盾构导向系统的研制与应用

为满足盾构位姿测量要求,研制了一套盾构导向系统,测量精度可达到±10 mm,系统主要由全站仪、激光靶、工业电脑以及与之配套的数据转换、传输和供电附件组成。为了使导向系统能够更好地适应洞内恶劣的测量环境,采用了新的盾构方位角测量原理;根据误差分析以及在工地现场的实际应用效果,并用其他方法对测量结果进行检查比较,证明该系统具有较好的工作稳定性和可靠性,能够以较高的测量精度满足盾构的掘进要求。截至目前,已有多套系统被成功地应用在不同的盾构隧道中。     

沙湾特长隧道软弱破碎千枚岩围岩参数敏感性分析与反演研究

为解决甘肃渭武土建试验2标沙湾特长隧道围岩软弱破碎、遇水软化以及强度低等使得围岩力学参数难以准确确定的难题,采用ABAQUS数值计算和正交设计方法进行参数敏感性分析,确定各参数对围岩变形的影响程度。基于粒子群优化的BP神经网络算法建立PSO-BP参数反演分析方法,并编制反分析程序。根据反演的参数进行数值模拟,分析围岩和支护结构位移、应力及塑性区分布情况。研究结果表明： 沙湾隧道围岩位移影响因素重要性依次为黏聚力c、泊松比μ、内摩擦角φ、弹性模量E;PSO-BP参数反演分析方法是一种有效的反分析方法,具有较高的精度。     

基于Apriori算法对地面沉降影响因素的数据挖掘及分析

为有效利用盾构法施工过程中产生和积累的大量掘进历史数据、挖掘知识和信息,以优化掘进参数、控制地表沉降,采集某地铁相邻两区间的地面沉降数据及掘进参数,基于数据挖掘技术,通过对比优缺点,综合等宽离散和k-means聚类2种方法将数据离散化,并采用Aprioir算法进行关联规则挖掘。通过分析关联规则得到以下结论: 出土率、注浆填充率和俯仰角对沉降值影响较大,掘进速度和刀盘转矩对沉降值也有一定影响。根据数据离散区间和关联规则,给出穿越土层为圆砾和卵石时的注浆填充率建议值为185%~190%,注浆压力建议区间为0.16~0.22 MPa,同时建议俯仰角纠偏幅度宜平均每3环小于±0.2°。     

基于小波降噪的地下连续墙弯矩估算方法研究

基坑地下连续墙侧向位移监测过程中不可避免地存在误差,以往利用侧向位移估算地下连续墙弯矩时忽略了对监测数据误差的处理。为解决监测数据误差带来的问题,引入小波降噪方法对侧向位移监测数据进行降噪处理,基于降噪后数据实现地下连续墙弯矩估算。以福州地铁2号线上街站基坑工程地下连续墙典型测点的侧向位移监测数据为研究对象,选择db3小波基函数、硬阈值函数、heursure 阈值对其进行5层小波降噪处理,采用6次多项式对降噪后的监测数据进行拟合并确定拟合曲线曲率半径（挠度）,结合材料力学受弯构件相关理论实现地下连续墙弯矩估算。结果显示： 1)小波降噪可以有效去除侧向位移监测数据误差,监测数据误差主要分布在-0.6~0.6 mm; 2)利用降噪后的监测数据进行多项式拟合可以有效提高拟合精度; 3)地下连续墙最大估算弯矩为635.1 kN·m,约为设计值的40%,施工过程中地下连续墙安全状况良好。     

富水卵石层土压平衡盾构水下接收技术

为确保济南市轨道交通R1号线大杨站盾构顺利接收及上方管线安全,提出复杂地质条件下土压平衡盾构水下接收方案,阐述垂直冻结加固、洞门凿除、挡墙及板下临时支撑施作、盾构掘进模式及掘进参数控制、同步注浆及补强注浆、外凸式洞门设计等水下接收技术。主要结论如下： 1）在巨厚富水卵石层中盾构接收情况下,常规加固措施无法保证加固效果时,建议采用水下接收方式; 2）优化洞门凿除工序,视情况分层分块凿除,降低洞门凿除的风险; 3）采用不同的掘进模式,保证土压平衡盾构水下接收的顺利实施; 4）外凸式洞门后浇环梁设计可减小洞门永久封堵的施工风险; 5）整个接收阶段管线最大沉降变形仅1.41 mm,采用水下接收技术能保证富水卵石层中土压平衡盾构的安全接收。     

寒区隧道含相变围岩传热渗流耦合数值分析

为研究寒区隧道围岩在冻融循环过程中的水-冰相变现象和渗流速率对围岩温度场分布的影响,基于COMSOL Multiphysics 多物理场分析软件,建立含相变的围岩温度场与渗流场耦合模型,通过改变模型中的渗流速率、已冻区和正冻区的边界温度Tm,对寒区隧道的围岩温度场进行数值分析。数值分析结果表明： 边界温度Tm影响正冻区的范围和不同深度处围岩水-冰相变发生的时刻,但不同的边界温度Tm对围岩温度场的影响较小; 当渗流速率高于1×10-6 m/s时,渗流速率的改变对围岩温度场具有明显影响,但当渗流速率低于1×10-6 m/s时,渗流速率的改变对围岩温度场无明显影响。因此,在地下水渗流速率较高的地区,应同时考虑水-冰相变现场和渗流速率对寒区隧道围岩温度场的影响。     

基于改进的可拓学模型的城市道路隧道交通安全评价

为提高城市道路隧道的交通安全性,克服运营隧道安全评价难以进行定量分析的不足,根据改进的物元可拓学模型和变权理论,建立城市道路隧道交通安全评价模型,基于相关规范和已有研究成果,构建评价指标体系和指标定量分析标准。运用该模型进行实例分析,结果表明： 实例隧道1的交通安全等级为“低/3级”,偏向等级“较高/2级”; 实例隧道2的交通安全等级为“较高/2级”,与2座隧道的实际运营状况比较相符。将所建模型与其他常用评价模型进行对比分析,验证其实用性。从指标综合权重可以看出,路面亮度的均匀性和车型混杂率对评价结果影响较大。     

在泥质粉砂岩地层中采用双轮铣快速成槽施工技术

为提高南昌地区泥质粉砂岩地层中地下连续墙成槽工效,以南昌轨道交通3号线六眼井车站地下连续墙施工为例,通过研究泥质粉砂岩岩性参数,调研双轮铣槽机设备性能,结合实际工况,对设备与配套进行选型与优化,并对成槽工艺进行创新与改进,通过对1期和2期的施工效果进行分析,得出以下结论： 1）复合地层中适宜采用“抓铣”结合快速施工工艺; 2）在较厚的泥质粉砂岩地层中成槽,锥齿型刀盘比标准平齿刀盘效果更好; 3）在泥质粉砂岩地层中,离心式泥水分离系统较振动滤砂机拥有更好的泥水分离效果,可有效提高成槽概率; 4）形成适应南昌地区泥质粉砂岩地层的地下连续墙双轮铣槽机快速成槽施工技术,可以在南昌地区推广应用,也可为类似地层和工程提供借鉴。     

大倾角斜反井导孔定向钻进应用研究

为解决中粗粒花岗岩地层中反井法施工大倾角斜井时偏斜精度低的技术难题,采用高精度斜导孔轨迹控制技术、定向钻具组合技术以及钻孔孔壁泥浆保护技术,研制出新型TDX-1500斜导孔专用钻机,研发出一套大倾角反井法斜导孔的快速、高效、精确地钻孔定向控制技术。以河北丰宁抽水蓄能电站1#引水系统高压管道下斜段为工业性试验工程,使用TDX-1500斜导孔专用钻机、新型7LZ120短螺杆钻具以及SMWD-76无线随钻测斜仪等新型钻孔施工设备,利用钻孔泥浆进行护壁钻进,施工一条斜长302 m、倾角53°、偏斜率为0.42%的导孔,钻孔实际轨迹与设计轨迹高度拟合,斜导孔轨迹平缓圆滑,并精确进入靶域,技术参数上完全满足反井法施工的技术要求。     

基于BP神经网络的阿拉套山隧道围岩物理力学参数反演分析

为研究高寒地区设置中心深埋水沟单线铁路隧道的围岩力学参数问题,以兰新铁路新建博州支线阿拉套山隧道为工程背景,基于FLAC3D数值模拟软件联合MATLAB中的神经网络工具箱构建BP神经网络算法,建立隧道开挖位移正演和反演模型,对围岩物理力学参数作反演分析。通过对中心水沟开挖前的拱顶和拱腰监测数据做拟合分析,发现隧道变形已趋于稳定,反演过程不需考虑中心水沟开挖对围岩的二次扰动。以水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值作为输入函数,以围岩的体积弹性模量K、剪切弹性模量G、黏聚力c、内摩擦角φ、重度γ作为输出函数训练神经网络模型,利用训练好的模型进行所需参数的反演分析。将反演参数代入FLAC3D正演模型计算后,提取中心水沟开挖前的拱顶沉降值和拱腰收敛值,与中心深埋水沟开挖前的实际监控量测值相比较为接近。结果证明,围岩物理力学参数的反演较为合理,对于变形的预测较为准确,可为隧道后期工程的施工和优化设计提供参考。