基于PSO-SVR与LSTM算法的复合地层下刀盘扭矩预测与分析

在盾构机实际施工过程中,对于刀盘扭矩的预估是盾构装备设计与施工调整的重要依据。地铁盾构施工区间往往穿越多个地层并历经复杂的地质环境,盾构机每掘进1环将会产生海量的地质参数与机械参数数据,对于庞大的数据体系,传统的统计分析方法已经无法满足数据量的需求。文章提出用机器学习算法结合数据预处理方法来对复合地层下的刀盘扭矩进行建模预测。鉴于盾构数据具有时间属性的特点,文章采用PSO-SVR与LSTM时序算法进行对比分析。首先采用数据预处理的方法进行数据清洗和特征筛选,之后将样本数据用于模型建立,最后对模型的适用性进行对比分析。分析结果表明,LSTM时序分析算法在盾构掘进参数预测方面具有更好的表现效果,平均误差率仅为5%左右,可以满足工程层面的需求。     

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。     

软土地层盾构施工中掘进速度对地面沉降的影响分析

本文以杭州地铁1号线九九区间隧道盾构施工为工程背景,分析了盾构施工引发地面沉降的影响因素,结合现场实测数据对杭州地铁软土层盾构施工中掘进速度与地表沉降的变化规律进行研究,研究结果表明,在盾构施工参数已经设定的前提下,无论是单环掘进速度还是整体掘进速度,对地表沉降的影响最终取决于掘进速度变化幅度的大小,掘进速度变化幅度大,则沉降大,控制施工掘进速度的变化量可有效控制地表沉降.研究数据与成果可以为该方向的理论研究学者提供基础资料,同时可为隧道建设者提供借鉴.     

孤石地层盾构推进施工技术

孤石在盾构施工中的影响主要有两方面:一是对盾构机的影响,表现在对刀具、刀盘以及主轴承密封的损伤;二是对施工质量的影响,表现在盾构姿态难以控制导致偏离隧道轴线,以及土仓压力难以控制导致前方土体坍塌。结合福州地铁1号线工程实例,讨论盾构穿越孤石地层的难点和风险,重点介绍了破除孤石的主要方法和施工中的掘进技术,以及孤石地层中进行孤石预处理的重要性。     

盾构掘进施工引起的地表沉降分析与研究

结合沈阳地铁1号线某区间隧道工程的盾构施工,采用刚度迁移法对盾构在无附加荷载和下穿构筑物两种工况下的掘进施工进行数值模拟,研究盾构隧道掘进施工对地表构筑物沉降的影响规律。结果表明:盾构掘进施工时地表微量隆起,盾构通过时其上方地表略有沉降,约占总沉降量的40%;盾构通过后,引起的沉降约占总沉降的55%;后续沉降量约占5%;地表最大沉降量发生在线路中线地表处。结合分析结果,优化盾构机掘进参数,现场监测表明地表沉降控制在允许范围,确保盾构施工时地表建筑物的安全和铁路线路的顺利运营。     

某地铁盾构区间块石处理方法

武汉市轨道交通机场线工程土建工程盾构区间块石密集,对盾构施工有较大影响,为确保隧道施工顺利开展,采用以弹性波CT检测为主,地质钻探为辅进行块石探测。对于小直径(1.5 m以下)块石优先采取旋挖钻对块石冲击破碎进行预处理,大直径块石采用冲击钻孔破碎、开挖竖井方式将块石掏取出来,若冲击破碎无法达到预期效果,则采用深孔爆破等方法处理,块石地面预处理过程中如有未发现的块石,采用盾构机破岩直接通过;根据详勘及补勘结果,采用复合式土压平衡盾构机进行掘进,选用国产刀具,刀盘装配全盘滚刀用于破碎块石,考虑到刀盘开口率及其地层因素,滚刀间距控制在100 mm,严格控制盾构机在块石地段掘进时的盾构参数。实践表明,该方法取得了较好的施工效果,具有一定的指导与借鉴意义。     

盾构施工地面沉降监测技术在天津地区的应用研究

阐述了盾构施工地面沉降监测技术,并在天津地区进行了应用,确保了地面沉降及倾斜符合预控范围,最大沉降量仅为-12.55 mm,最大倾斜仅为万分之四,建筑物无裂缝发展,达到了保护周围环境安全的要求。     

岩溶地层中的盾构隧道施工

研究目的：岩溶地层中采用盾构法施工在国内尚属首次。盾构掘进中可能发生盾构机栽头、陷落，地层大量失水、坍塌，严重差异沉降而致隧道结构破坏等事故。对溶洞的空间分布、大小及充填情况，溶洞处理，盾构掘进技术措施3个方面进行深入研究，并组织精心设计、精心施工，以保证施工及运营安全。研究方法：采用多种勘查手段分析岩溶地层，充分注重盾构机及盾构施工的特点，比选、优化设计施工方案。研究结果：顺利完成岩溶段盾构隧道施工，验证了勘查及加固方案，填补了国内的空白。研究结论：综合运用多种探测方法对探明溶洞的分布很有成效；根据盾构施工特点制定地层加固方案并有效实施以及对盾构机设计进行针对性的改进并采取相应的掘进技术措施都是适宜的。     

地铁盾构刀盘改造及掘进性能对比研究

为更好地适应富水中砂地层的盾构施工,对土压平衡式盾构机原有刀盘结构、刀具布置等进行了改造。刀盘开口率由28%增加到40%;在刀盘中间增加了鱼尾刀;增加了两根长度为50 cm、直径为15 cm的主动搅拌棒;对富水中砂渣土进行了改良。对比改造前后的刀盘掘进性能发现改造后的刀盘掘进性能得到明显提升,具体表现在:盾构机掘进速度提升了4倍,刀盘平均扭矩降低了20%,土压波动范围变小,渣土温度降低了40℃,地面沉降亦得到了明显改善。     

地铁盾构机掘进对周围环境影响的现场测试研究

研究目的:盾构机在城市地铁建设中得到了广泛的应用,但在盾构掘进过程中会引起地层损失,过大的地层损失,可导致较大的地面沉降,对地面建筑物、地下管线等设施产生不利影响甚至会导致破坏,引起较大的经济损失。为此,本文以南京地铁一号线为依托,对盾构掘进过程中引起的建筑物、地下管线位移以及引起的地下水位进行了现场测试,经过分析、总结,得到了盾构掘进对周围环境影响的规律性结论。在此基础上,从地层沉降与土仓压力、同步注浆量和出喳量的关系,探讨了地层沉降的控制措施。研究方法:对盾构掘进过程中所影响得到地下管线位移、建筑沉降、地下水位变化等进行现场实测,获取了有关现场测试数据,并对这些数据进行分析,得到可以供施工参考的有价值的结论。研究结论:调整、修正、合理匹配盾构掘进参数,建立有效土压平衡,确保同步注浆效果,是控制地层损失,减小地层变位的有效手段,是减少盾构掘进对周围环境影响的重要措施。     

浅谈隧道施工盾构机的选型

盾构施工法在隧道与地下工程的掘进中应用越来越多 ,然而盾构机的选型涉及到许多复杂的因素 ,文章就盾构选型的一般原则以及盾构选型时几种特殊情况的考虑进行论述     

盾构隧道近距离侧穿桩基的数值计算与分析

采用三维有限元的方法对盾构隧道近距离侧穿桩基施工进行模拟,分析盾构机动态掘进时既有桩基变形和附加应力的变化规律,模型中实现了对盾构施工过程的模拟。计算结果表明,盾构隧道施工时,既有桩基将产生沉降、倾斜和附加应力。对桩基的变形和附加应力影响最大的是盾构位于桩基前方1D到盾构位于桩基后方1D这一区段,增加掘削面推力将会增加盾构机通过时桩基的倾斜值,但对桩基的最终倾斜值的影响不显著。     

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。     

昆明地铁盾构选型设计分析与探讨

研究目的:随着昆明地铁建设的快速推进,地下区间隧道陆续开工进入盾构施工阶段,在环滇池冲沉积层复杂水文地质及主城区特殊施工环境情况下,如何在盾构主要系统选型设计方面取得优势,将盾构施工对周围环境的影响降到最低成为亟待解决的问题。本文针对目前昆明地铁掘进中的盾构施工情况及其他城市地铁盾构施工经验,对昆明地铁特殊地质情况下盾构主要系统选型设计进行了比较、分析和探讨。研究结论:昆明地铁除施工过程中采取必要的技术措施外,首先在盾构机机体尺寸结构、刀盘、推进及掘进等主要系统选型设计上保证良好的施工环境适应性,而从根本上降低掘进过程中的风险才是关键。     

采用机器学习方法预测连续刚构桥预拱度研究

为在连续刚构桥悬臂浇筑施工阶段快速预测各悬浇段预拱度，收集土木垴大桥、庄窝大桥及南石大桥各悬臂浇筑段的预拱度及影响因素构建高维数据集，采用缺失值填充、归一化等数据预处理技术对数据集进行处理，基于梯度提升回归、极端梯度提升、支持向量机回归、随机森林及决策树5种机器学习算法，建立连续刚构桥预拱度预测模型。应用训练好的模型对西郊大桥悬浇段进行预测。结果表明：极端梯度提升在边跨预测效果最好，平均绝对误差0.97 mm、均方根误差1.28 mm,训练集确定性系数0.998,测试集确定性系数0.944,对西郊大桥边跨预测最大误差为3.9 mm;梯度提升回归在中跨预拱度预测效果最好，平均绝对误差1.4 mm、均方根误差1.63 mm,训练集确定性系数0.995,测试集确定性系数0.989,对西郊大桥中跨预测最大误差3.2 mm。研究成果满足施工要求，未来可进一步扩充数据集，提高预测精度。     

狭小空间盾构机脱壳拆解技术研究

盾构机拆解是盾构掘进施工一个重要环节，而在狭小空间下盾构施工作业，尤其是狭小空间下的盾构机脱壳拆解更具挑战性。本文以北京某地铁隧道项目土压平衡盾构机脱壳拆解为例，针对狭小空间盾构机拆解施工，提出一种盾构机脱壳拆解新型施工方法。该施工工法无需借助大型起吊设备即可完成洞内拆解施工，对施工场地环境影响小，减少了设备、材料和人员消耗，具有良好社会效益和经济效益，可为相似工程提供参考和借鉴。     

考虑施工过程的土压平衡式盾构隧道掘进数值分析

研究目的:通过建立三维有限元模型,对土压平衡式盾构隧道掘进的施工过程进行模拟,模拟中考虑了盾构机作用、盾尾空隙及注浆的影响、后方台车重量等因素,并采用了位移控制的求解方法.该计算模型可以用于探明地表或地中位移的大小和分布情况,以及地层移动随盾构机掘进的动态变化规律.研究结论:盾构掘进时地表沉降主要在盾构机前方1D到盾构机后方2D的范围内产生,随着埋深的增加,地层受盾构机的扰动也大.盾尾空隙的存在是造成地层移动的主要原因.盾构掘削面到达前,地表将沿着盾构机推进方向产生移动,该移动在盾构通过时受地层沉降的影响会先减小后增大,并在隧道建成后出现最终的最大值.     

超大直径泥水平衡盾构机施工造价测算方法

以典型水下盾构施工费用为依据,结合施工工序和现有?11.0 m级和?15.5 m级盾构机掘进费用定额,同时考虑盾构机在不同地层中掘进的材料消耗量,测算了超大直径泥水平衡盾构机的掘进费用。考虑影响盾构机折旧的主要因素,采用双倍余额递减数学模型,提出了一种超大直径泥水平衡盾构机加速折旧的计算方法。修正现有的泥浆处理定额,针对掘进费用、盾构折旧费用、泥浆处理费用,提出?18 m级超大直径泥水平衡盾构机施工造价的测算公式,弥补了现行标准的不足。     

岩溶发育地区盾构掘进技术

以广州地铁八号线北延段施工9标为例,研究盾构机在岩溶发育地区掘进技术。盾构掘进前,采用区间地质补勘、溶(土)洞处理等措施,提前探明溶(土)洞并完成处理工作。掘进过程中,通过观察排泥量、注浆压力及注浆量情况,提前发现未探明溶(土)洞,及时采用双液浆注浆进行溶(土)洞处理,避免掘进中造成盾构机栽头、沉陷。     

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。