双护盾TBM施工隧洞综合超前地质预报方法研究

由于受护盾、管片及电磁干扰的影响,地质素描、炸药激振地震法、电磁法等超前地质预报方法在双护盾TBM施工中无法使用。根据双护盾TBM技术特点,以CCS水电站引水隧洞为工程背景,提出了以地质分析法、物探法、和超前钻探等为主的综合超前地质预报方法。综合超前地质预报采用"由粗到细、点面结合"的原则。地质分析法包括隧洞沿线地质分析、施工地质观察、岩渣及掘进参数分析等,不占用TBM掘进时间,成本低,可全洞段采用。物探法包括ISIS地震法和BEAM电法。物探法和超前钻探占用TBM掘进时间,且预报成本较高。因此,应根据预报精度、预报成本及是否占用掘进时间综合权衡后,确定采用何种预报方法。基于综合超前地质预报结果,针对不良地质条件,提出了相应的处理措施。研究结果表明,综合超前地质方法符合双护盾TBM施工特点,能有效识别掌子面前方的不良地质条件,同时可为工程应对措施提供基础支撑,从而有效避免或降低不良地质条件的影响。     

盾构近距离穿越已建隧道的施工影响分析

随着城市地铁的持续建设,近接既有地下建筑进行施工的工程大量涌现。由于受地质条件和施工工艺的限制,盾构推进难免会对邻近建(构)筑物产生扰动,由此引发一系列的环境病害。针对过黄浦江行人观光隧道从上部穿越刚刚建成的上海地铁2号线越江区间隧道,建立了三维有限元计算模型,研究了由于盾构推进而引起的地层扰动变形的规律性,并对已建隧道产生的施工影响进行了分析,并给出了相关的结论。     

采用矿山法构筑区间盾构隧道渡线段的方案探讨

针对北京地区地质条件,提出了在区间盾构隧道之间采用矿山法构筑渡线隧道的方案,即先在最大开挖断面处拆除管片,沿横向扩挖出一条施工通道;然后在施工横通道侧壁开口,从大断面向小断面进行渡线隧道的断面渐变段、双联拱段和分离单洞的施工,从而在两条区间盾构隧道之间采用矿山法完成渡线隧道的施工;最后,应用FLAC数值计算软件,探讨了管片拆除及隧道断面扩挖引起的地表沉降和塑性区分布范围。研究结果表明,针对北京地区的地质条件,提出的在区间盾构隧道之间采用矿山法构筑渡线隧道的方案具有工程适用性。     

TBM Performance Analysis in Pyroclastic Rocks: A Case History of Karaj Water Conveyance Tunnel

Karaj Water Conveyance Tunnel (KWCT) is 30-km long and has been designed for transferring 16 m³/s of water from Amir-Kabir dam to northwest of Tehran. Lot No. 1 of this long tunnel, with a length of 16 km, is under construction with a double shield TBM and currently about 8.7 km of the tunnel has been excavated/lined. This paper will offer an overview of the project, concentrating on the TBM operation and will review the results of field performance of the machine. In addition to analysis of the available data including geological and geotechnical information and machine operational parameters, actual penetration and advance rates will be compared to the estimated machine performance using prediction models, such as CSM, NTNU and Q_TBM. Also, results of analysis to correlate TBM performance parameters to rock mass characteristics will be discussed. This involves statistical analysis of the available data to develop new empirical methods. The preliminary results of this study revealed that the available prediction models need some corrections or modifications to produce a more accurate prediction in geological conditions of this particular project.     

A comparative study of different machine learning algorithms in predicting EPB shield behaviour: a case study at the Xi’an metro,China

Acta Geotechnica - Complex geological conditions and/or inappropriate shield tunnel boring machine (TBM) operation can significantly degrade both the excavation and safety of tunnel construction....     

地层适应性盾构模型试验设计方法初探

盾构法施工已经广泛应用于城市地铁隧道、越江通道和地下管道等工程施工中,但是与不断改进的隧道施工技术相比,现有的盾构机设计理论尚不具有很好的地层适应性。为了改进盾构地层适应性设计理论和方法,有必要开展土体－盾构系统的基础试验研究。在此过程中,不可能将全部参数方案都作成样机一一通过现场对比试验来选定,这就需要利用模型试验来预测实物的性能。为此,需要建立模型试验的条件和被预测的实物所处的条件之间的某种关系,相似理论正是起到一种联系桥梁的作用。根据相似理论和模型试验方法,建立了土体-盾构机器之间的相似系统,并针对上海地区特定的软土地层,进行了相似模型试验方法的设计,即利用直径400 mm模型盾构机来模拟直径为6 340 mm原型盾构机,通过在人工配制的模型土壤中进行模拟掘进,记录下试验过程中盾构机及土体变形的有关试验参数,并据此形成盾构机的工作参数和地层物理力学特性之间的地层适应性理论。     

江底盾构隧道施工期外水压分布规律的现场试验研究

重庆主城排水过江盾构隧道工程是国家重点环保工程之一,也是目前长江上最大的岩质盾构隧道。隧道采用泥水盾构机施工,其主体结构在施工期及运营期将承受0.6 MPa的高水压。研究高外水压力对隧道的影响具有重要意义,结合隧址区的地形地质及水文条件对施工期作用在盾构主体结构上的水压力进行了现场跟踪测试,探求施工期外水压力的分布规律,为盾构隧道的掘进控制提供参数,并为类似工程提供有益参考。     

南京地铁区间盾构隧道"下穿"玄武湖公路隧道施工的关键技术研究

针对南京地铁区间盾构隧道“下穿”玄武湖公路隧道的超近接施工力学行为,进行了三维有限元数值模拟研究。研究结果表明,对于玄武湖隧道这种“卸荷”型地下建筑物,在其下方修筑盾构隧道时不宜采用“加大推进力-快速通过”盾构施工模式。相反地,在距玄武湖隧道不低于6m处,为盾构机推进力量值切换点,应降低推进力-放慢掘进速度,并对玄武湖隧道底板进行监测,以保证超近接结构物的安全。     

土压平衡盾构施工的顶进推力模型试验研究

在盾构的掘削过程中,千斤顶顶进推力是一个重要的施工参数,它不仅决定着施工速度,而且还影响着刀盘的切削扭矩、转动速度等其他参量。但是,目前对千斤顶顶进推力的变化规律,尤其是土体与盾壳之间摩擦阻力的研究还不够深入。以上海地区粉砂地层为参照原型,借助于模型试验方法,通过对盾构机工作参数和地层特性参数进行不同的组合试验,研究了土压平衡盾构推进过程中顶进推力变化的规律,以及土体与盾壳之间摩擦作用的机理及其影响因素。在此基础上推导了盾构千斤顶顶进推力的计算公式。     

富含生物成因气体地层盾构掘进克泥效的密封阻隔效应研究

富含生物成因气体地层盾构隧道施工风险高,气体极易通过开挖舱、泥浆管、盾尾间隙和管片节间渗入盾构和隧道内部,引发燃爆事故威胁施工安全。为了密封阻隔生物成因气体的泄漏通道,克泥效被用于填充中盾和洞壁之间的开挖间隙。本研究针对盾构掘进过程中生物成因气体的密封阻隔问题,提出了一种克泥效密封阻隔生物成因气体试验装置与方法,研究了克泥效注入厚度与气体击穿时间的相关关系,揭示了生物成因气体在克泥效中的渗透扩散机制,并依托苏通GIL综合管廊工程验证了克泥效密封阻隔生物成因气体的作用效果。研究结果表明：气体击穿时间随克泥效注入厚度的增加近似线性增长;当克泥效注入厚度为30 mm时,平均击穿时间为51.5 min,超过单环管片拼装所需最长时间50 min,满足苏通GIL综合管廊工程施工需求。现场气体监测结果表明,相较于注入克泥效填充开挖间隙之前,注入克泥效后CH₄和CO浓度均在允许范围内,克泥效有效阻隔了生物成因气体进入盾构隧道内部。相关研究结果可为类似工程地质条件下生物成因气体防治提供理论依据和技术支撑。     

福州地铁1号线工程特性及地质风险研究

福州地铁1号线全线为地下建设,地铁路线主体车站与区间隧道工程均在巨厚淤泥层、富水砂层和花岗岩残积土层等地层中施工,通过研究福州地区特有的工程地质、水文地质等条件综合分析,认为盾构机在软硬不均地层、孤石地层,断裂带、富水砂层中穿越是隧道施工的主要风险源。根据地层的不同工程特性分析了在施工中可能引发的风险事故,同时提出了与之对应的风险措施。     

基于功效系数法和地应力场反演的深埋长大隧道岩爆预测研究

岩爆是深埋长大隧道面临的主要地质灾害之一,其“孕育-发生-发展”全过程异常复杂,使其成为地下工程中的世界性难题。准确反映地应力变化规律以及区域内地质构造影响,结合实测资料进行岩爆分级预测,对保障隧道前期勘察设计及后期安全施工具有重要意义。根据隧道工程地质资料,通过COMSOL Multiphysics和Rhino建立三维数值计算模型,反演分析得到整个区域的初始地应力场。在综合分析影响岩爆关键因素的基础上,从“储能性-倾向性-突发性”研究角度,选取岩石单轴抗压强度与围岩洞壁最大主应力比(σ_c/σ_max)、围岩洞壁最大切向应力与岩石单轴抗压强度比(σ_θ/σ_c)、岩石强度脆性系数(σ_c/σ_t)及岩石弹性能指数(W_et)作为评价指标。采用熵权法确定指标权重,运用功效系数法加权计算总功效系数值,构建了一种基于功效系数法和地应力场反演的深埋长大隧道岩爆预测模型,并将其应用于川藏铁路桑珠岭隧道。研究结果表明,该模型具有较高的准确性和可靠性,为类似深埋长大隧道岩爆预测提供了一种新的参考。     

一种基于多源数据融合的滑坡地形深度学习识别模型研究

传统高位远程滑坡识别依赖地质专家人工判别,识别效率较低。研究实现一种基于深度学习的滑坡地形自动识别模型,以提高大范围区域潜在滑坡隐患点筛查工作的效率。该模型以目标区域的遥感图像、DEM数据、地质分区、河流水系等地质观测数据为输入,针对不同类型观测数据差异巨大的问题,设计构建特征分支网络,精确提取对应的滑坡特征。对光学影像数据采用深层网络架构提取复杂特征,对海拔、地质构成、河流和断裂带分布等结构化数据采用浅层网络架构提取特征。随后设计特征融合模块,融合两个网络的提取结果获得全面的滑坡灾害特征。模型基于提取的滑坡特征进行滑坡区域语义分割,实现精准的像素级别滑坡地形分类和定位。通过实验验证,该模型对滑坡区域的识别准确率（ACC）达到了0.85,可为滑坡自动识别提供技术支撑。     

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。     

基于机器学习的三维矿产定量预测——以四川拉拉铜矿为例

在大数据蓬勃发展的时代背景下,矿产资源定量预测作为地质大数据的核心部分,其综合分析挖掘多元信息的基本思路与大数据的理念不谋而合。以四川拉拉铜矿为例,开展基于机器学习的三维矿产资源定量预测。通过建立三维地质模型,提取成矿有利信息,构建研究区定量预测模型;基于"立方块预测模型"找矿方法,采用机器学习随机森林算法,计算出研究区成矿概率分布,以此圈定出5个找矿远景区。结果表明,随机森林具有更高的预测准确度与稳定性,且能够对控矿要素重要性做出定量评价。该研究成功地将机器学习应用于三维矿产定量预测,为今后的矿产资源预测评价做出了积极的探索。     

某公路瓦斯隧道综合勘察技术应用

瓦斯赋存位置的确定和瓦斯动态监测是瓦斯隧道勘察的两大关键问题。针对某公路隧道掘进过程中发现的瓦斯气体,采用地质调绘、施工地质预报（物探、地质超前钻探）、瓦斯监测等手段进行综合勘察,研究瓦斯储气构造,分析瓦斯成因,并对该隧道未开挖洞段的围岩瓦斯特征进行了预测预报,提出瓦斯风险段落。研究表明,虽然该隧道具有充分的瓦斯形成地质背景,但瓦斯赋存特点是分散型、浓度低、储量低;瓦斯通过单斜构造中的岩石裂隙、孔隙富集运移,分析认为,该地区不具备大量瓦斯生成的地质构造条件。综合勘察技术的应用有助于提高预报精度,为保证隧道施工安全提供了可靠的地质依据,对类似隧道工程建设具有一定的指导作用。     

佛山地铁塌陷InSAR时序监测及机理分析

2018年2月7日,位于广东省佛山市禅城区的地铁2号线在盾构施工中发生塌陷事故,造成11人死亡、1人失踪、8人受伤,直接经济损失超过5000万元。为深入分析此次事故成因,本文基于自2017年3月~2019年1月期间的56景Sentinel-1A数据,利用SBAS-InSAR技术获取了研究区的时空形变信息。结果发现塌陷区及其附近区域在监测期间存在持续的地面沉降,形变速率达到30 mm·a-1以上。通过对事发地的实地调查和形变特征分析,并结合当地地质资料推测了塌陷形成的机理:供水管道下方的软土存在不均匀沉降,使水管产生裂缝导致管道内水外渗,进而致使还未达到胶装凝固点的管片产生裂缝,最终引起隧道和地面坍塌。研究结果可以为今后盾构施工中塌陷的监测和预警工作提供理论依据。     

土压平衡盾构掘进参数关系及其对地层位移影响的试验研究

土压平衡盾构机施工过程中,正确地选择掘进参数可以有效地保持开挖面稳定、减少土体位移和地面沉降。通过对杭州地铁1号线盾构隧道施工进行现场监测,研究了盾构机参数关系及其对地层位移的影响。监测内容包括：地表沉降、土体侧向位移、超孔隙水压力以及记录盾构机实时工作参数。研究结果表明,盾构机总推力、土舱压力和刀盘扭矩变化基本同步;盾构机到达前,地表沉降主要受出土率的影响,施工沉降与盾构机土舱内外压力差值成反比;盾尾通过测点后0.5～1 d时间,超孔隙水压力快速下降,且在盾尾通过10 d左右完全消散;工后沉降分为加速沉降阶段和缓慢沉降阶段,占总沉降的 50% 以上,且在孔压计超孔隙水压力消散后继续缓慢发展。     

基于数据科学的矿产资源定量预测的理论与方法探索

矿产资源预测已从定性走向了定量,从数据稀疏型走向了数据密集型,亟须数据科学支撑.本文在前人研究基础上,讨论了基于数据科学的矿产资源定量预测理论与方法,该方法的理论基础为相关性理论与异常理论,前者采用监督的机器学习方法挖掘地质找矿大数据与矿床的相关性为预测未发现矿床提供了理论基础;后者采用非监督的机器学习方法识别地质找矿...     

Analysis and Prediction of Long-Term Settlement of Metro Shield Tunnel in Saturated Sand

Based on the existing monitoring data, this paper uses the matured data method to analyze, predict the long-term settlement of the subway shield tunnel, and comprehensively analyzes the long-term settlement of the subway shield tunnel in the saturated sand layer of Zhengzhou. Logical curve model, etc. is used to separately predict the long-term settlement of the Zhengzhou metro shield tunnel. Combining the prediction results to summarize the characteristics of the prediction model, a prediction model suitable for the long-term settlement of the subway shield tunnel in the sandy soil area represented by Zhengzhou is obtained, which can be used for the operation of the Zhengzhou subway tunnel. Management and similar engineering projects provide a certain reference basis.