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。     

IPP-PNN模型在川藏铁路深埋长大隧道岩爆预测中的应用

为了准确预测在高地应力、高地温铁路隧道中的岩爆灾害,以川藏铁路前期拉林段的重要隧道节点工程为研究背景,系统、全面地总结应力水平、埋深、温度、围岩岩性及地质构造、岩体系统刚度等影响因素对川藏铁路深埋长大隧道岩爆的孕育作用,重点分析高地应力和高地温对岩爆发生的影响相关性。构建川藏铁路深埋长大隧道岩爆预测指标体系,测试并量化岩体岩爆的倾向性指标。由于各影响因素与岩爆的非线性关系,选用能充分提取数据信息、处理多因素复杂非线性问题的改进投影寻踪(Improved Projection Pursuit,IPP)评价模型对川藏铁路拉林段典型高地应力、高地温深埋长大隧道桑珠岭隧道在施工期发生的岩爆问题做初步评价,并引入密度函数估计和贝叶斯最小风险准则,将IPP模型和概率神经网络(Probabilistic Neural Networks,PNN)模型相结合,实现对岩爆等级的聚类划分。研究结果表明：根据岩爆等级预测结果可知IPP-PNN模型预测结果相比于传统PP-PNN模型和GSA-PP模型其准确度更高,在对桑珠岭隧道11～19号隧道路段的岩爆预测中,岩爆预测等级与实测等级相符合程度由66.67%和77...     

硫酸盐环境下铁路隧道结构衬砌混凝土病害调查及分析

为掌握实际服役条件下铁路隧道结构衬砌混凝土的硫酸盐腐蚀劣化规律,基于对硫酸盐环境下服役近40 a的10多座既有铁路隧道衬砌混凝土病害情况的实地调研和取样分析,并结合室内宏观、微观测试,剖析了硫酸盐侵蚀作用环境下既有铁路隧道衬砌混凝土的劣化模式,获得隧道衬砌混凝土病害的关键影响因素,探讨了相应的劣化机理。研究成果可为铁路隧道的维修提供重要技术支持。     

深埋特长隧道岩爆预测研究

研究目的:苍岭隧道最大埋深近800 m,隧道内围岩完整性好,强度高,在高围压条件下,隧道开挖后将产生岩爆现象,为保障隧道施工安全,准确预测掌子面前方未开挖段的岩爆发生状况,采用理论与实测相结合研究手段,两阶段预报方案对苍岭隧道的岩爆发生状况进行了预测.研究结论:通过两阶段岩爆预测可知,较之施工前岩爆预测情况,在实际条件下,轻微岩爆区长度将减少,中等岩爆区则基本相当,岩爆基本发生在边墙部位;卢森判据的结论更加适合本隧道岩爆的预测,前期研究中获取的隧道区内构造应力场较为准确,采用理论与现场实测的研究手段,结合两阶段岩爆预测模式,准确预测了掌子面前方一定范围内岩爆发生状况,为岩爆预测提供了切实可行的方法.     

基于CBR的铁路工程岩爆预防措施决策模型研究

为了获得隧道工程岩爆补救措施快速有效的解决途径,建立基于案例推演岩爆防治措施决策辅助模型。首先针对岩爆发生所需要的地质地形等条件,建立以特征属性为判别依据的隧道岩爆案例库,利用熵权法确定特征属性权重,再以灰色加权关联法在案例库中寻找与目标案例关联度较大的相似工程实例,为工程实践寻求岩爆发生条件相似案例的解决途径。并以成昆(成都至昆明)铁路关村坝隧道为实例对相关模型进行验证,得到关村坝隧道与西秦岭隧道为相似案例,可以采用相似的岩爆问题解决措施。     

岗木拉山隧道岩爆影响因素相关性研究

隧道岩爆发生的影响因素很多,本文以拉林铁路岗木拉山隧道为依托,通过现场岩爆观测和数值模拟,对岩爆影响因素的相关性进行分析。结果表明,不管是否存在构造应力场,岩爆与埋深都有关联;岩爆发生的概率和位置受结构面控制;开挖方式对岩爆影响视岩爆的表现形式而有所不同;岩爆还表现出明显的时间效应;岩块抗压强度、平导应力释放对岩爆影响较小。岩爆发生机制主要表现为结构面张裂、岩块剪切、失稳破坏等。针对岩爆发生的特征及影响因素提出了防治措施,用以防止大型不稳定块体的坍塌,而传统高压注水、洒水等措施不再适用。本文对岩爆的发生机理和防治措施提出了新的见解和思路,可为类似工程提供参考。     

秦岭终南山特长公路隧道岩爆的治理

介绍目前国内最长的公路隧道———秦岭终南山特长公路隧道,在开挖过程中岩爆发生特征及治理措施。岩爆是高地应力的自然释放过程,施工中应以加速这种应力释放为主要治理措施,根据量测手段确定支护的时间及支护类型,与传统的岩爆治理措施相比有一定的改进。     

盆因拉隧道高地应力成因及岩爆防治措施研究

盆因拉隧道位于雅鲁藏布江峡谷区,受构造板块影响,地应力分布特殊,隧道的施工遇到较强烈的岩爆影响。本项目通过对隧道通过区的构造应力场进行分析,采集实测地应力数据,通过仿真技术分析预测隧址区的地应力分布特征;采用室内试验对隧道洞身处闪长岩进行矿物组分、结构特征分析;采用单轴压缩、三轴试验测试岩体力学指标,结合地应力数据及岩体力学参数、隧道开挖断面形状分析岩爆灾害发生机理,对隧道岩爆进行预测、评价,并提出采取"水压爆破、应力释放、加强支护"的措施,有效控制了岩爆造成的危害,为类似隧道的施工积累了经验。     

浙江苍岭隧道岩爆工程地质特征分析与防治措施研究

根据在浙江苍岭隧道施工中发生的岩爆,通过现场地质观测资料,分析了其形成的规模、位置、诱发因素以及地质条件,从地质工程的角度,对岩爆发生地段隧道的岩石组成、地质构造、地应力特征以及地下水情况进行了探讨,发现在苍岭隧道施工中发生岩爆的岩石具有岩体结构面发育适中、弹性模量大、P波波速高、地质构造简单、现代水平构造应力强且主压应力轴σ1大角度相交于隧道中轴线和地下水不发育的特征,并在此基础上,提出了掌子面喷水、布设释放地应力锚杆、减少隧道壁聚能结构等有效的岩爆防治措施。     

巴玉隧道施工中岩爆风险动态管控措施

针对隧道岩爆管控难题,结合川藏铁路巴玉隧道工程地质条件及岩爆特点,分析了岩爆的判别、规律及危害性。总结了针对隧道各级岩爆风险的动态施工技术,提出优化工程布置和开挖参数、提前释放围岩应力、完善直眼掏槽和水压爆破工艺、机械化配套施工等动态防控措施,确保了岩爆地段施工安全。本文可为类似高原高地应力隧道施工岩爆风险动态管控提供参考。     

基于灰色模糊语言的铁路隧道施工风险评估

研究目的:复杂艰险地区的铁路建设,隧道占比较高且超长深埋隧道众多,面临工程地质复杂、地震频繁强烈、自然灾害频发、施工条件艰难等建设难题,塌方、涌水、岩爆等施工安全事故极易发生。为防范隧道施工事故,建立灰色模糊语言理论的隧道施工风险评估模型,为铁路隧道施工风险管控提供科学合理的方法。研究结论:(1)针对铁路隧道施工过程中的风险因素兼具灰色、模糊性与随机性的特点,在区间不确定语言变量理论基础上给出区间灰色模糊不确定语言变量的概念,建立了灰色模糊语言理论的铁路隧道施工风险评估模型;(2)从“安全、质量、工期、环境”4个属性,考虑自然天气、地质条件、设备维护、风险应对措施等11个影响因子,建立了风险分析层次结构;(3)以某复杂铁路隧道工程施工为例,验证模型的可行性和有效性,工程实例表明地质条件、自然天气等因素对施工影响较大;(4)本文建立的模型能够更全面、更真实地利用专家意见对铁路隧道施工风险因素进行评估,可为复杂铁路隧道风险管控提供科学合理的依据。     

铁路隧道仰拱设计施工关键技术分析

隧道仰拱开挖施工不慎引起塌方失稳是隧道建设过程中时常发生的安全问题。从隧道施工过程力学角度分析了仰拱开挖易发生失稳塌方的力学机理,分析了隧道仰拱塌方失稳原因,指出了当前隧道仰拱设计施工应重视岩体时间空间作用相关特征,提出了铁路隧道仰拱设计施工应采取的加强措施。所得结论可为隧道设计施工安全控制管理提供参考。     

浅谈隧道施工中岩爆发生的机理及预防措施

结合秦岭隧道和太平驿引水隧洞施工，作者对岩爆发生的机理、条件、预测及防治措施进行了系统分析研究，提出了一整套行之有效的解决措施，可供借鉴参考。     

川藏铁路某超深埋隧道地应力特征及岩爆分析

研究目的:超深埋折多山隧道是川藏铁路雅康段控制性工程,隧址位于我国西部新构造运动活跃的"Y"字形构造带核心区域,其地应力特征及岩爆预测对铁路选线、设计和施工具有重要意义。本文通过地应力测试数据,数值模拟来分析折多山隧道隧址区及洞身的应力分布特征,明确最大主应力的方向,并利用岩石的单轴加卸、载应力-应变曲线计算其隧道围岩的岩爆倾向指数,分析发生岩爆的岩石力学指标,结合深孔钻探成果、岩石力学试验、水文试验成果来综合分析川藏铁路折多山隧道发生岩爆的强度。研究结论:(1)川藏铁路折多山隧道最大主应力为水平应力,方向为NEE向,实测地应力最大值为17 MPa,数值模拟洞身最大值可达到48 MPa;(2)通过岩爆倾向性指数试验分析可知,围岩具备发生中等~强烈岩爆的储能和释能条件;(3)通过综合分析可知,折多山隧道易发生中等~强烈岩爆;(4)该研究结论可为隧道设计提供依据,也可为邻近区域隧道围岩稳定性判断提供借鉴。     

岩爆发生条件的基本分析

通过对国内外隧道工程施工中所发生岩爆实例的统计、分析与归纳，得出了判断岩爆发生的基本条件，并以此对目前正在施工中的西康线秦岭隧道Ⅱ线出口段已发生岩爆区段进行了验证，效果很好。     

高原铁路隧道岩爆施工技术研究

高原铁路隧道岩爆是困扰业界的一大难题，无论是对安全、质量和进度都带来了极大困难。根据以往高铁岩爆施工经验，结合高原铁路低温、低压、低氧的极端环境，高原、硬岩、岩爆的特殊地质要求，从岩爆的发生机理、岩爆分级、岩爆的超前地质预报、岩爆监测入手，合理选择适合高原地区特点的施工机械，与国内先进设备制造厂商进行联合攻关，采用先进的水压光面爆破技术，探索出一套适合高原铁路机械化、信息化、智能化隧道施工生产线，真正实现快速、安全、环保、高效的施工目的。     

昌福铁路隧道病害整治

南昌至福州铁路隧道断层破碎带、岩爆、软岩变形、强富水等不良地质非常普遍,隧道出入口埋深较浅,围岩破碎,在隧道施工中出现了衬砌开裂、衬砌背后空洞、隧道渗漏水等病害。通过对此隧道病害的现场调查研究,并结合国内相关资料,针对衬砌开裂出现的三种不同情况,分别采用了锚固注浆、碳纤维加固以及嵌填沟槽后注浆加固等措施,采用压浆填充、封堵防水方法整治隧道衬砌背后空洞和渗漏水病害。整治措施实施后在隧道运营前变形已经趋于稳定,证明采取的处理方法合理有效。     

武康增建二线隧道建设管理与施工技术

结合武康铁路增建二线工程在复杂环境和软弱围岩条件下新建54座铁路隧道、加固6座既有隧道和1座铁路运营隧道的拆除等工程的特点和难点,介绍隧道建设管理的理念和方法,针对施工中存在的问题进行原因分析并采取的措施以及10座隧道的关键技术,为类似工程提供参考。     

高地应力状态下硬质碎裂岩隧道变形机理研究

高地应力状态下硬质岩隧道产生岩爆,软质岩隧道产生大变形,在山区隧道建设中会经常遇到,也进行过大量的研究,但关山隧道硬质闪长岩在施工中遇到罕见的、特殊的大变形问题。通过对隧道区地质环境背景、岩石成分、岩体结构面特征、原地应力大小研究,配合理论分析,直观地解释硬质碎裂围岩的变形破坏特征与机理,为采取经济、合理的支护措施提供依据,隧道变形控制良好。     

铁路岩体初始应力场评估的探讨

研究目的:在实际工作中,根据地应力资料进行评估,铁路绝大部分隧道都处于极高地应力、高地应力状态,引发围岩调整、工程措施加强,从而会引起投资大量增加,甚至在分析隧道衬砌开裂和变形的原因时引发大的争议和混乱,但实际已开挖的隧道发生岩爆、大变形的工程案例却是极少数。本文通过岩体力学理论、地应力资料、工程案例并结合相近行业有关规定,对铁路规范中的铁路岩体初始应力场评估进行探讨。研究结论:(1)铁路规范对初始地应力场的评估不符合实际,应修改,初步判定实测地应力大于30 MPa时,岩爆发生的可能性增大;(2)对初始地应力场的评估结论应慎重,引发的增加投资应纳入动态设计;(3)勘察设计阶段的地应力测试应合理、适当;(4)该研究成果可应用于铁路规范修改及隧道勘察。