的有效掘进距离与实际掘进距离基本吻合,误差在10%以内,说明基于综合磨损系数建立的TBM滚刀预测模型是可靠的.