隧道围岩变形预报的高斯过程机器学习模型

针对隧道围岩变形过程是一个高度复杂的非线性时间序列的问题,以隧道围岩变形历史资料作为知识源,通过构建围岩变形时间序列,采用高斯过程模型建立隧道围岩当前变形与历史变形的非线性映射关系,在此基础上分别提出了基于静态知识库与基于动态知识库的隧洞围岩变形预报的高斯过程模型。工程实例应用研究表明,围岩变形预报的高斯过程机器学习模型是可行的,无需建立复杂的岩体力学模型,根据历史实测资料就能够对隧道围岩变形做出合理预报,与基于静态知识库的高斯过程模型相比较,基于动态知识库的高斯过程模型的预报精度更高。     

主梁变形预报的改进非等间隔权重灰色修正模型

针对斜拉体系加固张拉施工阶段主梁变形难以预报,传统非等间隔灰色模型在其应用中存在精度低的问题,提出了一种马尔科夫链残差修正的改进非等间隔权重灰色主梁变形预测模型。首先,该模型将主梁变形量和索力差分别看作传统非等间隔灰色模型中的原始数据列和时间差,考虑在累加生成和累减还原过程中是否引入权重分配系数,构建了4种不同的非等间隔权重灰色预测模型,并依据相似度准则确定相应的最优权重分配系数和最佳计算模型,提高预测精度;然后,采用马尔可夫链法反映出主梁变形残差序列的随机波动特征,从而对改进非等间隔权重灰色模型的预测值进行修正,较好地弥补了单一预测模型预测精度偏低的不足,进一步提高模型的预测精度;最后,通过该模型对斜拉体系加固主梁变形进行预测。研究表明,相对传统非等间隔灰色模型,在模型累减过程中引入权重分配系数后的模型相对误差平均值降低0.47%;采用马尔可夫链法对预测结果进行修正后,相对误差平均值降低10.32%,能显著提高预测模型的精度;与马尔科夫链修正后的传统模型相比,经累减还原优化后的修正模型相对误差平均值降低3.50%,预测精度更高,能够较好地反映出了斜拉体系加固主梁变形的发展趋势;该模型的核心理论是灰色系统理论,对实测数据并无特殊要求和限制,同样适应于其他工程领域的变形预测问题。     

城市隧道施工风险指数法评估

城市隧道工程具有工程地质条件差、地面建筑结构变形影响敏感、地下管网错综复杂、管理难度大、潜在风险因素多等特点,极易引起塌方、地面沉陷、上部建筑结构开裂乃至倒塌等工程事故,施工风险大,需要进行专业风险评估分析.通过建立城市隧道施工力学模型,设计正交仿真试验方案,计算隧道施工地表沉降值,并采用层次分析理论计算隧道施工各因素水平对风险综合指标的影响权重,在此基础上针对胶州湾隧道接线工程,给出不同工况下隧道施工风险指数值及风险等级.工程实践表明,该风险评估方法对隧道施工风险管理具有重要的理论指导意义和实践应用价值.     

华能金陵电厂二期工程取水盾构隧道标准环结构计算

华能金陵电厂二期工程(2×1000MW机组)循环水取水管道采用盾构隧道.为了保证工程的安全性和经济性,必须正确计算隧道的内力和变形.采用同济曙光盾构隧道"正分析模块"和"专业分析模块"对该隧道进行对比分析,确定盾构隧道管片的配筋;计算隧道变形,并与最终的实测变形值进行对比.有关成果可供类似工程参考.     

非等间距灰色优化模型及其在基坑沉降预测中的应用

传统非等间距灰色模型通常采用非等间隔数据进行分段线性插值,从而求得等间隔序列;但是实际基坑沉降并不是线性变化的,利用此法生成的等间隔序列较实际数据存在较大误差.针对传统非等间距灰色模型缺陷,分别利用RBF神经网络插值与三次样条插值生成等间距序列进而求得模型参数,并运用优化的非等间距灰色模型对某基坑的沉降量进行分析预测.计算结果表明：优化后的模型具有更高的精度,故本模型可作为基坑沉降预测的一种新方法.     

软土基坑引起下卧隧道隆起的非线性流变

软土地区深基坑开挖改变了周边土体的初始应力,引起周边土体的位移,对周边构筑物造成不均匀沉降、混凝土开裂等不利的影响,并且可能危及临近地铁隧道的安全.对基坑开挖引起的下卧隧道的隆起变形进行了研究并提出了实用的预测方法.基坑开挖土体卸载引起的土体变形采用了Boussinesq应力解进行求解,隧道反力引起的土体变形采用了弹性半空间Mindlin应力解进行分析.隧道本身变形采用了弹性的地下连续梁进行分析,并且考虑隧道与土体的相互作用.通过引入软土的非线性流变模型,考虑了软土变形的时间效应,因此可以对复杂开挖过程进行模拟分析.还对基坑开挖对隧道隆起的效应进行了讨论,通过上海市某重点工程实例的隧道隆起量的预测结果与实测值对比分析,隧道隆起的监测结果证实了该方法的有效性.     

临近地铁隧道的软土深基坑开挖三维数值模拟

针对地铁临近区域的工程活动对隧道产生的影响,以杭州某临近地铁隧道的软土深基坑工程为例,采用有限元方法建立了三维数值模型,分析了基坑开挖引起的土体变形及对临近地铁隧道的影响,并对不加固和坑底加固+槽壁加固2种方案进行对比分析。分析结果表明,未加固时基坑开挖引起的隧道最大水平变形为8.7mm,影响隧道正常运营与安全,需增加控制措施;坑底加固及槽壁加固能明显控制基坑开挖对地铁隧道的影响,在B基坑开挖步最为明显;地铁车站围护结构以及基底抗拔桩对车站结构变形的影响有一定抑制作用,基坑开挖引起地铁车站的变形远小于控制标准和隧道变形;在基坑支撑位置处,隧道变形较小,实际施工中要保证支撑刚度,及时架设支撑,并保证先支撑再开挖,充分利用基坑的时空效应。该研究为类似工程提供一定的借鉴与参考。     

新塘坊隧道施工中的监控量测及成果分析

隧道施工受周边地质环境及隧道内部应力结构的影响极大。为保证隧道施工的进度和质量,隧道施工的监控量测显得尤为重要。本文以成渝客运专线新塘坊隧道为例,介绍了该工程监控量测的具体方法。通过对断面的监测数据进行比较和回归分析,得到了该隧道围岩变形的基本规律,确定了典型断面二次衬砌的合理施工作业时间,并得出了回归模型能够准确预报一周内变形的结论。     

越江盾构隧道纵向结构分析模型的改进及应用

在盾构隧道等效刚度连续模型中考虑了环缝影响系数的影响,推导了改进模型的力学计算公式,建立了隧道纵向变形曲率及环缝变形与环缝等效刚度之间的关系.利用该模型对上海某越江隧道进行了工程应用分析.根据盾构隧道临界状态的变形界值,初步建立了越江盾构隧道纵向变形曲率半径与环缝张开量间的关系.计算表明:与地铁盾构隧道相比,越江隧道曲率半径的限值要求可适当放宽.越江隧道纵向变形曲率半径小于1.257km时,环缝张开量大于6mm,环缝密封止水措施失效,隧道会出现严重的渗水漏泥现象.越江隧道螺栓极限应力状态相应的环缝张开量为21.00mm,此时环缝连接破环,不能满足隧道的结构性安全要求.     

曲线盾构隧道掘进地表沉降计算模型研究

盾构隧道掘进过程中产生的地层损失和施工荷载是引起地表沉降的主要因素,曲线盾构隧道的非对称性使得掘进引起地表沉降规律更加复杂。基于直线盾构隧道掘进引起地表沉降的研究成果,考虑实际工程中隧道会由于自重而沉降到土体边界底部和曲线盾构隧道地层损失的非对称特征,建立了曲线盾构隧道掘进引起地表沉降的地层损失模型,同时将建立的模型与已有曲线隧道地层损失模型进行对比研究。结果表明:本文建立的地层损失模型引起的地表沉降变形值更大,受转弯半径的大小影响,当隧道转弯半径大于1000米后,曲线隧道与直线隧道地层损失引起地表沉降值变化较小,而当隧道转弯半径小于300米时,此时地表沉降值对隧道转弯半径的敏感性较高,文章建立的计算模型可以很好的体现出小转弯半径隧道引起的地表沉降值的影响程度更大;通过将两种不同地层损失模型引起的地表变形与实际工程进行比较分析,验证了文章建立的计算模型与实际数据更接近,误差更小,显示该模型能够较好地反映实际情况,研究成果为曲线盾构隧道掘进引起地表沉降分析和预测提供参考。     

盾构隧道的近接施工对已建隧道产生的影响

为了研究天津市软土地区新建盾构隧道近接施工对已建隧道产生的影响,以天津地铁某区间最小净距为0.98 m的双线盾构隧道开挖工程为背景,采用有限元软件刚度迁移法,分析了在土体局部加固的情况下新建隧道掘进过程对已建隧道周围土体位移及衬砌内力与变形的影响,并将地表变形计算结果与实测数据进行了对比分析.结果表明:在注浆加固条件下,已建隧道的位移及内力都有较大程度的降低,但在加固区与未加固区交界附近可产生一定的突变,在现场施工时该段范围应重点监控.     

小净距盾构隧道施工管片附加应力监测与分析

为了研究在小净距隧道施工过程中新建隧道对先行隧道内力的影响,本文通过实际工程现场监测数据,总结了先行隧道管片附加内力大小及变化规律.采用振弦式表面应变计和频率读数仪对北京地铁某区间先行隧道管片环向和纵向的附加应力进行了现场监测,给出了环向附加应力和纵向附加应力历时变化曲线,并对不同测点附加应力在历时变化中最大值及稳定值进行了比较分析.监测结果表明:环向应力为压应力,其量值比纵向应力的量值大,且水平直径处受力最大,最大值达12.77 MPa.所得结论定量评价了小净距盾构隧道施工相互影响程度,为盾构隧道设计施工监测提供参考依据.     

铁路立体交叉隧道相互影响阈值

针对铁路双线立体交叉隧道结构,通过数值模拟和回归分析等方法对不同围岩级别条件下既有隧道受新建隧道施工的影响情况进行了研究.运用数值模拟方法建立了多种净距、多种围岩条件和上跨及下穿既有隧道的工序下的力学模型,通过对48种工况下既有隧道底板变形计算结果的回归分析,得出了既有隧道围岩与道床变形预测公式,根据现有高速铁路运营期间允许的道床变形标准,对既有隧道运营不受影响的最小净距给出了建议值.同时对既有隧道围岩压力受新建隧道施工影响的变化情况进行了分析,以围岩压力变化幅度为评价准则,对铁路双线立交隧道间相互影响的净距临界值给出了推荐值.研究发现,新建隧道上跨的修建形式与下穿相比,对既有隧道影响略小.     

松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应分析

依托江西萍莲高速莲花隧道,建立考虑松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应的隧道开挖三维有限元计算模型,实现不同管棚注浆加固参数对隧道开挖稳定性影响的定量分析,在数值计算过程中研究注浆加固区力学参数(弹性模量、黏聚力)、管棚间距、注浆半径等因素对隧道稳定性的影响,并将研究成果应用于依托工程中,验证数值计算结果的正确性。研究结果表明:在隧道进洞段,隧道拱顶区域与掌子面前下方区域存在塑性区,上述2个区域为隧道进洞开挖过程中最易失稳的区域;管棚注浆加固可有效限制围岩变形,降低围岩体积应变,且管棚注浆加固区可有效隔离拱顶区域的围岩塑性区,有利于保证隧道拱顶安全;在整个管棚注浆加固长度内,管棚最大沉降量出现在隧道开挖掌子面附近;管棚最大沉降量的绝对值与注浆加固区弹性模量及注浆半径负相关,而与管棚间距正相关,但管棚间距对管棚最大沉降量的影响程度相比其他2个因素小。     

松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应分析

依托江西萍莲高速莲花隧道,建立考虑松散地层隧道进洞段管棚注浆加固效应的隧道开挖三维有限元计算模型,实现不同管棚注浆加固参数对隧道开挖稳定性影响的定量分析,在数值计算过程中研究注浆加固区力学参数(弹性模量、黏聚力)、管棚间距、注浆半径等因素对隧道稳定性的影响,并将研究成果应用于依托工程中,验证数值计算结果的正确性。研究结果表明:在隧道进洞段,隧道拱顶区域与掌子面前下方区域存在塑性区,上述2个区域为隧道进洞开挖过程中最易失稳的区域;管棚注浆加固可有效限制围岩变形,降低围岩体积应变,且管棚注浆加固区可有效隔离拱顶区域的围岩塑性区,有利于保证隧道拱顶安全;在整个管棚注浆加固长度内,管棚最大沉降量出现在隧道开挖掌子面附近;管棚最大沉降量的绝对值与注浆加固区弹性模量及注浆半径负相关,而与管棚间距正相关,但管棚间距对管棚最大沉降量的影响程度相比其他2个因素小。     

破碎围岩山岭隧道施工稳定监测及数值模拟

以某高速公路破碎围岩隧道大变形为工程背景,并以现场调查、数值模拟和现场监测为手段,提出了三台阶七步开挖仰拱紧跟工法。利用Midas GTS建立了三台阶七步开挖法的两个数值模型,结合地质勘查和室内试验数据进行了隧道大变形分析,并将新工法的模拟结果与监测数据进行了对比分析。研究结果表明,所提工法中的仰拱紧跟技术对变形控制起到了较好的作用,不仅可以有效控制隧道施工中的大变形问题,且能缩短工期,提高施工效率,节省工程造价。     

不同长度注浆锚杆支护效果及围岩变形曲线规律

为了探究注浆锚杆支护作用效果,以吉林甄峰岭隧道已出现大变形的软弱围岩区为例,分析了不同注浆范围条件下隧道循环进尺开挖后围岩变形规律.根据大变形区域实测位移进行反演分析,获取隧道围岩真实力学参数,分别对不同注浆锚杆施工支护方案进行循环进尺开挖计算,获得了各方案下隧道各位置位移变化曲线,并采用单元安全度方法对计算结果进行评价.结果表明,目标工程的注浆锚杆最佳应用长度为3 m,其作用效果主要体现在对急速变形阶段变形量的控制.     

武汉地铁矿山法施工隧道合理净距研究

选择合理的隧道净距值是小净距隧道工程设计的关键所在.本文以武汉地铁二号线矿山法施工隧道为研究对象,用数值模拟分析软件计算分析了不同净距条件下,后行洞施工时,先行洞围岩的力学及变形发展规律,通过分析中夹岩受力、地表沉降、拱底隆起和拱顶沉降这四个重要指标与净距的关系,综合分析确定满足安全与经济的合理净距取值,研究结论可为类似工程设计与施工提供一定参考.     

隧洞施工中围岩收敛观测及分析

根据“引黄入晋”工程连接段隧洞施工中围岩变形情况，讨论了隧洞收敛观测断面的布置原则、现场观测方法以及观测数据的温度修正。通过对施工过程中测量数据的整理和分析，得出了收敛位移随时间变化的规律。