考虑邻近土洞影响的盾构掘进速度控制

盾构机穿越邻近土洞区域是在岩溶区修建的地铁隧道常常遇到的问题,为降低盾构掘进对土洞的扰动,以防止盾构突陷、偏离轴线或发生地面塌陷,需对穿越时盾构的掘进参数进行优化控制。针对当前主要根据经验选取掘进参数的不足,根据弹性力学Mindlin解建立了盾构穿越邻近土洞的力学模型,在此基础上,以掘进速度为控制变量,以掘进引起土洞顶部能量密度变化为指标函数,提出了穿越时的掘进速度最优控制问题,并利用梯度法进行了数值求解,最后将该方法运用于广州地铁九号线花-马区间盾构穿越邻近土洞问题的分析中。结果表明:该模型能有效反映盾构掘进时正面推力对土洞顶部的扰动;在该模型上建立的掘进速度最优控制问题,能对掘进速度的控制策略进行优化,优化结果与工程经验相符,具有一定工程应用价值。     

基于层次分析法的黄土滑塌风险评价指标权重分析

层次分析法(AHP)具有定性判断和定量计算相结合的优点,在指标权重的分析中有着广泛应用。本文采用层次分析法的基本原理和算法,在已有的黄土滑塌灾害风险评价指标体系的基础上,建立危险性递阶层次模型和危害性递阶层次模型,通过两两比较矩阵计算各分层指标权重,再通过合成权重计算得到各指标的最终权重,并在各次权重计算时都进行了一致性检验,检验结果表明一致性良好。黄土滑塌危险性的22个指标权重分别为:粘粒含量0.12、历史滑塌0.05、现今变形0.11、沟谷地貌0.01、沟间地貌0.004、黄土洞穴0.03、坡型0.04、坡度0.10、坡高0.02、地层结构0.01、接触面产状0.01、土体结构0.02、地下水结构0.05、泉流量0.07、开挖高度0.02、削坡措施0.03、防水措施0.03、支挡措施0.03、灌溉影响0.01、滑塌规模0.08、运动速度0.08、承灾体距离0.08;危害性的15个指标权重分别为:住宅人口0.128、办公生产人口0.256、行人流量0.074、乘客流量0.074、高层建筑0.025、多层建筑0.012、普通民房0.005、窑洞0.002、高速公路0.039、等级公路0.008、铁路0.023、管线0.013、其他承灾体0.030、人员易损性0.206、财产易损性0.103。将计算结果应用于一个斜坡实例,其危险性得分为4.80分,危害性得分为3.24分,风险评价结果为高风险。     

基于C-V-T模型的盾构穿越既有桥梁施工风险评估

由于城市轨道交通建设逐年增多,新建隧道与既有桥梁间冲突愈发明显。针对盾构隧道穿越既有桥梁施工风险问题,基于系统思想引入C-V-T模型将待评工程风险划为后果严重性（C）、既有桥梁系统脆弱性（V）与新建隧道系统威胁性（T）,构建致灾-承灾-灾后三系统风险评估流程。引入双因素突变理论并建立三级指标体系,得出既有桥梁突变级数,以定量表达脆弱性。采用交互矩阵衡量新建隧道指标间交叉影响,给出指标-系统权法,并利用多维云及正向发生器优化算法,客观表达多定量指标与定性概念间复杂映射关系及转换态势,以提升T值准确性。明确了后果严重性分级标准,给出三系统风险评估结果耦合方法,由此构建盾构穿越既有桥梁施工风险综合评估模型。将该模型应用于昆明地铁5号线穿越怡心桥工程风险评估中,评估结果与工程实际情况吻合,施工监测数据验证了评估模型的合理性、规范性与适用性。该研究成果有效保证了施工期间桥梁安全与正常使用,可为近似工程提供借鉴与参考。     

矿山地质灾害危险性评价

矿山地质灾害危险性评价的影响因素较多,又多具不确定性和模糊性。目前对矿山地质灾害危险性评价主要采用定性的专家打分法,具有一定的主观性。基于以上考虑,在分析矿山地质灾害形成影响因素的基础上,应用模糊层次分析法(FAHP)量化了各评价因素的权重,并将该权重引入模糊综合评价,建立了基于FAHP的模糊综合评价的矿山地质灾害危险性评价数学模型。并应用此方法对陕北某矿区的地质灾害危险性进行了评价,评价结果与实际调查结果比较吻合。     

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。     

双圆盾构掘进施工扰动土体附加应力分析

应用弹性力学Mindlin解建立了双圆盾构掘进引起土体附加应力积分表达式。运用复化Gauss-Legendre数值积分公 式,定量分析了双圆盾构正面推力、盾构与土体侧摩阻力对土体扰动的程度及范围。分析表明,双圆盾构掘进对土体扰动具有区域性特征,盾构机上部表现为背土挤土,侧面则表现为挤压剪切效应,并且侧摩阻力对土体的扰动程度更大。所得结论对于双圆盾构穿越临近地下管线或建筑物桩基的施工提供理论依据。     

大口径深层曝气井地下竖井构筑物施工风险管理

深层曝气井地下竖井构筑物的施工风险与拟建场地工程地质勘察、成孔钻进、外管下放、管外回填固化等环节风险相关。利用层次分析-模糊评判方法把深层曝气井地下竖井构筑物施工风险表示为有序的递阶层次结构,通过确定各施工环节的风险权重,对施工环节的风险进行排序,确定各施工环节的风险程度。把层次分析的量化结果与模糊数学中的综合评判方法结合起来,对深层曝气井地下竖井构筑物施工进行全面的风险评价、管理。     

盾构隧道施工对临近桥桩影响数值及现场监测研究

随着城市内地铁盾构区间隧道临近城市道路桥桩工程的增多,急需研究盾构隧道临近桥桩施工对桥桩的变形影响问题。采用有限元数值计算方法,结合盾构隧道穿越桥桩实际工程,建立了盾构隧道施工对临近桥桩影响的数值分析模型,模拟盾构隧道施工,对盾构隧道穿越临近桥桩的桩体沉降、桩体侧移、地表沉降进行了数值分析研究,盾构隧道穿越时及穿越后桩体沉降、桩体侧移、地表沉降控制结果较为理想,桩体处于稳定状态。结合现场监测成果,对数值计算结果和监测结果进行对比分析,表明采用的数值分析计算模型、参数取值对盾构隧道施工对临近桥桩影响的模拟是可靠的,可以运用文中的数值计算方法预测后续盾构隧道施工引起临近桥桩沉降、桩体侧移和地表沉降结果。     

层次分析法在校园火灾危险性分析中的应用

采用定性与定量相结合的层次分析法对校园火灾危险性进行分析,将校园按场所功能不同划分为宿舍区、教学办公区、实验区、公共活动区（体育场,食堂,礼堂）、图书馆,然后以人口密度、财产密度、易燃易爆物、火源情况、人员素质、疏散和救援为火灾危险性评价因子,建立了校园火灾危险性分析的递阶层次结构模型,再根据Delphi专家调查法,建立各层次的判断矩阵,通过计算得出各分区的总权重值并进行排序,即各分区火灾危险性,从而有重点地进行校园火灾预防和安全管理工作。     

新建盾构隧道上穿对既有隧道的变形影响分析

针对上海地铁11号线上、下穿越既有地铁4号线的多线叠交复杂工况,构建三维弹塑性有限元模型,研究在不同净距、不同土仓压力、不同注浆量下新建隧道盾构穿越对既有隧道管片变形的影响。根据模拟结果和实测数据,结合因素正交分析,提出多线叠交隧道施工影响系数的概念。研究结果表明,在新建隧道穿越既有隧道的过程中,新旧隧道之间的净距在影响系数中所占权重最大,土仓压力次之,注浆量权重较小。研究成果可为多线叠交盾构隧道施工微扰动控制技术以及隧道变形计算提供一定的理论基础。     

盾构近距离穿越施工对已运营隧道的扰动影响分析

基于盾构施工对周围土体及构筑物的扰动影响机理,通过实测数据对盾构近距离穿越扰动影响问题进行了定量分析,并讨论了运营隧道对各盾构施工参数的敏感性.研究结果表明盾构穿越对已建地铁隧道的扰动影响主要以隧道的竖向位移为主.随着盾构推进,隧道结构纵向上呈波浪状,其隆起峰值不断沿推进方向移动.盾尾后隧道段受盾构穿越的影响显著,但隆起峰值始终位于盾尾后.     

基于模糊综合评判的护盾式TBM施工围岩稳定性分类

针对传统分类方法难以对围岩稳定性进行评价的问题,以护盾式全断面隧掘进机（TBM）施工隧洞的围岩稳定性评价为目标,在研究护盾式TBM施工特点的基础上,参照国内、外常用的围岩分类方法,选择了岩石的回弹值、刀盘推力、刀盘扭矩、片状岩渣含量、地下水渗流量和最大主应力与洞轴线的夹角作为围岩稳定性评判因素。采用模糊综合评判方法,建立围岩稳定性多因素评判模型,通过确定评判因素的权重向量选取隶属函数,进而对围岩稳定性进行定量评判,并将之应用到某工程双护盾TBM施工的围岩稳定性评判中。结果表明：序号1、2、3和4洞段对应的较稳定、较稳定、局部稳定性差和不稳定的最大隶属度分别为0.494、0.403、0.388、0.442,分别对应Ⅱ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ类围岩;模糊综合评判方法合理,评判结果较为可靠。研究成果对护盾式TBM施工的围岩稳定性评价、围岩分类及支护方式选择等具有参考价值。     

Geotechnical influence on existing subway tunnels induced by multiline tunneling in Shanghai soft soil

Multiline tunneling construction in soft soil significantly impedes risk control and environmental protection. Current research has investigated on the effect of single-line shield excavation on surrounding environments and tunneling for parallel-crossing or perpendicular down-crossing underground structures. However, minimal attention has been given to soil disturbances induced by multiline tunneling and complex overlapped interaction mechanics for adjacent structures, such as existing above-crossing and down-crossing subway tunnels. Few studies focus on oblique crossing construction and setting rules for the operation parameters of shield machines. Based on the Shanghai Railway transportation project and in situ monitoring data, the deformation analyses of existing subway tunnels induced by an earth pressure balance (EPB) shield during the process of above-overlapped and down-overlapped crossing tunnels with oblique angles are presented. The deformation analyses employ the three-dimensional finite element (3D FE) numerical simulation method, and the simplified analytical method. The analysis results from the theoretical methods are consistent with the monitoring data. The setting rules of multiline propulsion main parameters, including the earth pressure for cutting open, and the synchronized grouting, are also established. This study may provide a theoretical basis for the development of properly overlapped crossing schemes and geotechnical protective measures during multiline tunneling construction in soft soil.     

浅埋隧道塌方地质灾害成因及风险控制

塌方是浅埋隧道施工过程中的主要地质灾害之一,利用风险动态评估模型及风险规避方法进行实时控制是确保隧道施工安全的有效途径。首先,采用洞内外相结合的地质调查方法,分析隧址区地质特征及塌方灾害风险诱因,并建立浅埋隧道塌方风险模糊层次评价模型,进行基于孕险环境的静态风险评估;其次,根据隧道施工过程中揭露的动态信息,对孕险环境进行动态修正,并汲取大气降水、开挖支护措施及监控量测等施工信息,进行隧道施工过程中的动态风险评估;最后,基于动态评估结果提出了风险规避方法,通过对施工方案的审核和优化,达到逐渐降低隧道施工风险、规避地质灾害的目的。该方法成功应用于宜巴高速公路段家屋隧道施工过程中,有效地规避了塌方地质灾害的发生,可为同类工程所借鉴。     

大坡度并小半径曲线盾构连续穿越建筑群沉降施工控制

以天津地铁三号线水上北路站一吴家窑站盾构区间左线施工为背景,针对盾构施工区间遇到的大坡度并小半径曲线且连续穿越建（构）筑群盾构施工的综合难题,利用施工过程中积累的各种数据,采用归纳总结分析和数理统计的方法,分析了地面建筑物沉降与地质、推力、注浆、纠偏等参数的关系,得出了影响建筑物沉降的因素主要为曲线和纠偏时的超挖、推进速度、注浆参数及注浆方法,总结了控制地面建筑物沉降的管理与技术措施。     

贺庄橡胶坝工程建设综合后评价

构建了橡胶坝工程建设综合后评价的指标体系,建立了合理的后评价数学模型,并以贺庄橡胶坝工程建设为实例,应用多目标模糊层次分析法对其进行了综合后评价.该方法将定性指标数量化及各项指标的无量纲化,使定性指标和定量指标有机的结合起来,从而更准确、直观地反映橡胶坝建设项目的成功度,对实际的橡胶坝工程后评价有一定实用价值.     

水平定向钻穿越工程的项目风险评价

随着我国城市化进程的加快,以及大型基础工程建设投入力度的加大,大型的水平定向钻穿越工程项目也越来越多,然而针对这类工程的风险评价却还不多。某大型天然气输气管道工程项目,投资多,风险大,事先进行风险评估十分必要。首先根据项目专家进行项目评估建立指标体系,然后结合模糊综合评价法和层次分析法各自的优点,针对该指标体系及专家所提供的评判数据,建立判断矩阵和隶属度矩阵并运用Matlab编程计算得权向量和隶属度向量,计算得出项目的风险值,得出相应的结论。     

挤压地层双护盾TBM围岩变形及应力场特征研究

为研究挤压地层双护盾隧道掘进机（TBM）作用下围岩变形及应力场特征,采用FLAC3D建立了完整模型,并详细阐述了隧道掘进机（TBM）施工过程中的模拟方法,重点分析了隧洞纵横断面内围岩位移场、应力场、塑性区特征。模拟结果表明,两腰下部范围内的围岩与TBM护盾发生接触并产生挤压,拱顶并未接触;受刀盘与护盾连接处的尺寸高差和前后护盾的锥度影响导致仰拱围岩内出现3次加卸载,仰拱内部环向应力和径向应力均大于拱顶和两腰,而且其主应力方向与径向线斜交,受扰动剧烈,但仰拱下方70°范围内的围岩基本处于弹性状态;横向断面内围岩塑性区自上而下逐渐减小,且距掌子面越远塑性区范围越大,但后盾塑性区范围变化不大。     

盾构近距离下穿引起已建地铁隧道纵向变形理论研究

盾构下穿会引起邻近已建隧道附加应力的变化,使已建隧道产生变形,对已建隧道的结构和运营安全造成一定的影响。基于明德林（Mindlin）解,经数值积分可以计算出盾构产生的刀盘附加推力q、盾壳摩擦力f及同步注浆附加压力p作用下所引起的已建隧道轴线处的附加应力。同时,利用镜像法算出在土体损失作用下已建隧道轴线处的附加应力,再将已建隧道视为温克勒（Winkler）地基梁,应用Winkler地基梁理论即可算出上述4个参数作用下已建隧道的变形,根据盾构穿越的不同工况,将上述参数作用下的变形进行叠加得到已建隧道总变形。通过杭州4号线盾构隧道下穿1号线隧道的工程实例将理论计算结果与实测结果对比分析,证明了该方法的有效性。