灰色理论在偏压连拱隧道中的应用

以天鹅隧道为背景,把灰色GM(1,1)模型应用到连拱隧道预测分析中,结合MATLAB软件建立不同阶数的灰色理论GM(1,1)模型,分别对隧道中导洞的水平位移和进口左洞的拱顶沉降进行预测分析。分析表明:预测结果与监测结果接近;通过把连拱隧道水平位移和拱顶沉降实测值输入GM(1,1)模型中,可以准确的预测未来短时间内的围岩变形值,且选取合适的阶数建模会提高预测精度,除此之外,灰色预测模型也可以指导动态设计和信息化施工。     

基于俞氏四参数模型的隧道拱顶沉降预测

为了地下隧道围岩的稳定和围岩的及时和有效的支护,基于5处隧道拱顶沉降的现场实测资料,对隧道拱顶的沉降-时间曲线进行了优化的拟合和沉降的预测.针对岩石隧道拱顶的沉降特性,选用了俞氏四参数曲线模型.结果表明,俞氏四参数模型对隧道拱顶的沉降-时间曲线有高的拟合精度,相关系数R为0.989 55～0.999 35,平均值为0.996 102;该模型拟合效果比双曲线模型要好,特别是在曲线的尾部;基于该模型的5处隧道拱顶沉降的预测值与实测值的相对误差绝对值的平均值为4.019 15%,对拟合曲线尾部3点来说是0.623 48%.结果表明,本文选用的俞氏四参数模型适应性强,它对沉降-时间曲线的拟合是较为可靠的,利用这些拟合方程式能对隧道拱顶沉降进行预测.     

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。     

软岩浅埋连拱隧道施工围岩变形特征分析

为研究软弱破碎围岩浅埋连拱隧道施工过程中围岩变形特性,依托陕北某连拱隧道实际工程,通过现场布设监测仪器系统开展了拱顶沉降、围岩变形长期测试,获得了随施工过程拱顶沉降及围岩径向变形规律。结果表明:地表沉降近似于Peck沉降曲线,越靠近隧道中心地表沉降越大,最大沉降值产生于左线隧道开挖落底后,约为12.1 mm;拱顶沉降沿隧道纵向变化规律为:中导洞＞正洞＞左右侧导洞,中导洞表现为拱顶下沉,侧导洞则是水平收敛,上台阶施工因未临时仰拱封底而其收敛变形显著大于下台阶施工;随距隧道壁面距离增加,测点累计变形量逐渐减小,K21＋970测试断面围岩松动区约2 m,因测线布置限制,K21＋970测试断面松动区超过4 m。     

基于变位分配原理的隧道动态监测控制值研究

建立单线和双线隧道开挖有限元模型,分析不同开挖步拱顶沉降变形规律,应用位移释放系数法获取开挖至研究断面不同距离拱顶沉降占总变形比例,基于变位分配原理提出隧道动态监测控制值.结果表明:单线隧道开挖至研究断面前方0.5D、1D、1.5D,拱顶沉降监测以规范规定控制值的80%、90%、95%作为动态控制控制值;双线隧道先行洞和后行洞分别在通过研究断面0.5D、1.0D、2.5D和0.5D、1.0D时,对应选取控制值的70%、80%、90%和75%、90%作为动态控制值.     

隧道盾构施工地表沉降规律模拟研究

隧道盾构施工引起的地层损失所导致的地表沉降变形预测和控制,是隧道工程领域重要的研究课题之一.为准确预测盾构隧道施工所引起的地表沉降,探求相应的沉降控制措施,采用150室内模型试验和FLAC3D数值分析软件,在模型隧道纵、横向设置位移监测点,监测地面沉降随开挖过程的变化规律.结果表明:沉降量随隧道深度的增加而减小,随掘进的进行而增加;横向沉降量在隧道正上方最大,沿两侧递减,深度越小收敛越快,沉降槽越小;纵向沉降量沿隧道开挖方向沉降值逐渐减小.两种试验模拟的结果较为接近,可以保证所获得的盾构隧道施工引起的地面沉降规律的正确性.     

基于EMD-LSTM的时间序列预测方法

工程应用中的时间序列多为非线性、非平稳序列,直接对其进行预测难度较大.本研究通过经验模态分解算法将原始时间序列分解为多个相对平稳,并具有不同特征尺度的本征模态函数及趋势项,在一定程度上降低时间序列的复杂程度;同时,在预测过程中,针对递归神经网络模型难以训练及梯度消失等问题,引入长短期记忆网络算法.利用长短期记忆网络算法对分解的本征模态函数分量及趋势项进行分别预测,叠加预测结果得到最终预测结果.以中国北京市PM_(2.5)浓度为例进行预测分析,并将本预测算法与单一预测算法进行比较,结果表明,所提方法具有更高的模型预测精度,达到预测要求.     

土体加固范围对既有盾构隧道轨道的影响分析

为分析不同拱顶、拱底和不同横向土体加固范围对既有盾构隧道轨道及轨道高差的影响规律,运用Midas-gts有限元软件结合现场施工,并基于已有盾构隧道施工扰动范围的影响机理,对广州市某盾构隧道斜穿11号线工程进行研究。结果表明:既有轨道的沉降值曲线呈V型,轨道高差曲线呈W型;在一定范围内,相比其他土体加固,横向土体加固对控制既有隧道轨道和轨道高差效果显著,且当横向加固为1倍盾构直径时,既有隧道轨道和轨道高差的控制效果最明显;既有隧道轨道的最大沉降值与拱顶、拱顶+拱底以及横向加固范围呈对数线性关系,与拱底加固范围呈线性关系;盾构隧道扰动范围大致为距既有隧道两侧1倍盾构直径范围,故对盾构隧道两侧土体加固1倍盾构直径,防止隧道结构产生较大变形。     

基于误差修正和VMD-ICPA-LSSVM的短期风速预测建模

精准的风速预测是将风能大规模应用到电力系统中的关键,而风速序列的随机性和波动性等特点使得风速预测难度增加.为增强风速序列的可预测性,采用Logistic混沌映射策略、自适应参数调整策略以及引入变异策略对食肉植物算法(CPA)进行改进,并提出了基于误差修正和VMD-ICPA-LSSVM的短期风速预测模型.首先将气象因子作为最小二乘支持向量机(LSSVM)的输入对风速进行预测,获得误差序列.再利用K-L散度自适应地确定变分模态分解(VMD)的参数,并对误差序列进行分解.结合改进食肉植物算法(ICPA)优化LSSVM可调参数的方法来预测分解的子序列.叠加各子序列预测结果后对原始预测序列进行误差修正,进而得到最终风速预测值.实验结果表明,与其他模型相比,所提模型有着更好的预测精度和泛化性能.     

黄土地区暗挖段隧道中洞施工地层变形特性分析

以西安地铁隧道为工程背景,在现场实测和数值模拟的基础上,研究了浅埋暗挖地铁隧道穿越黄土区时围岩的位移变形规律.结果表明,采用台阶法施工,上导引起的沉降量远小于下导引起的沉降量,下导开挖后应在最短时间内进行初期衬砌支护;上台阶开挖所引起的拱顶沉降量大于下台阶引起的沉降量,其沉降值在下导掌子面通过2D(D为隧洞洞径)距离后逐渐趋于稳定.     

基于灰狼支持向量机的非等时距滑坡位移预测

以三峡库区白水河滑坡为例,针对滑坡位移监测数据的非等距性和复杂性,结合非等距时间序列分析法、灰狼优化算法（GWO）和支持向量回归机（SVR）模型,提出新型非等距位移时序预测模型.利用自然三次样条插值法对滑坡位移数据进行等时距处理,基于时间序列分析理论将位移数据中的趋势成分和周期成分剥离,采用基于稳健最小二乘法的三次多项式拟合和GWO-SVR耦合模型分别对这两者进行预测,利用时间序列加法模型得到滑坡累计位移的预测值.研究表明,基于灰狼支持向量机的非等时距滑坡位移预测模型不仅预测精度高,预测误差较小,且寻优参数设置简单,计算收敛迅速.     

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.     

Influence of underground water seepage flow on surrounding rock deformation of multi-arch tunnel

Based on a typical multi-arch tunnel in a freeway, the fast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions（FLAC^3D） was used to calculate the surrounding rock deformation of the tunnel under which the effect of underground water seepage flow was taken into account or not. The distribution of displacement field around the multi-arch tunnel, which is influenced by the seepage field, was gained. The result indicates that the settlement values of the vault derived from coupling analysis are bigger when considering the seepage flow effect than that not considering. Through the contrast of arch subsidence quantities calculated by two kinds of computation situations, and the comparison between the calculated and measured value of tunnel vault settlement, it is found that the calculated value（5.7-6.0 mm） derived from considering the seepage effect is more close to the measured value（5.8-6.8 mm）. Therefore, it is quite necessary to consider the seepage flow effect of the underground water in aquiferous stratum for multi-arch tunnel design.     

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。     

基于门控循环单元的多因素感知短期游客人数预测模型

提出的预测模型采取分时序分段策略,使用卷积神经网络（CNN）提取景区多因素时序数据的特征,并对不同因素的时序数据赋予不同的权重,将结果送入门控循环单元（GRU）以挖掘其中的时序信息,结合预测时刻的情境信息（天气状况和节假日）预测短期景区内游客人数. 在某景区的闸机数据集和监控点车辆数据集上的实验结果表明：基于门控循环单元的多因素感知短期游客人数预测模型可以充分考虑多情境因素并对不同因素时序数据赋予不同的权重,均方根误差（RMSE）和平均绝对百分比误差（MAPE）均小于传统模型,能够有效降低短期游客人数预测误差。     

软弱破碎围岩深埋隧道拱顶渐进性塌方机理及控制

隧道拱顶塌方事故是近年来隧道施工中造成重大人员伤亡的主要事故类型,危害极大,因此必须掌握隧道拱顶塌方发生机理和演化规律、制定科学有效的控制对策,为塌方事故的防治提供依据。基于上限变分法,建立深埋地层中隧道拱顶塌方模型,研究隧道拱顶塌方范围及其影响因素,进一步建立软弱破碎围岩隧道拱顶渐进性塌方模型,推导渐进性塌方范围全过程曲线,并与模型试验结果进行对比。据此提出了拱顶塌方事故的安全性控制措施,揭示预控制、过程控制两类措施下拱顶塌方安全性控制机理和承载特性,提出支护措施的围岩荷载确定方法。结果表明：隧道塌方宽度L随着初始粘聚力c0和单轴抗拉强度σt的增大而增大,随着重度γ和非线性系数m的增大而减小;隧道塌方高度h1随着抗拉强度σt和非线性系数m的增大而增大,随着初始粘聚力c0和围岩重度γ的增大而减小;基于渐进性塌方过程中围岩物理力学参数逐渐减弱的特性,建立了考虑围岩粘聚力和抗拉强度衰减的隧道拱顶渐进性塌方模型;根据控制机理和目标,将拱顶塌方控制措施分为预控制措施和过程控制措施;围岩的形变荷载和总荷载随着塌方荷载的增大而增大。相关研究成果将为隧道拱顶塌方的预测及安全性控制提供借鉴。     

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.