基于改进的距离判别分析法的南水北调西线工程TBM施工围岩分级

 对马氏距离判别法和层次分析法存在的不足进行改进,将改进的距离判别分析法应用于南水北调西线工程TBM施工围岩分级中。根据TBM施工特点和相关研究成果,将TBM施工围岩分级标准定为4级。选用岩石强度、岩组特征、结构面间距、结构面与洞轴线夹角以及石英含量5项指标作为判别因子,以南水北调西线工程杜柯河-玛柯河段实例数据作为学习样本进行训练,建立TBM施工围岩分级的改进的距离判别分析模型,利用得到的线性判别函数对待判样本进行分级。最后,将改进的距离判别分析法得到的判定结果与传统马氏距离判别法、RTBM法以及RMR方法得到的判别结果进行对比分析,验证了改进的距离判别分析法的有效性。研究结果表明,改进的距离判别分析法具有预测精度高等优点,为TBM施工围岩分级提供了一种新的有效方法。     

西秦岭特长隧道TBM施工地质条件分析研究

通过对西秦岭特长隧道各类地层的节理数、完整性、耐磨性等工程参数及地质条件的综合分析,对西秦岭特长隧道TBM施工的可行性进行了认真研究,指出了隧道出口段千枚岩、变质砂岩、灰岩段等地层具备TBM施工条件。     

基于模糊数学的TBM施工岩体质量分级研究

 根据隧道掘进机(TBM)施工进度将围岩分为施工条件好、施工条件较好、施工条件较差和施工条件差4个等级。利用模糊数学方法,采用岩石单轴抗压强度UCS和岩体完整性指标KV,分别建立UCS和KV关于TBM施工岩体质量4级分级的隶属度函数。采用单极性S形函数,分别构建UCS和KV的权重函数。这样,基于模糊数学的最大隶属度准则,就可以对TBM施工的岩体质量进行分级。同时,给出3个施工实例,演算表明,预测的结果与TBM施工实际相吻合,表明该分级方法简单而实用,具有很好的应用前景。     

应特别重视TBM及盾构机监控系统的作用

1概述全断面掘进机主要包括全断面岩石掘进机—TBM（图1）和盾构机（图2）,在国内水利、铁道、交通、地铁等工程建设中已被逐步推广应用,充分体现了TBM及盾构机在施工中发挥了＂快速、优质、 经济、安全、环保”的优点。近几年又有一条条宏伟隧洞、隧道工程采用TBM或盾构机施工．现今已陆续胜利贯通．如：武汉、南京、上海长江过江交通隧道．     

秦岭Ⅰ线隧道北口施工对TBM设备管理的几点体会

秦岭北口全断面岩石掘进机（简称TBM）于1997年下半年开始组装和调试,1998年1月18日开始掘进,至1999年8月29日完成掘进。这是铁道部首次引进、使用全断面岩石掘进机。该机型号为TB880E,对盘直径8．8m,总驱动功率3440kw,整机重量为2000t,包括后配套全长256m,是世界上大直径掘进机,也是德国维尔特（WIRTH）公司设计和生产的最大型敞开式掘进机。该机的工作原理及性能先进,具有工厂化生产的特点,因此时设备管理的要求非常高。我们通过外国专家的指导,深入消化TBM新技术,应用现代化管理手段和方法,逐渐建立和完善了设备管理…     

引黄工程TBM掘进隧洞的施工特点

介绍了万家寨引黄工程南干线4号～7号隧洞工程概况，就全断面双护盾岩石掘进机(TBM)掘进隧洞的施工过程作了详细论述，指出该掘进方法是开挖与衬砌平行作业，具有施工速度快、效率高、施工安全等特点。     

城市环境下TBM施工对围岩稳定性影响的监测分析及支护参数优化

 重庆市轨道交通六号线一期五里店站-山羊沟水库节点工程是TBM首次应用于城市轨道交通的试验段工程,为研究施工期间隧道围岩的稳定情况,进行大量的现场监控量测。基于现场监测数据,研究拱顶沉降、围岩深部位移、锚杆轴力、钢拱架内力及围岩接触应力的分布特性及变化规律,并通过数值模拟进行支护参数优化,为隧道后续施工及设计方案优化提供依据,也可为TBM在类似城市环境中的应用提供参考。     

基于长短期记忆网络的TBM掘进预测模型及围岩等级对预测精度的影响

全断面隧道掘进机(TBM)施工过程可以采集大量丰富数据,这使得建立数据驱动的TBM掘进预测模型成为可能。为探究围岩等级信息对模型预测精度的影响,以TBM掘进循环上升段数据为主要输入,基于深度学习中的长短期记忆(LSTM)网络,建立两种考虑围岩等级信息的、一种不考虑围岩等级信息的TBM稳定段推力、扭矩预测模型。保持其他条件相同,对三种模型进行训练、测试。结果表明,在由于围岩等级分布不均匀而导致的训练样本数较少的情况下,可以通过精确的掘进循环参数提取与数据增强,使三种模型预测推力、扭矩时均能达到较高的精度(误差分别在8%、14%以内)。两种引入围岩等级信息作为输入参数的方法并不能明显提高模型的预测精度。三种模型中,以围岩等级信息作为LSTM网络初始状态的模型,其预测精度以不到1%的优势领先其他模型的预测精度。该优势主要由于该模型能够较好地预测V级围岩中的掘进循环稳定段参数。     

城市隧道十字隔墙法施工引起的地表沉降及变形预测方法

运用随机介质法理论,研究开发出城市隧道开挖引起的地表沉降及变形预测系统,并对预测公式进行改进,实现十字隔墙法施工隧道分部开挖引起的地表沉降、倾斜、曲率、水平位移和水平变形预测。对中国第一条海底隧道十字隔墙法施工引起的地表沉降及变形进行预测,通过实测值与预测值比较,说明该方法效果良好,具有一定的实用价值。     

隧道开挖对邻近桩基变形及承载能力影响的弹塑性解答

 采用球形孔和圆柱孔扩张(收缩)理论研究桩基与隧道的相互作用。首先,基于Mohr-Coulomb屈服准则,采用圆柱形孔收缩模型模拟隧道开挖过程,得到Pasternak地基上隧道开挖引起的邻近单桩弹塑性水平位移。其次,提出隧道开挖对邻近桩基承载能力弹塑性影响的计算方法。桩基总承载能力由桩端极限承载能力和桩身极限侧阻摩擦力两部分组成。其中,采用无限介质中球形孔扩张模型计算桩端小孔极限压力,并得到桩端极限承载能力;采用修正的?法计算临界状态下桩身等效平均剪应力分布,进而得到桩身极限侧阻摩擦力,该方法考虑隧道开挖对桩身剪应力的削减作用。在此基础上,计算隧道开挖过程对周围土体弹塑性应力的影响;分析隧道和桩基相对位置对桩基承载能力的影响;定义桩基总承载力降低到85%时桩基发生破坏,研究桩端与隧道中心相对间距与桩基破坏时隧道体积损失临界值的关系,并考察土体黏聚力、内摩擦角、密实度、土体模量以及桩径等参数的影响。结果表明,柱孔收缩弹塑性模型可以较好地模拟隧道开挖对邻近桩基弹塑性水平位移的影响;隧道开挖后在一定范围内形成一个塑性区,在该区域内土体有效应力影响因子Rp值小于1,表明对桩基承载能力有削减作用,当桩身全部处于塑性区以外时,其承载能力不受隧道开挖的影响;隧道和桩基相对位置对桩基承载能力有较大影响,当桩端与隧道中心的间距一定时,随着隧道埋深的增加,桩端极限承载力影响因子Rqb逐渐趋于1,说明增加隧道埋深对桩基承载力更加有利;桩基破坏时隧道体积损失临界值与桩端–隧道中心间距平方呈线性关系,桩基承载能力对土体模量比较敏感。     

盾构隧道施工引起的地面变形计算方法研究

假定土体不排水,利用弹性力学的Mindlin解,推导正面附加推力、盾壳与土体之间的摩擦力引起的地面变形计算公式;提出土体损失引起的三维地面变形计算公式。将正面附加推力、摩擦力和土体损失引起的地面变形计算公式叠加,得到盾构施工引起的地面变形计算公式,该方法适用于施工阶段。算例分析表明,该方法的计算结果与实测值相当吻合。盾构施工引起的纵向地面变形曲线呈“S”形;隧道开挖面上方处轴线两侧的地面产生隆起现象;在正常施工时,盾壳与土体之间的摩擦力对地面变形的影响远大于正面附加推力。     

TBM施工遇险工程地质问题分析和失误的反思

当遇到不良工程地质条件,隧道工程施工选择全断面隧道掘进机(TBM)且对其选型和配置上未做充分考虑时,则往往出现各种工程地质问题。这些问题表明该施工技术对复杂地质条件适应性较差的先天不足。印度克什米尔、中国云南和台湾省3个TBM遇险并被常规钻爆法所取代的实例说明,过分依赖TBM而对后果估计不足往往造成决策性失误。此种情况下TBM的缺点充分暴露,其相对于钻爆法施工速度快的优势大大抵消,结果延误工期1～8a。在现代构造作用活跃、岩体破碎且地下水较丰富的复杂工程地质条件区选择掘进方式时,面临的最大问题是地质条件的不确定性和不可预知性。单靠现有技术改进和工程经验已不能很好地解决问题,需对此进行详细的风险分析并在设计中制定应对这种风险的工程措施。想得到1台适用于多种复杂地质条件的混合型多功能掘进机几乎不可能。是否选用TBM需经多学科专家论证,以便科学决策。     

昆明上公山隧道复杂地质条件下TBM卡机及护盾变形问题分析和对策

在褶皱、断层和软弱围岩共同作用时,岩石掘进机施工将面临很大困难。直径3 m多的昆明上公山引水隧道展布于普渡河背斜东翼,岩石掘进机在4 km 340 m～439 m近100 m长洞段砂泥质板岩中施工遇缓倾逆断层,发生数次卡机事故。开挖旁侧支洞时岩石掘进机后护盾出现严重挤压变形,现场对护盾进行了局部修护。结合复杂地质条件下软弱围岩矿物成分、力学强度及其构造控制作用,分析了旁挖导致护盾由近似两向转为单轴受压状态,提出了围岩蠕变发生条件和护盾变形破坏机理。采用人工扩挖旁洞、钢拱架支撑和超前导洞等工程处理措施收到一定成效。为尽可能避开前面地质条件复杂段,从该段开始隧道线路进行了调直。已有数个工程教训促使对岩石掘进机的适用条件进行认真反思。     

台灣水利隧道工程TBM開挖首次貫通案例

新武界隧道及栗栖溪引水工程之隧道總長約16.5km,興建完成後將為台灣最長之水利隧道。其中,中游段之引水隧道艮約7.8km,因推估地質均質尚佳且無明顯之剪裂帶或斷層带存在,並為考慮縮短工期、降低對環境之衝擊、減少勞工需求及提昇台灣隧道工程施工技術等因素,決定採用安全且一貫連續快速作業之隧道鑽掘機(TBM)開挖施工。施工期間,於2001年11月份創下659.3m／月之台灣最快鑽掘紀錄,其後雖曾遭遇局部岩盤破碎或異常擠壓等不良地質,以及遭受桃芝颱風之暴雨肆虐成災,然於採取適當應變措施及處理得宜下,TBM終於克服困難並持續順利鑽掘,且於2002年6月7日成功貫通,完成鑽掘工作,為台灣隧道工程首次以TBM貫通案例,且達到最佳平均月進度(315m/月)及最大鑽掘長度(6523m)之新里程碑。     

浅埋暗挖重叠隧道施工引起的地层变形分析

 重叠隧道施工必然发生相互影响,产生诸如地表沉降难于控制等一系列问题,特别是在浅埋富水软弱围岩条件下修建重叠隧道,此类问题更加明显。通过对深圳地铁一期工程国贸～老街区间重叠隧道施工引起的地层变形实测分析,得出了富水软弱围岩条件下浅埋暗挖重叠隧道施工引起的地层运动规律。在该类地层条件下施工重叠隧道,具有变形量大、地表沉陷突发、地层损失率高(地层损失率高达9.2%,远大于一般地层)、地表横向沉降槽局部曲率和斜率大的显著特征。结合隧道围岩性质试验成果和现场工程条件,对地层变形机制及其主要影响因素进行分析,在此基础上提出该类围岩条件下施工浅埋暗挖重叠隧道控制地层变形的技术措施,并在深圳地铁I期工程的后期施工中得到充分利用,取得了显著效果。研究成果对同类地层暗挖重叠隧道施工地层变形控制具有借鉴和参考价值。     

岩石掘进机盘形滚刀的安装及侧滑量的计算

本文探讨了盘形滚刀的安装方式,给出了各安装方式情况下盘形滚刀破岩工作时侧滑量的计算方法和计算公式,可为盘形滚刀的安装设计提供理论参考。     

以隧道变形量测资料分析掘进效应与约束损失

 收敛–约束法理论为应用于隧道工程支撑设计的简化分析方法,所采用之约束损失更是此分析模式的关键因子。针对约束损失的计算与影响性分析,以隧道工程广泛使用的变形量测收敛资料为依据,以掘进效应函数探讨隧道因前进开挖引致工作面围岩变形与应力变化,并以反计算方法评估约束损失分布情况,进而应用于台湾八卦山公路隧道工程案例分析,以了解实际掘进效应的影响。研究分析结果包含：(1) 提出掘进效应函数描述隧道收敛资料与约束损失的关系;(2) 说明掘进效应函数的参数适用范围及其物理意义;(3) 提出约束损失方程用以预估隧道开挖引致前期与掘进距离的收敛值;(4) 反计算方法可以预估约束损失可能的重新分布趋势与前期收敛;(5) 掘进效应函数分析结果与三维有限元计算结果相近。