复合地层盾构掘进参数相关性分析及掘进速度预测

掘进速度预测对于提高复合地层盾构掘进施工效率具有重要作用。本文依托南京轨道交通工程复合地层区段现场盾构掘进数据,在盾构区间地层分区的基础上对主要掘进参数进行研究,分析各掘进参数与掘进速度之间的相关性。结果表明:地层越硬,刀盘转速、扭矩、推力均越大,土仓压力越小,软硬不均复合地层刀盘扭矩明显偏大;在复合地层中仍存在掘进速度与贯入度、螺旋输送机转速成正比关系,但掘进速度越大,刀盘扭矩和推力不一定越大。在复合地层中引入硬岩复合比作为回归参数,采用多元线性回归建立掘进速度预测模型,将相同区段预测掘进速度与实际掘进速度进行对比,以验证模型的的准确性和可信度。本文分析方法可为复合地层掘进施工提供指导。     

无水砂卵石地层土压平衡盾构掘进参数管理

无水砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,对盾构施工存在很大的不良影响,该地层对盾构机性能要求高,对盾构掘进参数管理要求严格。以北京地铁9号线3标盾构施工为背景,对盾构掘进中的主要参数如土压力、刀盘扭矩、注浆量等进行分析,在施工中对以上参数进行严格管理,保证盾构掘进的顺利进行。其成功经验对今后类似地层中的盾构施工有一定的指导意义。     

粉质黏土地层盾构施工地表沉降关键参数分析与预测

基于常州地铁土压平衡盾构穿越典型粉质黏土地层59个地表沉降监测断面实测数据的统计结果,分析了Peck公式用于预测常州地铁土压平衡盾构施工引起的地表横向沉降槽的适用性,得出了预测常州地区典型地层中盾构施工引起的地表沉降基本参数的取值范围.即:地层损失率取0.10％～0.75％,沉降槽宽度参数取0.3～0.7.基于盾构机对土体作用的力学模型,得到了盾构掘进时的地层位移场的解析解,并与监测数据对比,给出了相关参数的取值方法.应用给出的计算参数,可以较好地预测常州地铁施工过程中及施工后引起的地表沉降.     

复合地层盾构姿态纠偏与隧道成型质量控制

盾构法施工时盾构机的姿态控制是确保盾构法隧道成型质量的关键。盾构机在均一地层地质中掘进时盾构掘进控制较为容易,但在上软下硬的复合地层中掘进时容易出现刀具偏磨、地面沉降不易控制、盾构姿态纠偏困难等问题。本文依托盾构机在典型的上软下硬复合地层中遇到姿态出现向下纠偏困难的情况为背景,通过对地层地质、盾体姿态、盾构掘进参数及隧道管片成型姿态等数据进行综合分析,采取多种纠偏措施以及质量控制措施,使得盾构机姿态得以顺利完成纠偏且隧道质量得到良好控制的效果。此案例可为类似地下工程施工提供借鉴经验。     

盾构施工中隧道限界内基岩突起的深孔爆破预处理技术研究

针对盾构穿越上软下硬复合地层的施工技术展开研究。在盾构机到达前,于试验区段采用深孔爆破对基岩进行预处理,结合路面注浆封孔技术及变形精细化控制技术,调整优化爆破参数及掘进参数,使得隧道限界内基岩爆破后的块度满足盾构施工要求,然后进行大范围的爆破推进施工,最终保证了盾构机顺利、快速地通过该区域,大大缩短了工期。深孔爆破预处理技术的社会及经济效益显著,可为类似工程施工提供参考。     

基于机器学习的地铁盾构掘进参数智能预测与控制方法研究

盾构掘进的精细化和智能化控制是现代隧道施工技术的发展趋势，为更好地预测和控制盾构掘进状态，提出一种预测和控制盾构掘进参数的智能模型。该模型考虑了多个影响盾构掘进参数的非线性因素，建立了6种基于机器学习与海鸥算法相结合的混合算法(SOA-ML)盾构掘进参数智能预测模型，并提出基于层次分析法的最佳预测模型判别方法；进一步利用最佳预测模型提出了基于PSO算法的掘进参数控制方法。以金华至义乌至东阳市域轨道交通工程为例，验证了模型的有效性。运用结果表明：SOA算法可有效地对机器学习算法的超参数调优，且SOA种群数量越大，搜索的范围越广，最佳适应度收敛性越快；6种算法模型均具有较好的预测性能，根据层次分析法对预测模型进行性能排序为BP>ELM>CNN>RF>SVM>LSTM;基于BP-PSO的盾构掘进参数预测和控制过程具有消耗时间小、预测与优化性好的特点。     

卵漂石地层盾构机刀具磨损研究

北京地铁9号线06标段军事博物馆站～东钓鱼台站区间工程,盾构穿越的地层为含大粒径漂石的砾岩层和富水卵漂石⑦层。此种地层在国内外均无类似工程实例,掘进施工过程中盾构机刀具磨损非常严重,通过分析和总结盾构实际掘进参数及刀具磨损规律,对盾构机的刀具配置进行有效改进,确保盾构的掘进施工顺利进行,延长盾构刀具的使用寿命。     

盾构施工监测预警系统研究与实践

盾构工法已经成为我国城市地铁隧道和部分铁路隧道的主要施工方法,GIS+BIM技术的应用使得盾构机的工作过程以及施工隧道现场状态更加形象直观。目前,盾构机远程监控管理系统正在向着管理信息数字化、机器参数图像化、决策系统智能化的方向飞速发展,已经成为保障盾构施工顺利进行的有效工具之一。盾构施工监测预警系统是一种基于物联网和互联网远程数据传输功能的数字化系统,可实时监控盾构机掘进状态。此外,可利用3D GIS+BIM技术模拟盾构施工的地层条件和现场环境,同时与施工过程中的盾构机全站仪系统数据相链接,形成一套动态的4D施工可视化信息管理系统。该系统可实现盾构虚拟隧道及场景的漫游,沿线建构筑物位置信息提醒,盾构机位置偏差预警、报警及盾构推进状态的可追溯功能,可以为地铁隧道施工项目提供科学、有效的管理手段。盾构掘进参数的总结与分析对后续工点及线路施工的安全风险管控具有较高的参考价值。     

盾构区间全断面硬岩处理方法研究

盾构机开挖范围为全断面硬岩地层时,施工效率低、机身震动大、刀具磨损快一直是盾构施工中的难题。以厦门市轨道交通3号线浦边站~后村站盾构区间工程为背景,通过对左右线相似全断面硬岩段采用爆破预处理及不进行爆破处理两种不同处理方法时,盾构掘进过程中的掘进参数、刀具磨损情况、成型管片及隧道渗漏水情况进行分析对比,总结了盾构区间全断面硬岩处理方法。为今后类似工程提供了相关技术指导和实践经验,具有重要借鉴意义。     

基于渣土改良的土压平衡盾构掘进参数特征研究

依托南昌地铁1号线5标段盾构工程,考虑土舱压力、岩土地层松散性、盾构机渣土改良系统和泡沫消散等因素,对盾构开挖面泥质粉砂岩与砾砂层体积比为1/1区段泡沫剂用量进行优化,分析渣土改良对总推力、扭矩和土舱压力的影响。研究结果表明:渣土改良对盾构施工参数有一定的影响,渣土改良参数优化后盾构总推力、扭矩和土舱压力相对平稳。渣土中泡沫添加比的增大,能适当降低盾构机总推力和扭矩。盾构机停机时由于受到泡沫破碎或消散的影响,土舱压力随时间而逐渐减小。盾构掘进阶段时渣土改良能减小土舱压力的波动幅度,且泡沫添加比越高,土舱压力波动幅度越小。     

盾构穿越孤石及带压换刀技术研究

盾构施工经常遇到体积较大的孤石,因其强度较高且与周围地层特性差异较大,造成盾构施工困难,易引发地层沉陷等安全事故。为解决盾构穿越孤石难题,对全回转套管钻处理孤石施工及带压开仓换刀技术进行研究。主要结论如下:(1)盾构施工前应系统考虑孤石探测、预处理、盾构机开仓换刀方案,为安全掘进提供保障;(2)采用全回转套管钻法清除孤石后,大大降低了掘进风险,并通过控制盾构机掘进参数顺利穿越孤石区域;(3)充分利用已有基坑围护结构,采用旋喷桩加固盾构周围地层,并结合采用盾尾止水环、降水等措施辅助带压进仓,解决刀具更换问题。     

基于机器学习的盾构掘进参数预测

依托济南市济泺路穿黄隧道东线工程,选取1 130组掘进数据,按照施工顺序划分数据集,采用粗细程度、软硬程度、密实程度和渗透能力4个维度描述土体的物理力学状态,分别建立基于长短期记忆模型(Long-Short Term Memory, LSTM)、随机森林模型(Random Forest)和BP神经网络的盾构隧道掘进参数预测模型,详细对比分析3种模型对总推力和掘进速度的预测效果。研究表明：(1)LSTM模型在按施工顺序预测盾构总推力和掘进速度时,平均相对误差仅为3.72%和7.41%,模型训练时间均在20 s以内,整体表现优于随机森林模型和BP神经网络;(2)在地形发生剧烈变化以及盾构掘进线路在直线与平曲线过渡时,总推力和掘进速度出现较大波动,LSTM模型预测结果相对误差偏大的组数仅占4%与10.2%,且总体误差满足施工要求;(3)随机森林模型预测结果的相对误差在总推力和掘进速度剧烈波动的环段处偏大,数量偏多,因此在按施工顺序预测时不是优选。     

石家庄地铁1号线土压平衡盾构施工掘进参数研究

盾构法施工技术因其具有智能、快速、安全、周边影响小、地层适用性强等特点已得到广泛的应用。盾构机安全掘进主要取决于对掘进参数的准确把握,如何在特定地质条件下选择合理的盾构掘进参数至关重要。本文以1号线地质条件为背景,依据石家庄三种地层的盾构先期施工情况,分析归纳其盾构掘进参数,并通过监控量测验证所选施工参数的合理性,进一步优化盾构施工参数,为该地区后续盾构施工提供参考。     

土压平衡盾构下穿河道段施工风险评估与控制措施研究

为了综合评价地铁盾构隧道下穿河道施工安全风险,文章运用模糊层次分析法对土压平衡盾构隧道下穿河道施工安全风险进行分析。研究得出,该工程项目风险为中度风险,盾构机本身设备故障、地层稳定性差、施工掘进参数控制不当等因素产生的风险比较大。依据盾构机下穿河道的施工风险评价结果,系统研究施工难点及其风险对策,采取有针对性的技术措施,有效降低施工过程中的风险。     

泥水平衡盾构气压辅助模式掘进应用与研究

针对厦门地铁轨道交通2号线海沧大道站-东渡路站区间采用泥水平衡盾构施工,在穿越变质砂岩夹泥岩地层时出现掘进效率低下、废浆量大、出渣不顺等问题进行研究,发现盾构掘进采用气压辅助模式,能有效降低刀盘转动扭矩,且渣土流动性得到改善,掘进效率大幅提高。本文探讨盾构在变质砂岩夹泥岩地层掘进过程中气压辅助模式切换方法、数据应用、掘进风险与处理措施,以期盾构在稳定性及气密性较好地层掘进施工中推广应用。     

高强度基岩深孔控制爆破预处理盾构掘进技术研究

盾构在高强度基岩突起的上软下硬地层中掘进时,面临换刀及带压进仓等风险。本文以广州地铁21号线中新站至中间风井盾构区间为工程背景,对盾构穿越片麻岩复合地层施工技术展开研究。深孔控制爆破是解决盾构在复杂地质条件下无法正常掘进的重要方法,尤其在地面环境复杂、周围建(构)筑物多、存在基岩凸起且伴有大量孤石的地层条件下更为有效。通过药包设计、安装及布孔方式、爆破安全距离控制等措施对基岩进行爆破预处理,最后对盾构机掘进参数进行优化调整,顺利完成盾构区间掘进任务,减少了盾构开仓风险。     

穿越湘江地层裂隙密集区域大直径泥水平衡盾构掘进参数控制

依托长沙市南湖路隧道工程,统计分析了大直径泥水盾构穿越地层裂隙密集带的掘进参数,并从理论方面分析参数变化的原因,最后对盾构穿越地层裂隙密集带掘进参数进行了控制。研究结果表明：地层裂隙密集带内裂隙的存在和不均匀分布导致岩体的整体性下降,强度降低,从而使得泥水盾构的总推力值和刀盘扭矩值降低;刀盘每转切深值参差不齐;泥水损失量比较大,裂隙密集区域内的泥浆损失量比正常区域内的大78％左右。在穿越地层裂隙密集区域时,盾构机应提高盾构总推力,防A：．2／盘每转切深的减小,从而使盾构机快速穿越裂隙带;增加泥水进浆量,弥补泥浆的损失,以保证掌子面的稳定性。这对今后泥水盾构越江穿越裂隙密集区域时掘进参数的控制有一定的指导意义。     

盾构掘进风险评估模型

我国城镇化的快速发展伴随着大量的基础设施建设,隧道建设成为城市地下空间开发中的重要组成部分。由于隧道工程其特有的结构复杂性、施工隐蔽性和施工组织设计的综合性,使得隧道施工周期长、造价高且施工技术要求高,导致施工过程中的不可控风险因素众多。以往风险评估主要依托工程师的施工经验为主,使得风险评估结果具有一定的主观性。土岩复合地层中土压平衡盾构掘进风险评估具有复杂、难以建模的特点,以珠海市某盾构隧道工程为背景,基于现场的监测数据和施工工程经验,运用云模型理论,对盾构机在土岩复合地层中的掘进风险进行研究。根据实际工程概况,确定总推力、刀盘扭矩、螺旋机转速、土压力、泡沫注入量和泡沫注入压力等6个影响因素,将监测数据划分为5个等级,提出基于云模型融合多参数的盾构掘进风险等级评价模型。提出的模型将盾构掘进的多源数据进行有效融合,通过计算标准云与待识别云的相似度得出隧道掘进风险等级,评估结果具有可靠性和可操作性。降低了盾构隧道施工事故的发生并提高了施工效率。该模型评估结果与现场实际情况相符,可为土压平衡盾构机在复杂地层中的掘进风险评估提供参考。     

砂卵石地层盾构微扰动施工及掘进控制研究

研究目的:针对北京地铁8号线天桥～永定门外区间右线隧道试验段1～160环掘进施工,结合地层条件分析掘进参数和地表变形间的关系,并对土压平衡盾构微扰动施工控制进行初步探索,以期为砂卵石地层盾构隧道的设计与施工提供借鉴和参考。研究结论:(1)相对于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层,盾构施工在砂卵石地层引起的沉降更大,对地层的扰动也更大;(2)盾构在砂卵石地层中掘进时,按照太沙基松动土压力理论计算得到的开挖面支护压力更加贴合现场实际情况;(3)千斤顶推进速度与螺旋机转速对于调节开挖面支护压力至关重要;(4)盾构在砂卵石地层中掘进所需的推力和扭矩要高于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层中的相应值;(5)由于砂卵石土孔隙率较大,故需要及时调整注浆压力以保证注浆量,从而控制地表沉降;(6)对于砂卵石地层中的盾构施工,通过合理控制盾构掘进参数,可以较好地减小地表沉降和地层损失。     

高磨蚀复合地层盾构刀盘受力分析与计算

盾构在复合地层中施工,经常会遇到盾构姿态难以控制、刀盘刀具异常或过量磨损、刀盘变形与开裂等问题,目前是盾构施工一大难题。针对芜湖过江隧道其中一段软硬复合地层的工程地质特点,将其在盾构掘进断面内的地层简化为上软下硬的二元地层结构,对刀盘受力公式进行推导并建立刀盘受力计算模型,基于LabVIEW编制盾构刀盘受力计算程序。该程序可以计算盾构机在复合地层掘进过程中的刀盘有效推力、有效扭矩、倾覆力矩和不平衡力及它们的变化情况。最后实例计算,得出刀盘受力和力矩随软岩比、刀盘转角和贯入度的变化规律,解释了盾构在复合地层施工难题的原因,为其提供依据。