富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术

为了解隧道下穿富水强风化砂岩地层施工对既有铁路的影响，依托某电缆隧道下穿广深铁路工程，通过理论分析、数值模拟与现场监测开展了相关研究，并分析了具体施工措施对隧道及地表变形控制的影响。结果表明：当不考虑地表列车荷载和地层富水时，开挖及顶进力为地表沉降、隧道变形的主要影响因素；当单独考虑列车荷载或地层富水弱化作用时，列车荷载会使得下穿段地表沉降和隧道拱顶沉降增大，而地层富水弱化对隧道进出口段沉降及下穿段底部隆起影响较大；当同时考虑列车荷载和地层富水时，隧道拱顶沉降及下穿段路基沉降均会大幅增加。对比分析现场监测、Peck公式预测和数值模拟计算结果，可知数值模拟结果与不考虑地层富水弱化时的Peck公式预测结果十分吻合，但由于其未考虑加固止水措施地表沉降大于现场监测结果。电缆隧道下穿广深铁路现场施工严格执行现场监测和变形控制措施，将地表沉降值和隧道拱顶沉降值分别控制在6 mm和10 mm之内，隧道底部隆起控制在5 mm以下，保障了项目的顺利实施与列车的运行安全，可为同类型工程提供一定的经验参考。     

径向基神经网络在地铁沉降预测当中的应用

利用径向基神经网络构建起前N期沉降量与N+1沉降量之间存在的非线性关系,从而实现径向基神经网络对地铁隧道施工上方地面沉降量预测的功能。利用成都地铁7号线某盾构区间地面的沉降监测数据建立RBF预测模型并且与BP预测模型进行对比。仿真实验结果表明,RBF预测模型预测结果的平均误差率、误差中误差、迭代次数均小于BP神经网络,说明了RBF神经网络在地铁沉降预测分析中的有效性、优越性。     

小净距2扩4隧道变形规律的BP小波神经预测

以泉厦高速扩建工程大帽山隧道为例,通过周边位移和拱顶沉降的监测数据对小净距扩挖隧道的围岩变形规律进行分析.研究表明:小净距2扩4隧道具有和其他隧道不同的变形规律.在此基础上将小波函数引入BP神经网络建立BP小波神经网络模型,对特大断面超小净距隧道2扩4时围岩变形进行预测,并将预测结果与BP神经网络的预测结果进行对比.结果表明:BP小波神经网络模型收敛快、精度高,优于BP神经网络模型,预测的精度达10%以内,满足工程精度要求.     

韩家岭隧道围岩物理力学参数反分析

基于差分法、正交设计和人工神经网络建立了新的隧道围岩物理力学参数反分析方法·按照正交设计要求选取不同物理力学参数,用FLAC差分程序计算得出相应的神经网络分析样本;进行网络训练和网络结构及学习参数优化;利用现场监测数据,对韩家岭隧道围岩物理力学参数进行神经网络反分析,分析结果满足精度要求·     

爆破损伤效应对浅埋隧道稳定性的影响

基于损伤效应,采用有限元软件建立隧道洞口段三维数值模型,并结合现场监测分析考虑与不考虑损伤范围两种情况下麻栗垭隧道洞口段稳定性与安全性.由爆破实验结果得出爆破损伤影响范围约为5.0m,通过与现场监测数据对比可知,考虑围岩损伤效应后数值模拟能更准确反映围岩应力、应变分布规律.经检验,工程支护体系具有足够的安全度.考虑损伤效应后的模拟结果与现场监测值更加符合,拱顶沉降和周边收敛误差分别减小了12.1%和32.8%,数值模拟误差明显降低.运用监控量测与数值模拟相互印证的方法可以更准确地分析隧道结构的稳定性,更好地指导施工,从而为麻栗垭隧道及类似地质下的隧道设计和施工提供理论依据.     

隧道下穿高速公路路基沉降规律

为研究隧道下穿施工引起的既有高速公路路基沉降情况,取工程原状土试样进行隧道围岩抗剪强度三轴试验研究,并通过建立隧道埋深为11.25 m、8 m和15 m的Ansys有限元分析模型,数值模拟计算通过台阶法开挖至6m、12 m、18 m、24 m、30 m、36 m的竖向位移,并与现场监测结果进行数据比对分析.结果表明:隧道围岩抗剪强度较小,抗剪强度值随围压变化较大;数值模拟沉降曲线趋势基本符合现场监测数据,模拟沉降值比现场监测沉降值小10%~20%;隧道开挖初始阶段会对周围土体造成较大扰动;通过增大隧道埋深可以有效减小不均匀沉降对路基的破坏,但应注意增加隧道埋深对沉降范围的扩大作用.     

基于BP神经网络的杭州紫之隧道最大地表沉降预测

杭州紫之隧道浅埋暗挖北段处于地下水丰富的软弱地层中,施工过程中产生的地表沉降量难以控制,波动范围较大.为了准确评估施工风险,采用BP神经网络对最大地表沉降进行预测.首先对地表沉降的影响因素进行选取和量化,构成样本数据组.然后通过试错法,建立预测精度最高的一般BP神经网络和遗传算法优化的BP神经网络模型,研究发现BP神经网络在预测地表沉降方面效果较好,且使用遗传算法可以进一步提升预测精度.接着探讨了地层渗透性对BP神经网络预测精度的影响,研究发现不考虑地层渗透性会使预测精度大幅下降.最后对BP神经网络模型参数进行了敏感性分析,揭示了预测沉降的变化趋势符合客观变形机理.     

基于修正西原模型与Lade-Duncan准则的隧道围岩蠕变效应研究

为探究软岩隧道围岩变形的蠕变时效性,采用非定常黏滞体对西原模型进行修正。基于Lade-Duncan准则,分析了围岩黏弹性和塑性阶段隧道围岩变形过程,推导得到了隧道围岩黏弹塑性解。以某高速公路隧道为工程研究对象,计算了蠕变时效过程的围岩位移值;并通过现场拱顶沉降监测的方法,实测了隧道围岩的蠕变变形,通过对比理论计算值与现场实测值,验证了理论计算的准确性。理论计算显示,当t=0时,隧道围岩将发生蠕变现象,此时围岩位移值为17.890 mm;当t为常数时,围岩位移随着时间的变化逐渐增大;当t=∞时围岩发生充分蠕变,围岩位移达到极值为26.451 mm。现场监测结果显示,围岩变形第一次稳定拱顶累计变形为19.1 mm,此后进入蠕变阶段,达到第二次稳定拱顶累计变形为29.3 mm。初始蠕变变形的理论计算与实际监测结果之间的误差为6.76%,最终蠕变变形的理论计算与实际监测结果之间的误差为10.77%,两者误差较小,反映了理论计算具有较高的准确度。在理论层面,考虑蠕变效应后围岩变形增加了47.85%;在实际层面,考虑蠕变效应后围岩变形增加了53.4%,皆反映了蠕变效应举足轻重的作用。由此可见,对于软岩隧道在进行支护设计时,必须考虑蠕变效应,避免因后期围岩蠕变效应导致初支失效进而影响隧道的整体稳定性。     

大断面黄土隧道围岩纵向位移及预留沉降量研究

以采用三台阶七步法施工的宝兰客运专线黄土隧道为背景,通过现场监测结果和理论计算结果具体分析,研究了大断面黄土隧道围岩纵向位移及预留沉降量。监测数据表明:隧道围岩压力分布对称而不均匀,拱顶最小,拱腰最大;隧道围岩纵向位移中拱顶沉降位移远远大于水平收敛位移。理论研究结果表明:黄土垂直节理发育和塑性区存在对隧道围岩纵向位移有一定影响;对比分析了学者们在纵向位移方面已取得的研究结果;得出了大断面黄土隧道围岩纵向位移的变化曲线(Loess曲线);推出了黄土隧道围岩的预留沉降量计算公式。研究结果对今后大断面黄土隧道的设计与施工具有一定的参考价值。     

隧道围岩特性参数反分析与数值模拟

为确定合理的隧道围岩应力场和参数,采用位移反分析法进行分析.结合现场监测数据和FLAC3D有限元软件进行反演分析和围岩变形数值模拟.研究结果表明:运用FLAC3D仿真模拟开挖,隧道拱顶是危险点,开挖之后拱顶上部围岩下沉值较大;通过现场实际监测拱顶点的位移分析可知,当从第六天之后围岩趋于稳定下沉值22 mm,回归分析确定了拱顶下沉值随时间的变化指数曲线关系;根据位移反分析确定围岩弹性模量为2.5 GPa适合该工程条件,围岩其他参数也可按照该方法进行确定.     

灰色Verhulst模型在隧道拱顶沉降预测中的应用

隧道施工中,受各种不确定因素的影响,隧道围岩变形特征极其复杂。因而必须通过对现场监测数据的处理和分析,及时了解围岩动态,确定合理的支护时间。对围岩变形监测数据的处理有很多方法,但是由于数据本身的贫乏性、不确定性,对以后的预测很难达到理想的效果。灰色系统理论特有的处理“小样本、贫信息、不确定“问题的特点使得其在这个领域应用具有一定的优势。本文以某高速公路隧道为例,通过引入灰色系统理论,利用Verhulst模型对拱顶沉降量进行了预测,为类似工程提供了参考和借鉴。     

超大断面隧道双侧壁导坑法开挖步序优化

重庆市轨道交通5号线1期3标段为富水浅埋扁平超大断面隧道工程,采用9步双侧壁导坑法中的对称开挖步序施工。应用MIDAS-GTS软件建立隧道三维有限元模型,计算了3种不同开挖步序条件下地表沉降、围岩变形和支护结构受力情况,并将计算结果与现场监测数据进行了对比验证。验证结果表明:扁平超大断面隧道拱顶区域受力作用面较大,拱顶区域围岩及喷混支护应力较大,拱顶稳定性较低,拱脚应力集中。施工阶段隧道结构对横向变形较为敏感,3种开挖步序拱脚水平收敛值曲线随施工步序呈现多台阶变化;中隔墙核心土拆除时,水平收敛值及拱顶沉降值曲线出现突变,该阶段应增大监测频率。对3种施工步序进行了数值模拟,提出了本工程地质条件下大跨扁平隧道施工的合理步序。     

基于现场监测和数值模拟的隧道初期支护效果分析

以沙子塘隧道出口偏压段为依托,采取现场监测及数值计算等技术手段,详细分析典型监测断面围岩与支护结构相互作用关系。研究过程中对典型断面的围岩变形、钢支撑压力、锚杆轴力进行现场监测,并分析各个监测点的受力变形特征,并对围岩-支护结构作用关系进行评价。同时,为了进一步验证数据结果的准确性,采用数值计算手段分析监测断面的结构受力变形特征,并与监测数据对比分析,验证监测数据的准确性。研究表明,合理的应用监测及数值计算能够指导隧道现场施工,有效地提前预测施工可能遇到的风险,为控制隧道施工期围岩变形及支护技术提出一定的参考建议。研究成果对偏压隧道在洞口附近的监测方法及衬砌设计提供了重要的实践指导和理论支撑,对洞口衬砌支护效果、评价以及后期处治都有很好的借鉴作用。     

改进一维卷积神经网络的隧道围岩收敛变形分级预测

隧道围岩收敛变化是认识围岩和支护结构动态作用及其时空演变机理的前提,变形分级准确预测是对围岩稳定性和支护结构有效性评估的重要基础.本文提出了改进一维卷积和支持向量机融合深度网络的隧道收敛变形分级预报模型.根据围岩变形的主要影响因素和特征类型,选取强度应力比、隧道埋深、隧道等效直径、支护刚度和岩体质量指标,建立了变形等级的识别框架.收集了159组国内外经典的隧道收敛变形实例数据,采用全局均值池化层和支持向量机改进传统卷积神经网络中全连接层和Softmax层进行等级分类,利用改进的一维卷积神经网络自动提取隧道变形的隐含典型特征.运用衰减学习率和Dropout正则化深度学习训练技巧,防止模型出现过拟合.与其他方法的结果对比,证明了该方法有着更好的准确率和鲁棒性,模型完全利用数据驱动实现有限数据集的深层复杂且微妙关系学习.应用于多雄拉公路隧道的围岩收敛变形分级预测,预测结果与现场实际一致,进一步验证了方法的准确性和适用性.研究结果有利于提高隧道收敛变形预测的理论水平和可靠性,为类似工程提供参考.     

BP神经网络与离散GM(1,1)模型在拓宽路堤沉降预测中的应用

目前,对于拓宽路堤沉降趋势和稳定性的研究很少﹒为了探究拓宽路堤的沉降变化趋势和沉降规律预测,以益阳市梅林路K0+460～K0+600为基础,运用BP神经网络与离散GM(1, 1)模型对拓宽路堤进行沉降预测,并结合已有监测数据,对比分析2种方法的优劣﹒结果表明:离散GM(1, 1)模型能对已有数据进行拟合,输出预测值与实际监测结果相近;BP神经网络模型预测值相对离散GM(1, 1)模型更加接近实际监测结果,但需要对阈值与权重进行多次调试﹒2种方法沉降预测值均与实际监测值相近,均能有效预测拓宽路堤沉降﹒     

隧道围岩应力时序的神经网络预测模型

围岩应力是影响隧道稳定性的根本因素,掌握隧道围岩应力的变化发展趋势,是准确判断隧道稳定性的前提.针对隧道围岩应力变化难以准确预测的问题,作者在分析了隧道围岩应力变化规律和主要影响因素的基础上,采用BP神经网络建立了隧道围岩应力时序的神经网络预测模型.模型在綦万高速公路观音岩隧道施工中成功应用,结果表明采用神经网络预测隧道围岩应力时序是可行的,其使用简便,预测准确.     

基于神经网络模型的采场巷道收敛预测研究

根据余化寺矿的生产实际情况，分析影响巷道围岩收敛的主要因素，利用神经网络的非线性、学习和记忆等功能，建立了针对采场巷道收敛的神经网络预测模型、通过对采场巷道围岩收敛的现场监测，采用训练样本训练网络模型，并用检验样本对模型进行检验，预测模型性能好，预测精度高。     

松散堆积体隧道围岩空间位移特征分析

为研究松散堆积体隧道施工引起围岩空间位移的变化,采用弹塑性非线性有限元法对隧道开挖过程进行仿真模拟,将空间位移分为地表沉降、周边围岩位移和掌子面挤出变形3部分进行分析,并与既有理论和现场测试数据进行对比。数值计算结果表明:隧道开挖引起的围岩变形具有明显的三维特性,掌子面前后方影响范围均约为20m,横向沉降槽呈明显的"深沟"形,沉降槽宽度较小,与塞形曲线拟合度最高;周边围岩拱部下沉和隧底隆起范围与量值均较大,水平收敛较小,下台阶支护封闭成环后变形趋于稳定;上台阶掌子面挤出变形呈中间大、周围小的"圆形放射状",下台阶掌子面挤出变形总体较小;与现场测试值相比,拱顶下沉和净空收敛偏大,地表沉降两者基本一致。     

高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响：以玉龙雪山隧道工程为例

为研究高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响,依托玉龙雪山隧道工程,基于现场长期监测数据,结合有限差分程序FLAC3D建立数值分析模型,研究超前平导对主洞围岩应力、围岩位移和塑性区分布的影响,明确主洞与平导间最优间距。研究结果表明:主洞开挖过程中,当掌子面与监测面距离为3.63倍主洞洞宽时,监测面拱顶沉降、上收敛、中收敛和下收敛值占最终变形值的80%以上,围岩变形稳定后上收敛值和中收敛值均大于拱顶沉降;平导超前开挖可有效改善主洞围岩应力环境,主洞与平导间距较大时,围岩应力改善效果不佳,随着二者间距逐渐减小,围岩应力改善效果逐渐增强,但主洞与平导间距过小时,二者开挖产生的塑性区会贯通,综合考虑,确定主洞与导洞最优间距为3.5倍导洞宽度;主洞拱顶沉降值和拱底隆起值随着主洞与平导间距的减小而增大,左右拱腰水平位移值随着主洞与平导间距的减小先减小后增大,当二者间距由5.0D减小至3.0D时,拱顶沉降值和拱底隆起值分别从-0.598m和0.426m增加至-0.679m和0.514m。     

公路偏压隧道施工监控量测与模拟分析

对广梧高速公路石牙山隧道出口端施工过程现场监测数据以及有限元分析结果进行对比研究,得出了在偏压作用下隧道施工过程中围岩位移的变化规律.阐述了现场监控量测与有限元仿真模拟相结合的方法对实现隧道信息化施工的重要性.