盾构法施工隧道地层变形时空统一预测方法研究

从经典的Mindlin弹性理论公式出发,基于盾构施工工作面推力为圆形均布荷载、盾构外壁与土层的摩擦力均匀分布等假定的基础上,考虑盾构施工推进过程中盾构机位置不断变化的实际情况,建立了盾构施工推进过程的力学计算模型,由此推导了盾构推进工作面附加压力以及盾构机外壁与土层摩擦力作用下隧道周边任意位置地层变形的计算公式。基于随机介质理论,充分考虑隧道开挖施工引起的地层变形的时间和空间发展过程,推导了盾构推进地层损失引起的地层变形计算公式。通过工程实例计算,对盾构隧道施工地层变形的时空变化过程进行了研究,计算结果同实测结果具有良好的一致性。     

机械预切槽法开挖软土隧道地层变形研究

软土中的机械预切槽法是超前支护的一种，在预筑拱的保护下可以安全高效地开挖隧道。在隧道力学和弹塑性理论的基础上，利用自行开发的三维程序，分析了机械预切槽法与常规全断面法开挖隧道时引起的地层变形。计算结果显示：机械预切槽法形成的预支护作用在控制地层变形方面较常规全断面法具有明显的优势，预切槽法可以减少隧道施工对地层变形的影响范围和影响程度，可以用于对地表沉降控制较严格地区的隧道施工。     

Peck公式在我国隧道施工地面变形预测中的适用性分析

在目前众多的预测地铁隧道开挖引起的地表位移的经验方法中，Peck于1969年提出的高斯方程最简便，也是目前应用最为广泛的方法。由于这一公式是基于有限地区的实测资料提出的，因此，在某个地区应用前首先应该进行基于当地实测资料的验证工作。国内地铁建设工作起步相对较晚，在土中开挖的浅埋隧道工程引起的地层变形实测资料比较缺乏，因此，目前对Peck公式在国内各地区的适用性还没有定论。近年来，随着地铁建设热潮的兴起，各地逐渐积累了一些实测资料，但仍比较零散，也没有形成比较统一的结论。通过对搜集到的国内8个地区30多组观测数据的分析，评价这一方法在不同地区的适用性，并对相关计算参数提出初步建议值。     

岩溶隧道下穿高速公路诱发地层变形规律研究

岩溶隧道下穿高速公路过程中,隧道开挖往往极易影响上覆填土路堤的稳定性,诱发地层及高速公路产生变形。本文以成都至贵阳铁路大方隧道下穿杭瑞高速为研究背景,依据各地层特点,建立了隧道下穿高速公路的地质模型,同时根据地表结构物的重要性,对现场监测区域进行了危险性等级划分,并针对岩溶特殊地质条件,揭示了岩溶隧道下穿公路过程产生的破坏机制,结合实际工程案例给出了相应的施工关键技术。最后依次对隧道洞口地表沉降,路面沉降变形以及路基分层沉降特点进行了分析,研究表明：沉降曲线呈反向抛物线特征,隧道边界向上正投影区域沉降值较大,远离隧道边界变形量较小。同时根据曲线变化趋势,对隧道下穿高速公路引起的路面沉降变形划分为3个阶段：初期微小变形阶段、中期变形剧增阶段和后期变形稳定阶段,整体来看,沉降变形均在允许范围内,论证了隧道支护参数的合理,最后总结了地层变形规律。研究成果可为今后类似下穿工程施工提供参考。     

钻孔灌注桩施工对邻近运营隧道变形影响研究

桩基施工将引起周边地层位移和邻近隧道结构变形,以南京龙津桥改建项目桩基工程为背景,通过现场实测,分析研究钻孔灌注桩施工全过程各工况条件对地层位移场和邻近既有隧道结构变形的影响规律。结果表明:由于钢套管的护壁作用,钻孔灌注桩施工过程中产生的最大地层位移和隧道结构变形较小,说明采用“钢套管边旋压边取土”、“群桩间跳施工”等工艺,对周围土体扰动影响程度较小,建议近隧桩基工程采用全套管灌注桩的施工方法,监测分析结果可为类似工程提供技术参考。     

地铁隧道施工引起地层位移规律的探讨

目前对城市隧道开挖所引起的地表以下地层的位移规律的认识还很不充分，长期以来只有定性地认识。英国学者Mair等人（1993年）根据在黏土中的有限实测资料，基于预测地表位移的Peck公式，考虑了沉降槽宽度随深度变化，从而提出了地表以下的位移计算公式。他们的研究成果被广泛引用，但是由于其仅适用于黏性土，且假定地表处沉降槽宽度参数为0.5，因此在应用上受到很大的限制。在Mair公式的基础上，着重讨论了沉降槽宽度参数随地层深度的变化趋势，并提出了修正计算公式，不仅可以考虑地表沉降槽宽度参数与0.5相差较大的情况，还适用于砂类土地层，因此比Mair公式具有更广泛的适用性。     

隧道施工引起横向地层沉降的随机预测

运用随机介质理论推导的横向地层沉降理论公式计算隧道施工引起的横向地层沉降时 ,影响范围角 β和隧道收敛值ΔR比较难以确定。详细分析了这两个参数的确定问题 ,并通过工程实例验证了横向地层沉降理论公式。     

通渝隧道围岩变形的神经网络预测

隧道新奥法施工中 ,常以围岩变形量作为评判围岩稳定性和支护结构经济合理性的重要指标。公路隧道围岩变形量是随时间而变化的数据序列 ,因而可以建立一些实时跟踪预测模型和方法。根据通渝隧道围岩拱顶下沉位移变形的特性 ,采用神经网络技术来预测其变形量 ,结果表明该方法简易、有效     

重叠隧道上覆地层变形规律分析

通过对深圳地铁Ⅰ期工程浅埋暗挖法施工的重叠隧道现场调研,并结合施工中的试验、监测成果对重叠隧道上覆地层（地表、地中）水平、竖向变形和隧道结构变形进行了综合分析,明确了富水含砂软弱地层地铁隧道拱顶沉降大于地表沉降的事实,得到地层变形的三维变化规律和重叠隧道分步开挖的施工时空效应;并实测得到未降水施工条件下隧道结构周边超静孔隙水压力分布及其随开挖变化规律。研究结果对于同类地层条件下地铁隧道设计、施工有一定的借鉴作用。     

软土地层盾构隧道结构整体抬升实践

软土地层盾构施工易沉降过大导致轴线偏差,出现调坡困难,甚至影响后期列车运行速度,注浆抬升是轴线偏差治理的一种方法。宁波轨道交通某区间在施工过程中因对地层变化理解不彻底,导致沉降过大,调坡困难,为了不造成结构破坏,不影响工程工期,使隧道线型得到改善,对隧道结构整体抬升进行了实践。通过对地质情况分析,结构验算,注浆工艺研究,提出了下部注浆,内部支撑,实时监控,即时调整的思路,在注浆过程及时调整浆液。经过精细化管理,该区间最大稳定抬升量达3 cm。工程实践表明,注浆工艺和内部支撑对抬升阶段通用环管片结构安全起到重要作用,浆液的选择对后期稳定非常重要。该工程探索了软土地层盾构隧道不均匀沉降治理、控制措施,可为其他盾构隧道沉降治理提供参考和抬升设计提供依据。     

隧道超前地质灾害预报综述

隧道超前地质灾害预报在隧道施工中是十分重要的环节。文章对隧道超前地质灾害预报内容、原则、形式、方法、流程方面的研究现状进行了论述。着重对隧道超前地质灾害预报的各种方法进行了分析对比。隧道超前地质灾害预报的方法各有优缺点和局限性,应该取长补短,综合分析,根据实际情况确定应该采取的方法及其组合。在隧道超前地质灾害预报工作中,必须处理好与施工单位的关系。     

基于范例推理的公路隧道拱顶变形时序支持向量机外延预测

针对公路隧道拱顶变形预测模型的普适性与外推预测的准确性,提出了基于人工智能推理的隧道工程属性（地理位置、监测位置、隧道高宽比、围岩级别和埋深）与拱顶变形时序曲线原子矩阵的相似范例检索方法,并在深入分析了获取的相似范例特征的基础上,进一步以LPG新核函数支持向量机建立先验知识的预测模型。应用该方法对通渝隧道工程K19+994断面拱顶下沉进行了预测与评估。结果表明,对于不同隧道间或同一隧道不同区段预判拱顶变形或收敛,基于范例推理能够获知良好的先验背景知识,且以此进行的支持向量机预测模型学习的回归内插（1～14步序）的平均相对误差为1.36%,而一次性外推预测15 d内的8个变形值（16～30步序）的平均相对精度为97.28%,证实了方法的可靠性     

TST技术在岩溶地区隧道超前预报中的应用

顶效隧道位于岩溶发育地区,地质构造复杂,岩体破碎,对超前预报技术的要求高,风险较大。目前国内外应用的隧道超前预报技术多数都存在着技术缺陷,不能区分不同方向的地震回波,不能准确地确定掌子面前方围岩的波速,不能正确地进行纵横波分离等问题,影响到预报的可靠性和准确性。为了确保施工安全,减少和避免地质灾害发生,顶效隧道超前预报中采用了TST技术。应用结果表明,TST技术采用空间阵列系统和速度扫描技术有效地解决了掌子面前方围岩速度分布问题,提高了构造定位精度;应用二维方向滤波技术有效地消除了上下、左右的侧向回波和面波干扰,成功提取了前方回波用于超前预报,避免了虚报误报,解决了复杂地质条件下的超前预报问题。     

隧道超前地质精确预报

采用探地雷达进行隧道掌子面前方的地质超前预报,并配以孔内探头进行探测,在发现掌子面前方有异常结构面或异常体时对异常体进行准确定位,使预报的精度大大提高。文章还介绍雷达进行超前地质预报探测的现场工作方法,重点介绍孔内雷达的解释方法。     

地裂缝剖面形态对地铁隧道变形影响模型试验研究

为揭示隧道底部脱空与结构纵向变形之间的对应关系,模型试验以西安地铁隧道穿越地裂缝带为研究背景,采用圆形地铁隧道结构,研究了在不同地裂缝剖面活动特征下的隧道纵向应变变化规律及其垂直位移。试验结果表明,随着错位量增加,隧道底部脱空区域扩展过程可分为3个阶段:共同变形阶段、临界脱空阶段和脱空发展阶段。针对地裂缝的不同剖面活动形式,隧道结构内部应力将出现很大差异,建议在施工中对应不同地裂缝带采取不同的施工方案。通过监控,结合模型试验的应力应变发展变化规律,可判断结构底部脱空的发展趋势,为西安地铁穿越地裂缝带的结构设计和安全运行提供重要的参考依据。     

盾构隧道局部长期渗水对隧道变形及地表沉降的影响分析

研究表明,盾构隧道长期渗水会造成地表及隧道严重沉降。针对盾构隧道局部渗流难以模拟的现状,首先提出了一种既符合盾构隧道刚度要求又能实现局部接头渗水的计算方法;在稳定渗流状态对应的相同渗流量的前提下,对比分析了管片在不同接头渗水条件下隧道周围土体孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道变形规律。分析结果表明,盾构隧道渗水接头的位置不同,孔压分布、地表和隧道沉降以及隧道的变形均有明显差异;接头位置越靠近隧道底部,渗水导致的孔压减小越显著,造成的地表及隧道沉降越显著。接头渗水不但会使隧道发生横向椭圆化变形,还会引起隧道左右两侧受力不平衡,从而造成隧道水平侧移。通过对比表明,采用接头渗水和传统的衬砌均质渗水得到的孔压分布、沉降及隧道变形规律均有显著不同;不考虑隧道局部渗水特点会对隧道结构长期性态的认识产生偏差。     

灰色-进化神经网络模型在深埋隧道围岩变形预测中的应用

由于深埋隧道围岩的变形受到构造、应力场、地下水、开挖方式等复杂因素的综合影响,具有位移时间序列的单调增长的特殊性和非线性,运用响应成分模型将隧道围岩位移量分解成具有确定性的趋势项和具有不确定性的随机项。建立灰色–进化神经网络模型对趋势项和随机项进行预测,既结合GM（1,1）模型较好预测序列增长趋势的特点,又结合神经网络利用自适应实现网络总体误差最小的特点,进而解决了单一利用GM（1,1）模型时预测值的随机偏离量较大的问题,保证了预测的精度。将该模型应用于基于实测位移资料的堡镇隧道围岩水平收敛位移短期预测,较好地揭示了隧道围岩收敛位移演化的规律,为合理选取二次衬砌时机提供了参考。     

滑坡变形预测与失稳预报问题的几点讨论

滑坡问题的研究关系到水利、交通、能源等基本工程建设,并与人们生命财产安全、生态环境保护及可持续发展问题相关,因此一直备受关注。滑坡是一个复杂的地质体,影响滑坡稳定的内外各种因素多种多样,影响程度各异,并且各因素又是动态变化的,决定了滑坡变形机制与变形特点十分复杂,因此滑坡变形预测与失稳预报十分困难。文章认为,变形突变预测、失稳时间预报及失稳判据是滑坡预测预报的3个核心问题,变形突变预测是为了预测出滑坡从匀速变形阶段进入加速变形阶段的特征点或时间,是回答滑坡能否失稳的关键,是提高预测结果可靠性及提高预测研究水平的基础。分析了目前各种预测模型的特点及可靠性情况,模型的优缺点。探讨了变形突变难以预测的实质,并指出采用多因素预测模型进行探索性研究。文章还对失稳时间预报的预报尺度、预测误差的计算、滑坡空间预测及多测点协同预测等问题进行分析,并对可能的解决办法提出了建议或展望。     

双线平行盾构隧道施工引起的三维土体变形研究

基于双线水平平行盾构施工中土体损失引起的土体变形二维解析解,建立土体变形三维解析解。取不同的纵向位置作为变量,建立土体损失率沿纵向的变化方程;考虑先行隧道施工对后行隧道的影响,分别计算两条盾构隧道施工引起的土体变形,叠加得到双线平行盾构施工引起的土体总变形。其方法能够计算土体深层沉降和水平位移,较精确地反映土体三维变形。算例分析结果表明：预测值与实测值较为吻合;土体沉降随着离开挖面距离的增加而不断增大,最终在x = -40 m左右时趋于稳定;随着先行隧道与后行隧道开挖距离的接近,最大土体总沉降量逐渐增大;土体沉降会随着深度z的增大而略微增加,但沉降槽宽度将略微减小;随着两条隧道轴线水平距离L的增大,最大土体沉降逐渐减小,沉降曲线形状慢慢由V型转变成W型,不再符合正态分布规律。