集成GIS/BIM的盾构隧道全寿命管理系统研究

为解决在盾构隧道工程中,地理信息系统（GIS）标准缺失和建筑信息模型（BIM）分析功能薄弱的问题,在分析GIS的数据管理和BIM的数据标准基础上,建立集成GIS/BIM的盾构隧道全寿命期管理系统。首先,概括总结系统采用的技术路线; 其次,基于IFC标准扩展统一的盾构隧道信息模型,涵盖盾构隧道地质、结构、线路、施工、监测和病害等数据; 然后,介绍系统信息的关联,包括隧道编码、GIS和BIM的集成方案; 最后,以上海地铁盾构隧道为依托,描述系统在工程全寿命期的应用,包括隧道地质勘察、结构设计、运营监测和养护维护等阶段。该系统制定了统一信息模型,方便数据交换和管理,在信息模型基础上实现了信息可视化与不同分析功能,提高了盾构隧道的全寿命数字化管理水平。     

软土地层盾构穿越密集房屋群水平定向注浆加固技术

为解决土压平衡盾构在敏感软土地层穿越密集房屋群过程中极易引发地表沉降和建（构）筑物损坏的问题,依托广州市轨道交通14号线盾构下穿姓钟围房屋群加固工程,提出水平定向注浆加固技术,该技术将水平定向钻孔技术与地面注浆技术相结合,利用无线随钻测斜系统实现钻机参数测量、采集、分析和定位,采用特制钢阀管下入钻孔,通过阀管向拟加固区域进行水平定向注浆。介绍该技术的水平孔钻探工艺,并分析其应用效果和经济效益。结果表明： 应用水平定向注浆加固技术,加固区变形量控制在±5 mm以内,未造成房屋开裂、倾斜、倒塌等不良社会影响,能有效保障土压平衡盾构在敏感软土地层中安全顺利通过密集房屋群; 水平定向注浆加固较MJS高压旋喷桩加固可节省费用600余万元,经济效益显著。     

移动式布料皮带机在双护盾TBM出碴中的应用

隧道TBM施工采用有轨运输方式出碴时,掘进过程中矿车卸碴布料涉及工序较多,且牵引列车编组的内燃机车持续运行会增加尾气排放,造成隧道内空气污染。应用于青岛地铁隧道施工的双护盾TBM的后配套配置了移动式布料皮带机,该皮带机可实现往复移动和正反向运行为矿车卸碴布料。对该移动式布料皮带机的工作原理、结构组成、移动方式、张紧方式和驱动方式等进行研究,并分析其应用效果。实践证明,该技术应用于TBM后配套出碴可行、实用,简化了施工工序并提高了工作效率。     

岩石掘进机关键技术展望

经过5个阶段的发展,TBM在我国的应用正在不断推广,应用前景十分光明,挑战也十分严峻。简要总结我国TBM研究与应用的5个发展阶段和应用前景,分析TBM施工面临的6大挑战： 地质多样化带来更多的地质风险; 应用领域亟待拓展; 设备技术发展赶不上施工需求的变化; 施工进度不均衡; 施工环境越来越严苛; 存在不合理的施工合同。从TBM设计制造及施工应用的9个方面提出展望： 核心部件国产化; 提升各种地质条件下的破岩能力; 提高出渣能力及可靠性; 提升初期支护及超前加固性能; 研发异形断面TBM; 圆形断面TBM开挖隧道的空间合理利用; 大力推动TBM周转使用和再制造TBM应用; 研究极端恶劣地质条件下TBM施工技术; 促进国产配套施工设备研发应用。只有不断深入研究TBM设备与施工的关键技术及前沿技术,有效解决设备设计制造和施工过程中遇到的难题,才能不断提升我国TBM设备与施工技术水平,避免陷入关键技术受制于人的窘境,促进我国TBM事业持续健康发展。     

双护盾TBM分体始发技术研究与在青岛地铁1号线的实施

为保证在不具备整体始发空间的条件下双护盾TBM分体始发顺利实施,以青岛地铁1号线海泊桥站为例,针对城市地铁隧道施工始发场地有限的客观条件,以实现施工功能为导向,通过配套设备的优化布置并最大限度地利用双护盾TBM自身配置实现有限场地内最经济的TBM分体始发,并对分体始发的基本方案进行探讨。经研究分析可知： 1）分体始发时双护盾TBM需具备的基本配套系统为高（低）压供电系统及控制系统、冷却水系统、液压系统、润滑系统、脂密封系统、压缩空气系统、豆砾石回填系统、注浆系统、导向系统及除尘系统; 2）通过管线、线缆的延伸,双护盾TBM可在主机与后配套之间或主机与部分后配套之间任何位置断开。     

复合盾构土舱可视化实时监测系统研究

为了在复合盾构掘进过程中实时监测土舱的情况,获得刀盘的旋转状态、刀具的磨损状况、开挖地层的图像信息和渣土的流动特性,建立一套土舱可视化实时监测系统,该系统通过上位机监控系统实时监测前端设备的工作状态,并将摄像机采集的信号实时传输到视频采集系统。介绍该系统方案,重点探讨其结构设计、硬件设计、软件设计,并通过室内和现场试验进行验证该系统的有效性。结果表明,该系统可实现土舱的实时视频监控、录像、回放以及系统温度、湿度和压力的监测。     

软土刀具的磨损预测——一种研究刀具磨损系统中主要影响因素的新方法

硬岩隧道掘进机的性能很大程度上取决于其切削刀具的磨损情况。刀具的磨损会降低掘进速度,进而导致掘进时间延长、项目成本增加。通常在隧道项目的规划阶段使用预测模型来进行磨损预测,而常规的磨损试验对磨损系统的考虑还不够准确,并没有考虑到刀具/土体的相互作用、周围介质（水、膨润土）以及掘进过程中的荷载等因素。针对该问题,专门设计了一个水平放置的磨损试验设备。本文介绍了该试验方法,研究并讨论了磨损系统相关因素对磨损率的影响。结果表明,该设备可模拟真实的掘进过程,很好地解决了上述问题,达到了高效、准确预测磨损的效果。     

盾构隧道埋深对临近铁路桥梁的影响分析

为研究盾构隧道下穿临近铁路桥梁过程中隧道埋深对既有桥梁沉降变形及水平位移变化的影响,以武汉地铁3号线区间盾构穿越铁路桥梁工程为依托,利用有限元软件ANSYS对不同隧道埋深（2D、2.5D、3D（D为隧道直径））下桥梁的梁体结构、轨道线路及桩基位移等进行对比分析,并结合现场数据进行验证。研究结果表明： 1）随着隧道埋深的增大会引起桩基、梁体及钢轨等结构竖向位移的增大,当隧道埋深为18 m时,墩台最大沉降超过了限制值; 2）隧道埋深分别为12、15、18 m时,桥梁墩台及梁体结构均表现出以沉降为主的变形,而水平位移变化幅度较小; 3）在满足地表沉降限值的条件下可适当减少隧道埋深,以控制隧道开挖引起的上部桥梁、钢轨等结构物变形。     

最小二乘支持向量机-粒子群算法在地下厂房围岩参数反分析中的应用

为准确确定地下厂房围岩的弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、侧压力系数等参数,以正交设计、最小二乘支持向量机和粒子群算法等现代数学方法为基本手段,建立基于位移增量的围岩参数反分析方法。以CCS水电站大型地下厂房为研究背景,通过工程地质条件研究选取8#机组剖面作为分析对象,采用二维弹塑性有限元方法建立地质结构分析模型。以地下厂房洞室群分层开挖多点位移计实测位移增量为依据,对CCS水电站地下厂房区域围岩力学特性及地应力场特征进行反分析。研究结果表明： 主厂房第Ⅵ层与第Ⅰ层开挖和主变室第4层与第1层开挖所产生的位移增量计算值与多点位移计实测值吻合较好,最大相对误差小于10%,说明采用最小二乘支持向量机和粒子群算法相结合的反分析方法在工程上是可行的,且效果较为显著。     

软土深部盾构开挖地层损失率对软土土拱效应的影响分析

盾构在软土深部地层进行主动开挖时,开挖所采取的地层损失率差异,会使得深部地层土体产生不同的位移以及应力变化,从而对软土深部地层的主动土拱效应产生差异影响。通过调整计算模型中的主动开挖土体范围,设定7种不同的地层损失率,建立地层损失与软土主动土拱效应比例之间的对应关系。通过分析可得： 1）盾构在4倍直径埋深条件下进行主动开挖时,在隧道上方1~2倍直径范围内形成主动土拱作用区域; 2）主动开挖所采取的地层损失率越大,开挖后拱顶处所受到的主动土压力荷载越小,土拱效应发挥越充分,且当地层损失率到达一定值时,盾构开挖所产生的主动土拱效应比例逐渐趋近于稳定临界值。