盾构滚刀磨损的多元非线性回归预测

为了解决硬岩地层盾构滚刀的磨损检测问题,提出了一种基于多元非线性回归预测模型预测滚刀磨损的方法.利用滚刀正常磨损阶段的盾构掘进参数数据建立回归预测模型,根据依此模型预测的掘进速度与实际掘进速度偏差来预测滚刀的磨损状况.结合盾构工程项目研究结果表明:预测模型是正确的,预测结果与实际换刀情况是相符的,预测方法是有效的.研究结论可为类似地质条件下的盾构滚刀磨损检测和更换提供有益的指导.     

基于刀盘扭转能量的土压平衡盾构刀具磨损分析

在卵石和中风化泥岩中掘进时,土压平衡盾构面临严重的刀具磨损.为合理组织换刀工作,需预计刀具的磨损情况.通过分析成都地铁20个盾构区间的部分掘进数据,以刀盘扭转能量作为刀具磨损模型的输入参数,对换刀数目与刀盘扭转能量的关系进行了拟合.在此基础上,增加泡沫添加剂体积,建立双参数预测模型,进一步优化刀具磨损的预测精度.结果表明:换刀数目与刀盘扭转能量正相关,与泡沫添加剂体积负相关;换刀数目与双参数间的回归关系具有统计显著性;卵石和中风化泥岩地层中的换刀数目都较好地符合双参数预测模型但不同地层中的拟合参数有所差异.双参数刀具磨损模型的预测精度显著优于基于掘进距离的单参数模型和JTS模型.     

基于集成Dropout-DNN模型的盾构掘进速度预测方法

为了提升土压平衡盾构机的掘进速度预测精度,提出一种集成Dropout-DNN模型的盾构掘进速度预测方法。依据济南地铁R1线盾构隧道段工况数据,将数据集划分为五份,并选取刀盘转速、刀盘扭矩、总推进力、螺机转速、土仓压力这五个参数为输入参数,分别建立了五个Dropout-DNN模型并进行集成实现了盾构掘进速度的预测,进一步对不同的预测方法进行了对比分析。研究结果表明：各Dropout-DNN模型预测精度具有一定的差异性但基本良好,其决定系数均大于0.6、平均绝对百分误差均小于10%,而集成的Dropout-DNN模型决定系数为0.695、平均绝对百分误差小于5%,可见集成模型预测精度较高;基于BP神经网络、DNN模型实现的盾构掘进速度预测模型其决定系数分别为0.502、0.566,可见提出的集成Dropout-DNN模型预测精度提升明显。     

一种基于CSM模型的TBM刀盘比能预测方法

为了解决全断面掘进机在掘进时刀盘比能预测的难题,以岩石断裂力学为理论基础,深入分析了TBM滚刀的受力情况和破岩机理,基于CSM预测模型提出了一种新的TBM刀盘比能预测方法.通过建立滚刀与岩石相互作用的力学模型,推导出TBM刀盘的比能预测模型,并通过实例计算对刀盘的比能水平进行了量化研究,验证了模型的正确性.该预测模型基于滚刀破岩的机理,能够实时预测刀盘的比能,为TBM的刀盘优化设计以及性能预测提供了一定的理论依据.     

TBM盘形滚刀磨损预测模型

为了研究TBM盘形滚刀破岩过程中的磨损行为,首先通过分析刀具与刀盘的运动规律推导等截面盘形滚刀运动学公式,结合磨粒磨损理论及刀岩接触力学模型建立盘形滚刀磨损预测模型,并利用MATLAB软件开发滚刀磨损量的预测模拟程序。将该模型应用到某引水工程中对滚刀磨损过程进行仿真,得到盘形滚刀的磨损形貌演变规律。研究结果表明:仿真磨损量与实测磨损量随刀位号变化趋势基本一致,刀盘上各个安装位置处仿真预测的滚刀刀圈正面及侧面磨损值与实测值的平均相对误差分别为18%和30%。刀刃逐渐磨损成尖形,所得磨损形态与工程实际观测相吻合。     

粉细砂-砾岩复合地层条件下大直径越江盾构刀具磨损

为了确保大直径泥水盾构下穿江底复合地层安全顺利施工掘进,对于刀盘刀具磨损的预测和监测至关重要。本文以武汉地铁8号线黄浦路站～徐家棚站越江盾构隧道工程为背景,结合现场调研与磨损数据分析,首先根据不同地层中的刀具磨损特点进行磨损情况分类,并从地质、施工等角度对磨损原因进行了归纳,将整个越江过程中的刀具磨损分为8类,并认为滚刀非正常磨损主要由三大主要原因构成;然后基于磨损系数,对不同刀具在不同地层以及不同位置的适应性进行了分析。结果表明：(1)在复合地层中刀具磨损大小排序为撕裂刀>滚刀>刮刀>齿刀,且刮刀对硬质中胶结砾岩适应性较差,对强风化以及弱胶结砾岩适用性优于其他刀具。(2)中胶结砾岩的存在会加剧磨损,且会给大直径盾构边缘刀具带来更大的磨损影响,而强风化砾岩和弱胶结砾岩则对磨损变化影响不大。     

富水砂卵石地层大直径盾构刀具的磨损与适应性

以北京地下直径线盾构隧道试验段工程为依托,基于现场实测数据,系统分析了富水砂卵石地层大,直径盾构施工刀具的磨损规律及磨损原因,并对不同类型盾构刀具在该地层条件下的适应性进行了研究.结果表明:地层中卵石和砂的含量变化明显且存在强度很高的胶结物是刀具产生严重磨损的主要原因;单刃滚刀除有一小部分偏磨损坏外,其余均未出现严重磨损,更换较少,对该地层具有较好的适应性;重型撕裂刀在短距离掘进后即发生刀头脱落的情况,对该地层的适应性差;正常掘进过程中,外周边滚刀掘进距离约为120 m,刀盘中间部分的滚刀掘进距离约为230 m,可据此数据确定合理的刀具检查及更换距离.盾构隧道试验段研究成果可为本工程后续施工起到重要的指导作用.     

富水砂卵石地层大直径盾构刀具的磨损与适应性

以北京地下直径线盾构隧道试验段工程为依托,基于现场实测数据,系统分析了富水砂卵石地层大,直径盾构施工刀具的磨损规律及磨损原因,并对不同类型盾构刀具在该地层条件下的适应性进行了研究.结果表明:地层中卵石和砂的含量变化明显且存在强度很高的胶结物是刀具产生严重磨损的主要原因;单刃滚刀除有一小部分偏磨损坏外,其余均未出现严重磨损,更换较少,对该地层具有较好的适应性;重型撕裂刀在短距离掘进后即发生刀头脱落的情况,对该地层的适应性差;正常掘进过程中,外周边滚刀掘进距离约为120 m,刀盘中间部分的滚刀掘进距离约为230 m,可据此数据确定合理的刀具检查及更换距离.盾构隧道试验段研究成果可为本工程后续施工起到重要的指导作用.     

基于滚刀复合破岩物理实验的盾构刀间距设计

刀具布置是盾构刀盘设计中的重要组成部分,直接影响到掘进的切削效果、出土状况和掘进速度。针对不同地质条件下,为满足盾构地质适应性,实现高效破岩。采用盾构刀具破岩机理实验台,对工程样岩开展不同刀间距破岩实验,分析破损岩渣质量,探究不同地质条件下的最佳破岩刀间距。与经验数据进行对比,结果表明：合理的刀间距能够提高破岩效率、减少刀具损耗,有效降低刀具成本,为不同地质条件下开展其他盾构工程进行刀间距设计提供了一种可行的方法。     

近距离斜穿车站富水圆砾地层盾构换刀技术及刀具磨损分析

开仓换刀作业是盾构隧道施工中不可避免的技术难题之一,现以南宁市轨道交通5号线新—广区间盾构隧道工程为背景,针对盾构机在富水圆砾、泥岩复合地层中长距离掘进后连续穿越3道地连墙的工程特点,总结刀盘优化布局方案,详细介绍适用于该地层条件下的素桩加固辅以降水作业的换刀方案,并对换刀前后盾构掘进过程中产生的刀具磨损进行测量、分析,揭示了盾构在复合地层中掘进以及直接切削地连墙造成的刀具磨损规律,提出了盾构切削桩基时的合理换刀距离,为后续施工及类似工程提供一定的指导和借鉴。     

地铁车站深基坑开挖对土体影响的数值模拟

为了研究地铁工程支护结构对周围土体变形影响的问题,应用有限元计算软件ADINA对地铁车站深基坑工程进行开挖支护模拟,建立明挖法深基坑开挖支护过程的三维模型,分析开挖过程中连续墙支护开挖和连续墙、锚杆联合支护开挖两种工况下,基坑周边地层的位移情况.研究结果表明:地铁车站深基坑的开挖与支护过程是一个基坑支护结构和基坑内土体、基坑周围土体共同作用的问题,支护结构和支护方法对基坑周围环境的影响明显,周围土体和基坑内土体对基坑性状的影响显著.     

非线性弹性卸荷损伤的基坑工程有限元分析

将土体非线性弹性卸荷损伤模型引入基坑工程的有限元分析中，建立非线性弹性卸荷损伤有限元方程，编制相应有限元程序，对上海外环隧道浦西连接井段的大型超深基坑工程进行有限元计算，并从基坑变形、围护墙上作用的土压力、损伤变量的发展演化等方面对有限元计算结果进行分析，计算结果表明了所建立的土体非线性弹性卸荷损伤模型在基坑工程中的可行性和适用性。     

深基坑参数融合数据模型与数据结构

基于深基坑开挖过程中,不同实体的几何参数、物理参数和力学参数之间的关联性,提出深基坑参数融合数据模型,实现将深基坑的几何模型和力学模型统一在一个框架之下.根据面向对象的编程思想,采用C++语言对各基坑实体进行描述,为模型设计一个能够体现各基坑实体类之间层次关系的数据结构,并开发了深基坑三维建模与风险预警软件.将开发的软件应用于上海市汉中路地铁车站深基坑项目,结果表明,该数据模型很好地实现了不同基坑实体之间的关联,可以有效地预测深基坑施工过程中的潜在风险.     

两种常用本构模型在基坑开挖数值模拟中的适用性

针对基坑分析中难以选择土体宏观本构模型的现状,通过数值模拟研究2种常用本构模型对基坑开挖问题的适用性。首先,基于双轴压缩试验,求解与离散元试样在力学特性上相匹配的M-C和D-P模型参数;其次,进行基坑开挖模拟,以离散元的应力、应变路径分析结果为参考,讨论2种本构模型在基坑分析中的特点及适用性。结果表明:M-C和D-P本构模型能够较好地反映开挖过程中土体的复杂应力发展,难以表征土体的变形发展;2种模型的基坑开挖分析结果相差不大。     

考虑土体空间变异性的管廊基坑开挖过程中变形及能量演化特征分析

基坑开挖工程的稳定性受所在区域土体参数的空间变异性影响较大,其施工过程伴随着基坑内部能量的相互转化,为研究复杂多层土基坑开挖过程中土体参数的空间变异性影响及能量演化特征,依托佛山市某综合管廊基坑项目,基于中心点法建立了多层土的弹性模量随机场模型,结合FLAC软件构建了复杂多层土的随机场-有限差分耦合计算基坑开挖的数值模型。研究结果表明：基于随机场参数的统计分析及位移实测对比分析验证了所建立模型的准确性;基于均质模型与随机场模型的测点变形趋势一致,但不同测点处位移的变异性存在显著差别,基坑总体变形可控;基坑开挖过程中,弹性应变能的一部分转化为塑性应变能,开挖完成后基坑处于稳定状态。     

煤系地层隧道围岩变形规律与支护技术

为更好地研究煤系地层隧道开挖与支护问题,通过利用ADINA软件对大断面煤系地层隧道开挖与支护进行数值模拟的方法,建立了Mohr-Coulomb弹塑性本构二维平面模型,分析了煤系地层隧道大断面开挖和支护的过程;揭示了用于计算开挖过程中位移场、应力场及其分布规律。计算结果表明:煤系地层隧道施工采用台阶法开挖有利于隧道的应力释放和稳定;同时,在支护上采用一次支护、二次支护和衬砌。现场施工监测较好地反映了煤系地层这一软弱岩层的隧道开挖与支护参数,为类似条件的隧道施工提供了一定的理论和现场的指导。     

相邻桩锚基坑开挖变形相互影响数值分析

以两个相邻桩锚支护的基坑工程为实例,基于小应变硬化土(HSS)模型,通过Z-Soil岩土有限元分析软件建立数值计算模型,分析相邻基坑开挖对基坑变形的影响.分析结果表明:相邻桩锚基坑开挖明显减小排桩桩顶水平位移、排桩深层水平位移、坑间土体深层水平位移和坡顶水平位移,对于桩顶水平位移的影响最为显著;相邻桩锚基坑开挖也增大坑间地表沉降,产生的沉降接近两个单坑引起的沉降叠加,最大沉降位置出现在两基坑的正中央;相邻桩锚基坑的支护设计宜考虑相邻基坑开挖的影响,宜以变形不超过单坑开挖产生的水平位移为控制基准.     

考虑基坑开挖空间效应的邻近建筑物沉降预测方法

通过工程监测数据统计,分析了基坑开挖引起的墙后土体变形特性,再结合建筑物变形响应研究提出了一种考虑空间效应的紧邻基坑建筑物沉降简化算法.重点研究了土体变形空间分布规律,发现可以采用高斯函数对墙后土体变形空间效应进行定量描述,结果表明,基坑短边处变形空间效应不明显,长边上拐角处变形明显小于中部变形.坑后土体可划分为3个区域,不同区域空间效应分布不同,而且建筑物短边刚度对土体变形空间分布影响不大.建筑物沉降简化算法以监测数据统计规律为基础,结合变形空间分布规律可以预测邻近基坑建筑物沉降,通过经验系数γ可将土层性质、周边施工情况等纳入考量,使建筑物沉降预测更为准确.算例分析表明,本文方法计算值与实测值有较好的一致性,可为预测、分析紧邻基坑施工的建筑物沉降提供参考.     

深基坑开挖与支护的数值分析

以合肥水厂泵房深基坑工程为例,利用FLAC-3D数值分析软件对深基坑开挖与支护过程进行数值模拟,计算中采用摩尔-库伦弹塑性模型,通过计算得到基坑边坡位移变化,将实测基坑边坡水平位移与计算值进行对比分析,并对其进行初步的探讨,为以后的深基坑工程设计与施工提供有益的参考.