高地温深埋特长隧道热害综合防治关键技术研究

在高地温地区修建特长隧道存在较高的风险,给隧道施工及运营带来极大挑战。文章以我国在建的最长交通隧道——大理至瑞丽铁路高黎贡山隧道为工程背景,开展特长隧道热害综合防治成套关键技术研究。通过研究确定了高地温隧道热环境控制标准及施工热害控制的合理区域,形成了热害隧道通风降温、制冷降温、地下热水治理相结合的成套降温设计方法,提出了高地温条件下的隧道衬砌结构支护体系及防开裂措施;通过室内模型试验研发了适用于高温热害环境下的成套新型建筑材料;根据传热学理论,建立三维非稳态传热模型,模拟研究了隧道运营环境温度场,并制定了隧道运营期间采用通风井分段进行纵向通风的降温对策。     

隧道高温地下水处理理念探讨

地热对地下工程建设危害较大,在以往铁路建设中尚未遇到较严重的热害,也缺乏系统的理论指导和成熟的治理经验.文章通过玉蒙铁路旧寨隧道地下热水发育段及影响段的勘察设计与施工,介绍了地热段施工的困难状况,总结了地热对隧道工程的危害类型,针对隧道高地温热害分析评估标准的厘定提出了建议;通过对隧道附近区域地表温(热)泉特征的调查、洞内外热水的取样、氢氧同位素组成特征分析与氚放射性同位素测定等一系列工作研究分析了高温地下水成因;并通过现场试验、测试、方案设计及施工验证,在适应当前国内隧道施工水平的基础上,提出了“通风降温+减少热源+个体防护+局部机械制冷+调整施工组织”的地热处理理念,并提出了在地热发育区进行隧道工程选线的建议.     

软弱地层超大矩形顶管盾构隧道近接施工加固方案优选研究

为保证软弱地层中超大矩形顶管盾构隧道近接施工安全，以某矩形顶管盾构隧道近接下穿既有高速铁路为工程背景，研究超大矩形顶管盾构隧道近接下穿高铁段不同施工加固方案的效果。结果表明：采用超前注浆可使开挖面主动失稳位移减小25.64%，被动失稳位移减小17.65%，轨道沉降减小30.38%。采用人工挖孔桩+D型钢便梁可使开挖面主动失稳位移减小51.28%，被动失稳位移减小29.41%，轨道沉降减小42.31%；现场监测表明，采用人工挖孔桩+D型钢便梁加固后轨道沉降最大值仅为1.65 mm，超大矩形顶管盾构隧道成功下穿既有高速铁路，人工挖孔桩+D型钢便梁保证了超大矩形顶管盾构隧道近接施工安全和高速铁路正常运营。     

建筑敏感区隧道破除抗滑桩进洞转换体系设计与施工方案优选

依托攀枝花阳光隧道，进行隧道开挖方案分析，并基于破除抗滑桩过程中围岩-结构受力特征，提出进洞转换体系设计方案。建立隧道开挖全过程精细计算模型，探讨不同工法对应的围岩、隧道及建筑物变形响应特征，综合考虑安全性、经济性、可行性及工期等多项指标进行方案优选研究，并进行现场实测验证。结果表明：在“扶壁式挡墙+抗滑桩”组合结构转换体系作用下围岩-结构位移得到有效控制且能满足整体稳定；预留核心土法施工较CRD法施工产生的力学扰动更明显，最大相差约40%，但两种工法开挖引起的地层、转换结构及建筑物位移均满足要求；隧道破除抗滑桩开挖阶段地层主要发生竖向位移，转换体系在紧贴截桩位置响应最明显，既有建筑向隧道侧发生微倾；原施工方案CRD法力学扰动小，但工程费用高、技术难度大、工序复杂、工期长，综合比选后采用预留核心土法进行施工。现场实测表明，所选方案具有合理性，依托工程取得了较理想的施工效果。     

浅埋大偏压双洞六车道无中导洞连拱隧道进洞施工技术

云南省国家高速公路网G56楚雄（广通）至大理高速公路扩容工程金山隧道为六车道无中导洞连拱隧道。隧道侧穿岩层破碎的陡峭山坡，全隧道均为浅埋大偏压地形，且侧下方临近既有高速公路和乡道。隧道进口洞口段偏压尤为严重，存在大范围负埋深段落。为保证金山隧道进口进洞施工顺利开展，避免山体扰动影响既有公路运营，从隧道结构、山体加固及开挖施工等方面提出综合技术方案：（1）隧道洞口负埋深段以桩基承台+薄壁耳墙结构提供外侧竖向基础及横向支撑，抵抗山体偏压作用；（2）上部锚索与下部钢管桩加固方式增强洞口坡体横向稳定性；（3）隧道洞口实施半明半暗盖挖施工，减小围岩扰动。金山隧道进口进洞方案现场成功实施，不仅为全线按计划顺利通车创造了良好条件，还为大偏压大跨度无中导洞连拱隧道洞口段施工积累了工程经验。     

地铁区间盾构与联络通道冻结加固同步施工技术方案及应用分析

以北京地铁7号线东延工程为例，为确保线路开通运营工期节点，车站机电安装与装修、区间盾构掘进及冻结法联络通道施工需同步进行。基于此，现场施工综合考虑工期、场地条件（地面、车站内及区间隧道内）、冻结效果及成本，提出2个联络通道冻结共用1个冻结站，即将冻结站设在已贯通隧道的2个联络通道中间位置的施工技术方案，通过优化冻结站机组选型、冻结管路布置、管片预加固支架体系等技术措施，实现区间盾构及冻结加固同步施工。根据施工过程监测及数据分析，总结冻结壁发展规律及通道安全开挖条件，同时对现场冷却水温度、环境温度升高等问题提出应对措施。通过实践证明该施工方案及相关技术措施安全、有效、可行。     

不同区域环境公路隧道排水系统设计特征统计研究

运营期公路隧道排水系统通畅与否直接关系到隧道支护结构的安全状态。为更好地了解我国不同区域环境下公路隧道排水系统设计特征及适用性，基于我国气候环境与地理信息特征，搜集了十四个省、自治区公路隧道典型排水系统设计样本，分别从排水系统总排水方式、局部排水设计与不同构造组合三个方面对比分析了不同区域环境下排水系统的设计差异和特征，同时对碳酸盐岩地区公路隧道排水系统设计和排水模型构建与优化进行了讨论。结果表明：我国公路隧道排水系统类型可归纳为侧式暗沟总排式、中心排水沟总排式及侧式暗沟+中心排水沟总排式三种类型，区域特点明显，各排水类型之间优点各异，但缺点相似；非冻结区内排水设计呈多样化，较小排水量需求下推荐采用侧式暗沟总排式设计，排水路径较短且易于后期维护，大排水量需求下可采用侧式暗沟+中心排水沟总排式设计；冻结地区隧道排水系统设计均为中心排水沟总排式，中心排水沟检查井内可布置多层保温材料，形成多层内腔结构，能够有效保持沟内水环境温度；通过降低纵向盲管检查井内横向盲管的标高，可将现行网状排水模型优化为串并联排水模型，该排水模型排水路径短，排水系统堵塞概率低，排水量较大时可自动转换为网状排水模型，保...     

山岭隧道爆破效果神经网络评价模型及爆破参数优化决策方法研究

针对山岭隧道爆破开挖普遍存在的超欠挖过大、渣体块度不适等问题，分析了造成这些问题的主要因素，确定了隧道爆破开挖效果评价指标体系，建立了以爆破块度和超欠挖量为预测目标的隧道爆破效果神经网络评价模型，提出了基于深度学习的隧道爆破渣体块度实例分割算法，形成了山岭隧道爆破参数优化决策方法，进而开展了工程应用与验证。结果表明：（1）基于深度学习的隧道爆破渣体块度实例分割算法检测出的块体大小与真实值误差小于6.9%（置信度为95%），实现了隧道渣体块度样本数据的快速获取；（2）经148组工程实践样本数据训练后的隧道爆破效果神经网络评价模型能够较为准确地预测出爆破渣体块度与超挖量；（3）爆破参数优化后试验断面的平均线超挖量均在10%左右，较原方案降低了50%以上；实测得到的渣体块度与超挖值与模型预测结果一致性良好，偏差小于20%。     

基于机器学习的铁路隧道施工碳排放预测模型研究

为构建适用于铁路隧道施工建设阶段碳排放预测的算法模型，以某铁路隧道建设工程为研究案例，首先基于碳排放计算体系量化得到案例隧道的施工碳排放量与各子阶段碳排放占比；然后采用多种机器学习算法构建不同预测模型，结合动物优化算法对预测模型进行参数调优，选用R²、MAE、MSE、RMSE、MAPE、SMAPE等评价指标对比分析拟合效果，筛选最佳预测模型，并基于SHAP值分析各参数变量的重要性程度。结果显示：建材生产阶段对隧道施工碳排放的贡献最大，建材运输阶段的碳排放最小；BP神经网络相对随机森林、LightGBM、SVR、极限学习机等算法的回归效果更好，并且通过对比使用PSO算法、WOA算法和SSA算法优化后的回归预测模型，WOA-BP算法的拟合效果最好；基于SHAP算法的分析，各参数变量的特征重要性排名依次为：开挖面积>围岩等级>开挖工法>埋深。     

深埋富水黄土隧道地表深孔袖阀管注浆加固机理及效果分析

黄土具有“强度低、变形量大、自承能力小、工程性质差”的特点，且对水特别敏感，一旦遇水，强度明显降低，工程性质急剧恶化。因此，富水黄土隧道的施工难度极大、安全风险极高。银川至西安高铁上阁村隧道穿越富水黄土地层，埋深102 m。施工中，通过降水试验无法取得明显的降水效果，同时隧道围岩变形大、进度缓慢。鉴于此，开展了地表深孔刚性袖阀管注浆试验研究。研究结果表明：（1）地表深孔袖阀管注浆可以有效加固地层，提高其自稳能力。加固机理主要表现为浆液对竖向原生节理的填充阻水作用、浆液结石体的空间骨架作用；（2）注浆后隧道拱顶累计沉降量明显减小，变形速率降低，仰拱闭合时间提前，隧道开挖进度可达到60～80 m/月。与未注浆工况相比，施工进度提高了3倍以上；（3）通过注浆，隧道基底黄土地层承载能力可提高3倍以上，从而可保证高铁隧道的长期运营安全。     

基于PSO算法的盾构掘进参数寻优方法及应用

为了辅助盾构机司机驾驶盾构机，提供相应的操作建议，依托9座盾构隧道工程，选取5 075 101条盾构掘进状态的时间步数据，分别以盾构耗能最小和施工工期最短为决策目标，基于PSO算法对盾构机司机主动操作的刀盘转速和总推力两种掘进参数进行寻优，从而根据不同种类土的寻优范围给予司机实操建议，并对比优化前后的效果。研究发现：（1）以盾构耗能最小为决策目标优化后，刀盘转速和总推力的分布范围大幅度缩小，分布范围由大到小依次是砂层、土层和砾石层，掘进速度也有一定的提升。（2）以施工工期最短为决策目标优化后，刀盘转速的分布范围由大到小依次是土层、砂层和砾石层；总推力和掘进速度的分布范围由大到小依次是砂层、土层和砾石层。优化后能显著提高掘进速度，缩短工期。（3）以工期最短为决策目标的刀盘转速、总推力和掘进速度总体上大于以耗能最小为决策目标的刀盘转速、总推力和掘进速度。适当增加刀盘转速和总推力可以增加掘进速度，缩短施工工期。     

公路隧道格栅式遮光棚几何设计参数研究

为完善格栅式遮光棚的设计参数，利用眼动仪在雅康高速隧道群路段进行实车试验，以驾驶人瞳孔直径变化率以及驾驶人的主观舒适性作为评价指标，验证格栅式遮光棚的遮光效果；在此基础上利用DIALux软件建立了环形和门式2种格栅式遮光棚模型，计算得到格栅式遮光棚在不同洞口朝向和不同格栅间距情况下的遮光率，探明不同参数对遮光棚遮光效果的影响；基于隧道洞口处驾驶人瞳孔面积和环境照度的关系，给出不同设计速度下遮光棚内不同的位置照度要求。研究表明：格栅式遮光棚有效提高了驾驶员在隧道进出口路段的视觉舒适性；环形和门式遮光棚遮光效果并无明显差异；遮光棚两端5～10 m范围内受自然光和隧道洞内暗环境影响，存在较剧烈的明暗过渡；遮光棚中间段照度较为稳定，可作为计算格栅式遮光棚遮光率的依据；洞口朝向对遮光效果影响较大，东西洞口朝向遮光率高于南北洞口朝向遮光率5%～10%；遮光棚内逐级减光并非以线性降低为最佳，设计时可根据照度与速度及距洞口距离的关系式计算或根据现场照度测试结果进行取值。     

泥岩隧道仰拱长期稳定性分析——以新疆达坂地质区某隧道为例

以新疆达坂地质区某隧道为例，分析泥岩隧道仰拱的长期稳定性。通过基于隧道岩体结构、岩块强度和长期变形监测数据的分析，运用H-B强度准则和BP神经网络算法获取监测隧道岩体的力学和蠕变参数。借助FLAC 3D软件内置的CPOWER模型，建立典型断面的数值模拟模型，以分析泥岩流变效应下不同衬砌支护强度和仰拱曲率半径对隧道仰拱运营期稳定性的影响。结果表明：考虑泥岩流变时，隧道的主要变形是仰拱中心的隆起。初次增大支护强度或减小仰拱曲率半径对改善隧道结构的受力、控制围岩变形以及加快围岩的稳定都产生显著效果；然而，随着支护强度持续增大或仰拱曲率半径持续减小，这种控制效果逐渐减弱。当将支护强度从I16工字钢逐渐增大到双层拱架时，仰拱中心的隆起量仍然有11.14 mm；而将仰拱曲率半径从16 m减小到14 m时，仰拱中心的隆起量从33.7 mm减小到3.37 mm，最终的位移满足隧道后期运营的要求。减小仰拱曲率半径比增大支护强度更能有效地从根本上控制仰拱中心的隆起，同时使围岩和支护结构的受力更加均匀；在施工阶段适当减小仰拱曲率半径后，隧道已处于相对平衡状态，流变效应对隧道的应力状态影响不大。     

盾构接收钢套筒内填料压力主动调控试验研究

地铁隧道工程盾构钢套筒接收施工中，钢套筒内填料与地层之间的压力平衡控制是保证工程安全的关键。为实现主动调控钢套筒内填料压力，将常规钢套筒的固定盖板改进为可沿套筒纵向自由滑动的活塞式盖板，并提出相适应的液压调压法和机械调压法。按照1∶5的比例设计钢套筒模型试件，针对注水增压、泄水减压、低内压水平下的机械增压、高内压水平下的机械增压和机械减压等工况开展模型试验，研究填料压力随外接液压、机械推力的变化规律和影响机理以及千斤顶反力和钢套筒筒身变形规律。研究结果表明：液压调压过程钢套筒内填料压力随外接液压呈线性、等比例变化；较低填料压力（≤0.15 MPa）条件下的机械增压，填料压力随千斤顶压力变化展现出多段非线性特征；较高填料压力（>0.15 MPa）条件下，填料压力随机械调压过程稳定变化。两种方法均可达到可控的钢套筒内填料压力主动调节效果，需根据调控方法特点、工程施工能力和调控技术需求进行灵活选择。     

超大直径泥水平衡盾构断层破碎带掘进关键技术研究

为研究超大直径泥水平衡盾构穿越断层破碎带施工技术，以深圳某隧道工程为依托，对超大直径泥水平衡盾构穿越断层破碎带工程特点及难点进行分析，重点分析了泥水平衡盾构掘进过程中滞排、结泥饼、刀具磨损严重等问题产生的原因，并研究了泥水平衡盾构穿越断层破碎带的关键技术。针对滞排、结泥饼问题，在盾构机选型阶段优化刀盘结构设计，并采用大格栅+双破碎机排渣破碎系统、气垫直排式及主机段小循环模式等针对性措施，提高泥浆携渣能力、输送能力，降低渣土滞排和结泥饼的风险；针对刀具磨损严重问题，提出强化刀具状态监测及“逢红必检、有损必换”、杜绝刀具“带病作业”的刀具管理方针，确保刀具状态监测的可靠性和准确性，提高刀具使用寿命；最后，结合现场实践总结出“预防为主、防治结合、综合治理”的施工原则，采取辅助气压掘进模式穿越断层破碎带；通过对施工过程的研究分析，得到盾构掘进参数、泥水参数建议值以及各项针对性解决措施。     

大直径双模盾构浅覆土无障碍始发变形控制研究

为探究浅埋环境下大直径双模盾构无障碍始发过程中的变形控制策略，依托新建成蒲铁路紫瑞隧道盾构掘进区间工程，利用FLAC 3D软件建立可视化数值模型，并结合现场监测数据和施工参数，对双模盾构无障碍始发全过程进行模拟，研究刀盘切削洞门围护桩时所施加刀盘推力的数值特征对于桩后土体位移的影响；通过对比不同加固范围的位移控制效果，验证传统加固理论及其改进方法在无障碍始发下的应用可行性。结果表明：（1）刀盘推力的数值特征对于桩后土体位移的影响存在地层差异性，黏性地层下的影响效果要显著于圆砾、砂卵石这类非黏性地层；（2）不论何种地层，刀盘推力梯度对于桩后土体位移的影响效果均要显著于推力数值大小；（3）传统加固理论及其改进方法在无障碍始发下仍可应用，其中横向加固宽度的理论计算值偏于保守，纵向加固长度则基本满足土体稳定性要求；（4）始发段盾构模式转换位置的选择对于后续施工引起的地表竖向位移有着显著影响，建议选在加固区域内或靠近加固区边界处。     

超大直径土压平衡盾构施工土体改良试验研究

盾构推进时开挖面的稳定对控制沉降起着决定性作用,因此要求作为开挖面支撑介质的土砂具有良好的塑性变形、软稠度、内摩擦角小及渗透率小等特点,但是一般土壤不能完全满足这些特性,为此需要对开挖面土体进行改良。目前土体改良技术主要是在土体内加入膨润土、泡沫等添加剂来改善土体的性能,但是该技术对于超大直径、工程环境敏感的上海外滩通道工程是否适应值得探讨。为此,以上海外滩通道工程为背景,通过室内试验、模拟试验和现场试验研究了土体改良技术对超大直径土压平衡盾构隧道的适应性问题;通过室内试验验证了泡沫和膨润土对上海典型土体的改良效果;根据模拟推进试验结果确定了添加剂加量、发泡率等参数;最后通过现场试验探讨了改良效果。通过在超大直径土压平衡盾构施工中对土体进行改良,有效地保持了开挖面的稳定,减少了盾构推力与扭矩,刀盘磨损和机械负荷也都得到了很好的改善,盾构在土体改良后出土流畅、推进匀速,从而验证了土体改良技术对超大直径盾构隧道的适用性。