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.     

公路隧道Ⅲ级围岩初期支护的可靠性分析

采用有限元法建立模型,分析复杂地质条件的马鞍子梁公路特长隧道。依据岩性和初期支护参数,计算锚杆抗拉力系数、围岩抗压力系数、喷层混凝土受力系数及结构安全系数,结果表明,初期支护的结构可靠度系数为1.19,达到稳定性要求,可获得稳定的整体结构。     

涨壳式预应力中空锚杆锚固效果及其支护参数优化

为探究隧道岩爆地段涨壳式预应力中空锚杆的锚固效果及其支护能力,依托中兰(中卫—兰州)铁路香山隧道工程,利用现场锚固试验,对比分析了涨壳式锚固和其他锚固形式在岩爆隧道中的锚固效果,同时采用有限元数值分析软件MIDAS/GTS NX,分析不同工况下的隧道围岩压力、围岩变形及锚杆轴力对围岩稳定性的影响,进而提出了涨壳式预应力中空锚杆优化后的支护参数,并基于现场实测数据,对涨壳式预应力中空锚杆与普通砂浆锚杆的现场应用效果进行评价。研究结果表明：相对于树脂锚固、水泥药卷以及水泥砂浆锚固形式,涨壳式锚固以其最大的锚固力、支护及时性以及较强的耐久性能,成为本次试验的最优锚固形式,并且能够满足岩爆隧道快速预应力锚固形式施加要求;涨壳式预应力中空锚杆支护参数对围岩稳定性的影响程度从大到小依次为锚杆间距、锚杆长度、预应力、锚杆直径,且直径25 mm、间距1.2 m、施加预应力80 kN、长度3.5 m为香山隧道岩爆段涨壳式预应力中空锚杆支护参数的最优组合;相比于普通砂浆锚杆,现场采用涨壳式预应力中空锚杆后,隧道拱顶沉降和水平收敛S1、S2线变形量减小了57.1%、61.9%和64.4%,收敛时间提前了3～...     

大型隧道锚施工优化及其稳定性分析

针对隧道锚的施工及支护优化问题,根据坝陵河大桥西锚碇隧道锚工程地质条件、工程设计资料、施工方案以及现场试验监测资料等基础资料,进行了位移反分析;通过对隧道锚施工开挖的仿真分析,综合研究了开挖进尺、施工顺序、锚杆预应力水平等因素对隧道锚围岩开挖变形特征和塑性区分布的影响,从而提出了合理的施工开挖方案以及支护措施,并应用于实际工程施工过程中,结合监测成果评价了隧道锚围岩变形稳定性.此项研究可为同类工程提供参考.     

考虑劣化效应与支护时机的深埋软岩隧道变形分析

深埋软岩隧道的围岩变形与其自身参数劣化、流变特性及支护结构施作时机等密切相关.借助建立的深埋软岩圆形隧道复合式衬砌力学模型,在考虑塑性区围岩强度参数(黏聚力、内摩擦角)和刚度参数(弹性模量)的劣化效应后,基于统一强度准则得到了复合式衬砌支护结构各个支护阶段的围岩黏弹塑性解析式.研究结果表明：适当考虑中间主应力及围岩强度参数、刚度参数的劣化效应后,得到的变形量与深埋软岩隧道围岩的实际变形量吻合效果更好;残余黏聚力、残余内摩擦角、残余弹性模量对围岩瞬时变形、后期蠕变变形、二次衬砌支护抗力影响均较大,而且取值越小时围岩变形量与所需二次衬砌支护抗力越大;增加锚杆长度、缩小锚杆间距、增大初支厚度能有效控制围岩瞬时变形和后期蠕变变形;二次衬砌的施作时机对围岩后期蠕变变形影响较大,围岩瞬时变形结束后尽快施作二次衬砌可以有效控制围岩后期蠕变变形.     

隧道横断面精细分区下系统锚杆布设最优组合

在解决工程类比法与现场施工匹配不足的问题上,系统锚杆设计与优化在工程实际中产生分歧与矛盾.为提高隧道初期支护系统锚杆优化精细程度,依托江玉高速香树坳隧道,基于数值模拟对系统锚杆进行分区研究,明晰横断面各区域系统锚杆参数敏感性差异.结果 表明:系统锚杆长度、直径、环向间距、纵向间距为围岩变形的主要影响因素;系统锚杆对围岩变形敏感性排序依次为环向间距、纵向间距、直径和长度;改变系统锚杆参数对围岩应力应变极值影响较大,而对应力应变分布特征影响可忽略;优化系统锚杆参数对其自身受荷特征改善大于其他构件,最大改善效果可达其他构件的3.17倍.研究结果可为同类工程提供参考.     

双层初期支护在超大跨度公路隧道中的应用

双层初期支护在超大跨度公路隧道中的应用效果尚无定论。针对这一现状,本文以杏花村2号隧道为工程背景,对双层初期支护在超大跨度公路隧道Ⅴ级围岩浅埋偏压段中的应用进行研究。结果表明：Ⅴ级围岩浅埋偏压段采用双层初期支护的支护方案进行施工,净空收敛最大值为21.6mm,沉降最大值为22.7mm,沉降最大值远远小于设计预留变形量150mm;杏花村2号隧道采用双层初期支护,有效地控制了隧道初期支护净空收敛和沉降,保证了浅埋偏压段围岩的稳定性。研究结果对超大跨度公路隧道中的支护方案具有一定的参考价值。     

公路隧道围岩松动圈的测定研究

为了研究公路隧道围岩松动圈的分布范围,以西施坡隧道地质资料和施工方案为基础,运用弹塑性理论计算和FLAC3D数值模拟相结合的方法分析公路隧道围岩松动圈的分布范围,并与围岩深部位移量测结果比对,得出西施坡隧道IV级围岩松动圈范围在2.0~3.0 m。分析结果表明,运用弹塑性理论计算、数值模拟分析、围岩内部位移量测相结合的方法可较为准确的测定圆形断面隧道围岩松动圈分布规律,并为公路隧道支护参数的选取提供较好的理论依据。     

注浆锚杆对围岩加固作用机理及应用案例分析

不良地质条件下进行隧道开挖时,隧道围岩原有应力平衡状态遭到破坏,若控制不当,可能会引起隧道大变形等不良现象的发生。为进一步研究注浆锚杆在隧道开挖过程中的支护作用机理,以圆形隧道开挖过程为例,对其围岩塑性变形区域、围岩潜在破裂面等进行了分析计算,同时对锚杆阵列布置、锚杆有效长度等进行了优化设计,推导出了对应的计算公式。结合一个圆形开挖隧道的锚杆布设方式实例,考虑三种锚杆加固方案,对理论研究成果进行了验证,研究结果表明：(1)隧道围岩的拉应力会通过注浆锚杆向周围进行转移,以增强其开挖隧道围岩的抗压强度和弹性模量;(2)提高隧道围岩的抗压强度、弹性模量,可以有效地降低隧道的土压力和沿径向的变形,且可提高隧道开挖效率;(3)注浆锚杆对围岩的加固作用,受到锚杆材质、长度、抗拉强度、直径以及布设方式等多种因素的影响。     

隧道洞壁剪应力分布特征及影响因素分析

以隧道围岩位移为参量,推导出仅由围岩变形而产生的隧道洞壁剪应力计算公式.根据隧道洞壁剪应力计算公式可知,影响隧道洞壁剪应力分布的因素有隧道洞壁的部位、围岩弹性模量、隧道半径、锚杆间距、初始地应力因素.本文详细分析了隧道洞壁剪应力的分布特征以及这5个因素对隧道洞壁剪应力分布的影响程度,为隧道的支护设计提供了参考.     

基于熵权-改进灰色关联模型的公路隧道塌方风险评估

为确定公路隧道施工过程中塌方风险等级,选取工程地质等4项一级指标,围岩级别等12项二级指标,建立熵权-改进灰色关联的公路隧道塌方风险评价模型。采用熵权法计算评价指标权重;采用改进灰色关联法确定各段隧道与隧道塌方各风险等级的关联度,并与所求得的权重相结合确定最终的风险等级,并将结果与工程实例相印证。结果表明：公路隧道塌方的12项风险因素中,年均降水量、隧道跨度、围岩级别、隧道埋深对隧道塌方影响较大;采用本文模型对四段隧道进行评价,评价结果均与实际相符。可见该评价模型为在建隧道施工塌方风险等级的确定与预防提供了科学而有效的依据。     

基于深度学习的东天山特长隧道围岩等级预测

位于中国西北部的东天山地区,拥有着复杂的地质条件,因此如何快速准确预测隧道掌子面前方的围岩质量的难度增大,准确客观反映岩体基本特性的围岩分类是隧道设计与施工的重要参考依据。旨在建立一种能客观准确评价东天山地区工程地质环境及预测围岩等级的方法,依托在建东天山隧道项目。首先,选取东天山特长隧道已开挖典型地质区段,以工程地质分区、高关联度物探技术参数指标及物探偏移图像为基础,组成机器学习训练样本;其次,采用Python语言基于TensorFlow深度学习框架编写深度学习网络算法训练样本,建立围岩类别预测模型;再次,采用新开挖段数据不断验证与优化模型;最后,将预测精度最高的模型推广应用于天山地区隧道围岩类别预测,结果表明联合隧道散射地震成像(tunnel seismic tomography, TST)偏移图像、地质分区与物探指标数据集训练出来的模型效果最好。     

水平软硬交互地层中浅埋偏压隧道围岩压力计算方法

为了探究浅埋偏压隧道软硬交互水平层状围岩压力的分布情况。依托四川省某高速公路建设项目,结合公路隧道设计规范引入软硬互层围岩参数简化方法,改进现有的均质围岩压力计算理论,得到了基于极限平衡法的水平软硬互层隧道围岩压力解析解。并将计算结果与数值模拟结果、规范法计算结果进行对比验证了其正确性。分析了硬岩与软岩层厚比p对隧道围岩压力分布的影响规律,对水平软硬交互围岩浅埋偏压隧道的支护提出了建议。     

模糊数学围岩分类方法及其在隧道中的应用

在综合考虑多因素围岩分类法的基础上,引入模糊理论,结合公路隧道特定围岩地质条件的岩体块度、强度、软化系数等多个影响因素,建立围岩模糊分类模型。计算各影响因素的隶属度,按照最大隶属度原则定量判定围岩类别。并将模糊数学围岩分类方法应用于南京老山隧道工程建设中。     

高地应力软岩隧道大变形监测及支护优化

针对高地应力软岩隧道大变形问题,对中国西北地区某高速公路隧道围岩变形监测、钢拱架应力、围岩压力等项目进行现场监测,探讨不同施工阶段围岩的变形规律和受力特点,并通过数值模拟对不同钢架间距的围岩变形控制效果进行对比分析。结果表明:上台阶开挖阶段是围岩变形增长迅速的阶段,上台阶和中台阶开挖导致的围岩变形量占总变形量的70%;初期钢架主要以受压为主,上台阶及中台阶应力均大于下台阶应力,上台阶及中台阶的初期支护承担了更大的荷载,上台阶和中台阶应"快速通过,及时支护";施工时可采用"先让后抗"的方法,适当加大预留变形量以缓解初支压力,当围岩变形速率减缓时,可提前施做二衬;数值模拟表明当初期支护参数采用I22b工字钢,间距0. 75 m,加4 m长锁脚锚杆,可以经济有效地控制围岩变形。研究成果可为类似隧道工程的设计、施工等提供借鉴和参考。     

高应力炭质板岩隧道开挖支护结构受力评价研究

为探究高应力下炭质板岩隧道开挖过程中围岩位移、支护结构内力变化规律，依托渭武高速木寨岭公路隧道，采用有限差分软件FLAC3D建立三台阶七步开挖法下炭质板岩隧道的数值模型，提出强、中、弱三种支护方案；分析开挖距离对围岩位移、支护结构内力等因素的影响，并对支护设计参数合理性评价。研究结果表明：开挖过程中围岩累计沉降和收敛变形量比较：强支护＜中支护＜弱支护；开挖相同距离下，随着支护强度上升，支护提供的弹性抗力越强，围岩沉降和收敛变形减小；以强支护为例，支护结构轴力呈现先增大后减小的趋势，最终轴力不断上升但趋势变缓的特征，开挖距离50m趋于稳定；支护设计参数评价时，开挖距离（50m）结束，强、中、弱三种方案钢架受压安全系数最小值分别为3.903、3.718、3.264，#1拱顶处强支护钢架较喷射混凝土先破坏，混凝土安全系数最小值分别为3.491、2.987、2.666，#2左拱腰处喷射混凝土较钢架先破坏，故选择中支护方案，材料I25b×C25、初衬厚度26cm、钢架距离0.8m。研究结果可为类似软岩隧道开挖和支护结构的设计提供一定参考。     

道吾山三车道特长公路隧道洞口浅埋段施工方法

在建的道吾山隧道为单洞三车道特长一级公路隧道,洞口Ⅴ级围岩浅埋段开挖跨径16.85 m,开挖面积163.55 m~2,原设计采用双侧壁导坑法施工,变更后采用三台阶七部法施工。通过三维数值模拟分析,以及施工过程中对隧道拱顶下沉、净空收敛,初期支护结构受力状况进行分析,判断围岩稳定性、初期支护结构安全。数值计算结果表明:三台阶七部法施工运用在三车道隧道Ⅴ级洞口浅埋段是安全的。研究结果可为类似工程设计和施工提供依据和参考。     

隧道支护结构蠕变特性试验和非线性蠕变模拟

采用MTS815液压伺服系统对深埋隧道支护结构混凝土试件进行了三轴蠕变试验,分析了支护结构的蠕变特性,依据蠕变曲线特征求出了非线性蠕变参数。建立了考虑深埋隧道施工过程、围岩和支护结构蠕变特性的有限元数值分析模型,分析了围岩和支护结构的蠕变特性,得到了隧道初期支护和二次衬砌的位移特征及其不同位置处的有效应力和最大剪应力特征。隧道支护结构的位移、应力随时间的变化特征与不考虑蠕变效应有较明显的不同,计算位移与实际监测结果基本一致。对于深埋隧道,应该考虑围岩和支护结构的蠕变特性。     

采空区大跨连拱隧道围岩稳定分析及其加固

为了深入研究复杂地质条件下大跨度双连拱隧道围岩稳定性及施工关键技术,以沪昆高速公路灯草塘隧道为依托工程,基于有限差分软件,建立灯草塘隧道实际地质模型,重点进行双向六车道连拱隧道邻近采煤空洞时的围岩稳定数值计算,结果表明:靠近空洞一侧的主洞水平位移及拱顶沉降均大于另一侧的,隧道底板隆起位移也存在同样的规律;空洞与隧道之间围岩最大主应力大部分为拉应力,靠近空洞侧隧洞围岩最大主应力与另一侧相比较差异明显,且空洞与隧道之间塑性区范围较大。另外,基于数值分析结果,结合隧道实际空洞情况,研究了Ⅵ级围岩条件下隧道附近采煤空洞的处置及围岩的加固技术。