盾构掘进机土压平衡的实现

为了控制地面沉降，减少地表变形，采用电液比例控制技术对盾构掘进机推进液压系统和螺旋输
送机液压系统进行了集成设计.其中推进液压系统采用了比例压力流量复合控制技术，螺旋输送机液压系
统采用了电反馈比例控制技术,在模拟试验台上进行了土压平衡实验分析.结果表明,通过实时控制推进速
度或螺旋输送机转速，对盾构掘进机进行推进控制或排土控制操作，可控制密封仓内土压力在设定范围
内，从而实现土压平衡.     

Discrete element simulation of mechanical characteristic of conditioned sands in earth pressure balance shield tunneling

The discrete element method (DEM) was used to simulate the flow characteristic and strength characteristic of the conditioned sands in the earth pressure balance (EPB) tunneling. In the laboratory the conditioned sands were reproduced and the slump test and the direct shear test of the conditioned sands were implemented. A DEM equivalent model that can simulate the macro mechanical characteristic of the conditioned sands was proposed, and the corresponding numerical models of the slump test and the shear test were established. By selecting proper DEM model parameters, the errors of the slump values between the simulation results and the test results are in the range of 10.3%–14.3%, and the error of the curves between the shear displacement and the shear stress calculated with the DEM simulation is 4.68%–16.5% compared with that of the laboratory direct shear test. This illustrates that the proposed DEM equivalent model can approximately simulate the mechanical characteristics of the conditioned sands, which provides the basis for further simulation of the interaction between the conditioned soil and the chamber pressure system of the EPB machine.     

基于PSO-SVR的土压平衡盾构施工进度优化

针对隧道掘进机(TBM)利用率预测研究匮乏的问题,建立数据驱动的利用率预测模型并进一步对施工进度展开优化.结合新加坡某地铁隧道项目数据,研究地质类型、司机操作与载荷对TBM利用率的影响,提出基于支持向量回归(SVR)的利用率预测方法,并以施工进度最大为目标展开操作参数优化.利用SVR建立掘进环利用率与地质类型、载荷、操作参数的映射模型;建立以施工进度最大为目标,以地质类型、载荷、操作参数为约束边界的优化方程;利用粒子群优化(PSO)寻找特定地质类型下最优的操作参数.结果表明：SVR模型在验证集和测试集上的R2分别为0.729和0.625,均优于多元线性回归、决策树、k最近邻、随机森林、AdaBoost和XGBoost模型;PSO能准确地找出最优的操作参数.     

盾构机掘进工作面土压力计算方法比较分析

合理确定掘进工作面的土压力对于准确设定土压平衡盾构机密封舱的土压力以及有效控制隧道掘进过程中地表变形是十分重要的.基于弹性力学理论、土力学原理和迭加原理,分别建立了掘进工作面土压力三种计算模型.结合某工程实例,分析了三种计算方法的异同点.研究表明,基于弹性力学理论和土力学原理所得到的解基本相近;而采用土压力与水压力分开计算然后叠加方法所得到的解在极限条件下比前两种方法大50%.     

基于盾构密封舱压力直接反馈地表变形控制

为了解决传统地表变形控制方法对施工人员经验的依赖性与控制的滞后性造成施工事故频发的问题,在分析引起盾构前方地表变形原因的基础上,提出密封舱压力直接反馈地表变形控制技术. 以土压平衡盾构为对象,建立2种密封舱压力调节模式的数学模型,并在Φ1.8 m土压平衡盾构综合试验台上开展多次实验,分析引起土压力波动的原因和检验新地表变形控制方法的有效性.实验结果表明,切深率变化会引起密封舱压力波动,不利于地表变形控制.采用密封舱压力直接反馈,通过自整定PID控制器控制螺旋输送机转速可以精确控制排土量和出土率,保证密封舱压力实时平衡,并能将盾构前方地表变形控制在-5~+3 mm,满足隧道施工标准要求．     

Modeling approaches to pressure balance dynamic system in shield tunneling简

In order to deal with modeling problem of a pressure balance system with time-delay, nonlinear, time-varying and uncertain characteristics, an intelligent modeling procedure is proposed, which is based on artificial neural network （ANN） and input-output data of the system during shield tunneling and can overcome the precision problem in mechanistic modeling （MM） approach. The computational results show that the training algorithm with Gauss-Newton optimization has fast convergent speed. The experimental investigation indicates that, compared with mechanistic modeling approach, intelligent modeling procedure can obviously increase the precision in both soil pressure fitting and forecasting period. The effectiveness and accuracy of proposed intelligent modeling procedure are verified in laboratory tests.     

隧道盾构法掘进触发二次地应力分布规律研究

以拟建哈尔滨市松花江隧道为例,采用因子对目标函数影响的优化分析思想,直接针对隧道施工过程,在各种不同工况下,建立尽可能逼近实际问题的有限元数值计算模型,通过大量的反复数值模拟实验,研究因盾构掘进在土体中触发二次地应力的分布规律,总结各单项因子对土体变形力学性状的影响特性,预估隧道周围土体最危险破坏点位置,为合理确定顶板安全厚度提供理论依据.     

隧道盾构法掘进触发二次地应力分布规律研究

以拟建哈尔滨市松花江隧道为例，采用因子对目标函数影响的优化分析思想，直接针对隧道施工过程，在各种不同工况下，建立尽可能逼近实际问题的有限元数值计算模型，通过大量的反复数值模拟实验，研究因盾构掘进在土体中触发二次地应力的分布规律，总结各单项因子对土体变形力学性状的影响特性，预估隧道周围土体最危险破坏点位置，为合理确定顶板安全厚度提供理论依据．     

土压平衡盾构机密封舱土压力控制研究

建立了密封舱土压力增量与盾构机推进速度、螺旋输送机转速的排土控制的盾构土压平衡控制模型,提出了密封舱土压力优化控制算法.数值模拟结果表明,在保持推进速度不变的情况下,控制螺旋输送机的转速调整密封舱的压力,可控制密封舱内土压力在设定的范围内,从而实现土压平衡.     

基于模糊聚类分析的热网流量测点优化布置

结合模糊聚类分析理论,提出一种基于反映管网阻力特性系数变化的热网流量监测点优化布置方法.该方法能反映管段阻力特性系数变化对管网运行参数的影响,为实现热网阻力特性辨识提供了必要条件.通过采用直接求解析解的方法取代管网微观分析方法,来计算阻力特性系数影响矩阵,确保了阻力特性系数影响矩阵的准确性,提高了测点优化计算的精度.     

饱和沙土中土压盾构开挖面极限支护力

为了避免土压平衡盾构在含水砂层中掘进时出现支护压力不足的现象,将渗流作用引入上限分析,以评估支护力对开挖面稳定的影响,得到土压平衡盾构在饱和沙土中掘进时的支护力方程.通过支护力方程各项系数比较以及敏感性分析,表明盾构直径与渗流作用对支护力影响显著.随着地下水位的升高,渗流因素在支护力中所占的比重提高;在高水头状况下,渗流作用大幅降低支护力,是造成开挖面前方土体失稳的最主要因素.给出较直观的支护力方程,采用简洁方法来分析在渗流作用下盾构支护力设置的安全性,结合地铁工程实例,分析开挖面失稳事故原因,给出合理的开挖面支护压力.     

盾构隧道同步注浆浆液配合比优化设计

盾构法施工过程中,盾尾同步注浆对控制隧道轴线上浮和地面沉降起着至关重要的作用.为使盾构隧道同步注浆浆液具有较好的工作性能,选用水泥、粉煤灰、膨润土、砂、水作为原材料,采用正交设计的方法进行试验,探讨了浆液各原材料对浆液稠度、凝结时间、泌水率、7d抗强度等指标的影响规律及同步注浆浆液配比的优化方向.试验表明:水泥是影响凝结时间和抗压强度的主要因素,水泥的加入能够缩短凝结时间、增大抗压强度和降低泌水率;粉煤灰能改善浆液和易性;膨润土有增稠、保水的作用,能提高浆液稳定性,但掺量要控制在一定范围内;砂作为浆液骨料起填充作用,主要影响浆液稠度,砂的用量与浆液稠度大小呈反比趋势;水是影响泌水率的主要因素,用水量增加导致浆液泌水率、稠度增大,凝结时间变长.最优的配合比为:水泥∶粉煤灰∶膨润土∶砂∶水为160∶400∶50∶830∶360,制备的浆液稠度为11~12cm,凝结时间为10~13h,泌水率不高于3%,7d抗压强度不低于2MPa.     

无粘性土的地震主动土压力水平层法改进

为了研究主应力偏转对土压力的影响,基于拟静力法,考虑平移模式下挡土墙墙后土体的主应力偏转和土层间的水平剪力,改进水平层分析法,根据应力状态和静力平衡条件建立基本方程组,通过迭代搜索程序进行求解,计算得出滑裂面形状、地震主动土压力分布、土压力系数和合力作用点,并对其进行参数讨论．结果表明:对于无粘性土,搜索得到的滑裂面曲线形状近似直线,故简化计算时,采用平面滑裂面的假设比较合理;填土内摩擦角和水平地震作用对土压力分布的影响较大,墙土摩擦角和竖向地震作用影响相对较小．与传统拟静力法对比,两种方法所得的土压力分布基本吻合,但是,改进水平层法所得的曲线呈现非线性变化趋势．     

刚性挡土墙地震主动土压力的拟动力学分析

采用拟动力学方法的基本假定,考虑地震加速度的放大效应,利用水平层分析法,求得在地震荷载作用下随地震时间变化的主动土压力强度的分布解.将最危险滑动面倾角和合力作用点高度与传统方法进行比较,分析合力作用点时程曲线的特征,探讨水平加速度系数及加速度放大系数对土压力分布的影响.结果表明：采用该方法计算得到的滑动面倾角和合力作用点高度大于传统方法计算值;合力作用点高度在地震时是不断变化的;水平地震加速度系数及加速度放大系数均对土压力分布有很大影响,不考虑加速度的放大效应是偏于危险的.     

双剪统一强度理论在空间主动土压力计算中的应用

采用双剪统一强度理论,导出了空间土压力计算的双剪统一解.算例分析结果表明:随着中主应力系数b值的增大,空间主动土压力减小,主动土压力系数略有增大,土压力作用点距墙顶的竖直距离略有减小.所给出的解可以灵活运用于各种不同特性材料空间主动土压力的计算,应用双剪统一强度参数公式可以求算不同b值所对应的土体的强度参数,该值同时包含了主应力σ1、σ2和σ3对材料强度的贡献,并可将与平面问题对应的常规土工试验方法所测得的强度指标0σ、0φ换算为空间问题所需的强度指标tσ,tφ.统一解可以更好地发挥挡土墙填料的强度潜力.     

考虑位移和时间的土压力计算方法

根据基坑开挖工程的特点,建立了考虑位移和时间效应的土压力计算公式。其次,提出考虑开挖影响土抗力计算式,然后在ＬＢＡＣＫ弹性地基梁有限元计算程序的基础上,采用考虑位移和时间效应的土压力计算公式对土压力计算程序进行了修改以及对参数反演部分作了相应的修改。最后,在实际工程中进行了实际计算的分析。     

测压点优化布置及状态估计在西安市给水管网中的应用

利用模糊聚类方法，优化选择了西安市给水管网测压点，在某一工况下，分别用优化选择的测压点水压和按经验选择的测压点水压估计所有节点水的水压，用于管网的状态模拟。计算表明，模糊聚类选择的测压点具有较好的代表性，估计的115个节点水压值与实测值误差的方均根为1.38m，估计精度较高，能满足管网模拟的要求。同时表明，用模糊聚类方法选择的测压点水压进行状态估计的精度明显高于按经验选点时的精度。     

离心泵泵腔内压力分布的实验研究

将泵腔内的液体流动简化为理想液体，利用Navier-Stokes方程建立了泵腔内压力的计算方程式，并应用离心泵欧拉方程式求解泵腔内压力计算方程式.通过对实验值与理论计算值的比较，得出了一些有益的结论：靠近密封环处，计算结果先小于实测值，后大于实测值；在外径处计算结果一直大于实测值；在大流量时计算结果和实测值几乎平衡.     

Coefficient of earth pressure at rest for normal,consolidated soils

In this study consecutive consolidated isotropically drained triaxial tests for the coefficient of earth pressure at rest(K0)were carried out to investigate its rules of evolution as well as its strength characteristics for normal,consolidated saturated silt under high pressure.The tests results indicate that: 1)for normal,consolidated saturated silt,K0 values increase as the consolidation stress increases at high pressure levels,while the nonlinear characteristics of K0 are inconspicuous compared to cohesive soils; 2)the Jaky and Roscoe equations,used to calculate K0,are only suitable for certain soils,but cannot represent these values for normal,consolidated saturated silt due to the variation in bilinear strength at high pressure; and 3)there are close relations between the nonlinear characteristics of K0 and the void ratio,measured in the tests.Both share the same functional form while under pressure.Based on our experimental results,we developed an empirical linear model to interpret the rules of nonlinear variation for the coefficient of earth pressure at rest.