沉管隧道基础灌砂管底压力的监测试验研究

为确保沉管隧道的工程质量,对沉管隧道基础灌砂施工进行实时监测十分必要。通过沉管隧道等比例灌砂模型试验,探索一种新的基础灌砂施工的实时监测方法--基于管底压力监测系统及其分析方法,并对不同工况下灌砂过程中管底压力的变化状况进行研究。研究表明： 1）最先灌砂孔在灌砂过程中不同方位同间距的底板压力呈现完全类似的变化规律,底板压力呈波浪型起伏而逐渐增大,该变化对应砂积盘的形成与消散状况; 2）结合观察窗的观测结果,可确定砂积盘扩展的压力门槛值; 3）先期灌砂孔对后期灌砂孔的底板压力影响明显,致使其不同方位底板压力变化更大、更复杂,后期灌砂砂积盘形成的压力大于前期灌砂砂积盘所形成的压力。     

基于圆形断面的隧道温度场有限差分计算模型

除了少数圆形隧道外,大部分山岭交通隧道断面采用马蹄形或端墙式等形状。在隧道温度场的预测中,圆形断面模型能否代替马蹄形等实际隧道模型,其适应性值得研究。应用基于空气－衬砌－围岩的对流－导热耦合作用控制方程的有限差分方法,建立圆形断面模型对东北寒区马蹄形隧道温度场进行计算,并与现场实测温度场进行对比。结果表明： 1) 圆形断面隧道模型有限差分计算方法克服了通用有限元软件建模复杂、对硬件要求高的弊端,考虑了隧道内风流速度和入口风流温度的影响,在隧道温度场的预测计算中能够满足工程使用要求。2）隧道内风流速度和入口风流温度对隧道温度场影响较大。本文算例中,入口风流温度每升高10 ℃,二次衬砌表面温度升高约7.2 ℃,增幅均匀;从1～5 m/s,洞内风流速度每增大1 m/s,二次衬砌表面温度降低的幅度为6.6、2.7、1.5、0.9 ℃,降幅越来越小。     

薄基岩顶板隧道爆破施工围岩稳定性分析

为更有效地进行薄基岩顶板条件下隧道施工安全控制,以某高速公路隧道为工程背景,运用数值模拟的方法,分别研究不同顶板厚度下隧道爆破施工引起的围岩振速分布特征及其对围岩的损伤情况,并进行围岩稳定性分析。结果表明:1)当顶板厚度在5 m及以上时,围岩是稳定的;2)当顶板厚度为3 m时,最危险横断面上基岩顶板内开始产生严重的拉伸裂缝及一些径向裂缝,将形成超挖;3)当顶板厚度≤2 m时,径向裂缝贯穿顶板岩体,围岩稳定性较差,在掌子面后1 m内可能发生塌落、掉块等事故。     

小直径盾构施工中管片纵向应力监测研究

为了探索小直径盾构法隧道在施工过程中管片纵向应力的变化规律,对北京槐房再生水厂污水隧道管片纵向应力进行了现场监测:将第976环、第1 054环管片分别设为第1和第2监测断面,2监测断面各预埋5个纵向应力计,各监测断面从本监测断面管片安装后即开始监测,当盾构掘进至第1 129环时停止监测。研究表明:1)在管片离开盾尾50环后,其纵向应力波动值小于管片拼装期间应力值的5%。2)在盾构掘进期间,管片距离盾构越远,其纵向压应力值越小。3)在管片拼装期间,管片距离盾构越远,其纵向压应力经历了先增大后减小的过程。4)管片距离盾构108环后,该管片纵向压应力趋近于0.2~0.3 MPa。5)随着盾构推进,管片纵向应力经历了4个阶段的变化过程,即周期性剧烈波动阶段—动态稳定阶段—逐渐衰减阶段—趋于稳定阶段。     

基于地基回弹因素的盾构隧道管片上浮预测

针对软弱地层盾构隧道管片脱出盾尾后出现的上浮问题,分析盾构施工过程中管片上浮的诱因,得出软弱地层中管片的上浮主要是地层应力重分布产生的地基回弹力引起的。在此基础上建立隧道开挖动态模型,分析隧道上浮量变化规律以及地层特性对管片上浮量的影响规律,得出地层弹性模量和管片上浮量呈一定的指数关系,且弹性模量对管片上浮量的影响远大于地层黏聚力和内摩擦角。通过力平衡理论计算盾构开挖引起的地层回弹力、管片上浮量以及隧道上浮影响的地层高度范围,并通过对珠江狮子洋工程管片上浮量的计算与实测对比,证明该公式的合理性,为盾构隧道工程中考虑地基抗力引起的管片上浮量预测提供一种新的方法。     

下穿黄河砂卵石地层盾构隧道管片结构受力特征现场测试

为研究砂卵石地层中管片的力学行为,以兰州地铁1号线穿黄段为研究对象,采用改良的测试传感器走线方式,对管片内力及外部水压力进行现场测试,并进行相应的数值模拟。将现场测试数据与数值模拟结果对比分析,得出如下结论:1)外部水压力及管片内力受盾构施工影响最为显著的范围为距掌子面3~5环,在此范围内应加强对受拉区的监测,并采取相应措施防止管片在施工初期破损;2)外部水压力及管片内力在距掌子面6~13环时受施工影响逐渐降低,距掌子面13环后趋于稳定;3)运用梁-弹簧模型设计管片是偏于安全的,但应充分考虑施工荷载。     

基于BIM的公路隧道运维管理系统设计与开发

近年来,我国公路隧道建设里程快速增长,但在隧道运维管理中存在技术落后、管理人员配置不足等问题。针对管理中存在的问题,本文提出将BIM(building information modeling,建筑信息模型)引入公路隧道的运维管理,通过制定具体实施规划及设计系统架构,实现可视化的公路隧道运维管理。以浙江省41省道岭下隧道工程为依托,建立基于BIM的公路隧道运维管理平台,为公路隧道运维管理提供一种直观、便捷的管理方式,提高公路隧道的信息化管理水平。     

Perspectives in Intelligentization of Tunnel Boring Machine (TBM)（对全断面隧道掘进装备智能化的一些思考）

The development status of artificial intelligence (AI) technologies, the development trend of intelligent engineering machines and the urgent national needs for the future intelligent TBMs are introduced briefly. It is pointed out that the intelligentization will be the hot spot of the tunnel engineering area and the focuses of future industry competition. The scientific challenges due to the complexity of the working environment, including state recognition and environment perception, correlation law between geological environment and operation parameters, intelligent planning and coordinated control of multi systems, are raised. In addition, the existing research foundation are analyzed and the inadequacy of the theory including environment and state perception, adaptive & dynamic control of construction parameters, multi system coordination control and multi objective optimization are obtained. At last, some thinking from the aspects of design, manufacture and operation, such as excavation perception, the adaptive dynamic control of excavation parameter condition, the excavation parameter data collection and calculation, intelligent optimization and decision making of tunneling parameters and the multi system coordination intelligent control are proposed.     

Innovation and Future Application of Mechanized and Intelligentized Construction Technology for High speed Railway Tunnels: A CaseStudy of Hubei Section on Zhengzhou Wanzhou High speed Railway（高速铁路隧道机械化修建技术创新与智能化建造展望——以郑万高速铁路湖北段为例）

To ensure the safe, rapid and high quality construction of Zhengzhou Wanzhou High speed Railway, a series of exploration and innovation of construction technology, structural design and information management under the condition of large scale mechanization is used in the whole construction process. The technology includes: （1）A set of advanced geological prediction, advanced pre reinforcement technology of excavation face, mechanized construction technology of primary support, wide waterproof board trolley operation technology and intelligentized full face lining trolley of large scale mechanized construction technology are formed. （2）A classification method of surrounding rock stability is established based on the mechanized construction technology, and the design parameters of the tunnel support structure are optimized under the guidance of New Austria Tunneling Method. （3）To realize informatized management of tunnel construction, the tunnel construction management system, construction information record system, construction safety management system, quality management system of concrete mixing station and quality credit evaluation system are established. Finally, on the basis of mechanized and informatized construction, exploration and outlook of the tunnel intelligentized construction technology are given from the aspects of the dynamic intelligentized design system of tunnel support system, the intelligentized robot construction technology of tunnel support system and the intelligentized monitoring system of tunnel structure, to promote China′s tunnel construction technology.     

适用于模拟复杂地质条件的微型TBM试验系统研制及应用

为研究TBM掘进隧道复杂地质的演化过程及破坏特征,研制了适用于复杂地质条件的微型TBM模型试验系统,主要由微型掘进装置、多功能岩箱、微型掘进机工位平移装置、四联液压系统以及微型掘进机掘进控制系统组成。该系统可实现推进速度0~50 mm/min可调、刀盘转速0~10 r/min可调、刀盘最大转矩可达1 000 N·m、刀盘最大安全掘进距离可达1 100 mm; 可以进行半断面可视化掘进和全断面高地应力模拟掘进,并提前了解TBM掘进复杂地质时隧道应力的变化规律,为现场高地应力大埋深复杂地质下TBM掘进提供可靠的参考资料。