摘要：针对深埋长隧道开挖所面临的高水压、高地压、高地温、大变形、难支护等问题,分析总结传统钻爆法开挖与支护技术、全断面隧道掘进机(TBM)施工技术、TBM导洞扩挖技术应用中的优劣,TBM导洞扩挖法为深埋长隧道开挖提供了新的设计思路。由于深埋长隧道的建设环境与浅埋隧道建设环境存在显著差异,TBM施工将面临3个关键问题——岩爆问题、卡盾(大变形)问题和未准确探测前方地质而发生的施工事故(涌水、突泥等)。为揭示TBM施工过程中卡盾的存在性,分别针对某一特定地质条件下深埋软、硬岩TBM施工进行理论分析和数值模拟研究。结果表明,软岩地层TBM施工发生卡盾,而硬岩完整地层TBM施工未发生卡盾。

摘要：为应对吉林引松供水4标7 km灰岩隧洞段的特殊地质条件,引松开敞式TBM的针对性设计和克服不良地质风险的施工技术研究显得尤为重要。首先,针对引松4标长距离掘进、大断面施工、快速掘进及强支护量等工程特点,对TBM进行超前地质预报系统、支护系统等方面的针对性设计制造。其次,对于通过灰岩地段各种不良的地质风险,分别制定相应的施工和处理措施。通过对TBM的针对性设计以及不良地质地段恰当的施工处理措施,使TBM顺利地通过了7 km灰岩地段,既节省了开支,又缩短了工期。

摘要：针对弱胶结富水粉细砂岩极易突水涌砂导致的隧道掌子面坍塌和初期支护开裂变形,研究了深埋隧道内超前深孔降水方法,建立了模拟隧道内超前降水的实体模型,分析了3种降水管和3种抽水泵功率下各时刻模型的水位面变化,采用三轴试验分析了粉细砂岩在高含水率下的破坏状态。研究结果表明:降水试验模型切向断面上同一标高测点处中间水头低,两侧水头逐渐升高,呈抛物线形式,反映了超前深孔降水规律;粉细砂岩在高、低含水率下均呈塑性破坏,破坏时的轴向应变小于5%;降水过程中地层含水率从20%下降到11%时,粉细砂岩强度、黏聚力和内摩擦角达到最优稳定状态,实现了开挖面无水状态;隧道内超前降水参数应采用管径为65 mm的真空降水管和抽水功率为7.5 kW的真空泵,且降水管应布置在超前掌子面20 m的隧道两侧边墙处;在富水粉细砂岩深埋隧道内超前深孔预先降水并辅以注浆加固,能够实现开挖期间粉细砂岩稳定,为隧道顺利施工奠定了基础,也避免了大埋深隧道从地表进行深井降水的困难。

摘要：为研究盾构法施工过程中任意位置刀具与软土之间的相互作用,基于朗肯被动土压理论,以Mckyes-Ali理论建立的耕作刀具切土阻力模型为基础,考虑切削土与刀具、地层的法向力、黏聚力以及自身重力等,引入表示切刀任意位置的参变量L和Ψ,根据力的平衡原理,建立任意位置刀具的切削软土三维力学模型。最后,通过与已有模型对比,验证了该模型的准确性;通过编制Excel计算界面,保证了该模型工程应用的可行性。该模型适用于盾构任意位置切刀的受力分析,为刀盘刀具的地质适应性设计提供了更加全面的切刀受力计算公式。

摘要：为掌握TBM掘进参数与地质参数、操作参数、刀盘刀具设计参数的相关性,基于滚刀受力CSM模型,通过近似计算与推导,建立了滚刀破岩力与结构参数、TBM操作参数、地层强度参数σc的定量关系模型。同时,通过室内缩尺滚刀试验,对推导的模型参数关系进行验证。针对TBM掘进参数与围岩条件的匹配性关系,以大瑞铁路高黎贡山隧道TBM施工为依托,通过数据统计分析与对比,提出使用转矩与推力的比值作为判断地层完整性发生变化的依据。

摘要：盾构关键部件的实时在线振动监测是对设备进行精确故障诊断的关键。设计多通道振动数据采集器,在关键部件合理位置布置测点,结合系统的功能需求设计软件界面,搭建盾构设备在线振动监测系统。监测系统可实现数据分析、健康评估、故障推理、维修决策、远程诊断等功能,采用分布式管理模式,方便在设备运行过程中,不同部门的工作人员及时掌握关键部件的运行状态。在盾构实验室内对监测系统进行了实测,结果表明系统各项功能正常、稳定。

摘要：科学预测隧道掘进机(TBM)净掘进速率,对于隧道(洞)工程施工方法选择、施工进度安排以及成本估计具有重要意义。鉴于TBM施工过程具有高度非线性、模糊性和复杂性等特征,为提高TBM净掘进速率的预测精度和计算效率,采用偏最小二乘回归(PLSR)提取影响参数主成分,再利用深度神经网络(DNN)进行训练预测,提出了一种基于PLSR-DNN耦合方法的TBM净掘进速率预测模型。基于兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工实测数据,选择岩石单轴抗压强度、单轴抗拉强度、刀盘推力、刀盘转速、岩体完整性系数和岩石耐磨性指数,共6个影响参数,验证了模型预测的合理性,并对不同预测方法的拟合精度和预测精度进行了对比分析。研究结果表明:(1)偏最小二乘回归可有效克服自变量之间的多重共线性问题,将提取的主成分作为深度神经网络的输入层进行训练,简化了神经网络结构;(2)PLSR-DNN耦合预测模型避免了过拟合与拟合不足问题,具有收敛速度快,求解稳定和拟合精度高等特点;(3)PLSR-DNN耦合预测模型平均相对拟合误差2.96%,平均相对预测误差3.27%,其拟合精度和预测精度均明显高于偏最小二乘回归模型、BP神经网络模型以及支持向量回归(SVR)模型。

摘要：针对TBM选型单指标决策的局限性和主观臆断的缺陷,引入功效系数法,实现影响TBM选型多个指标的综合决策和定量化。选取地质适应性、线网适应性、施工进度、设备造价、支护费用、洞室稳定性6个具有代表性评价指标,采用Delphi法确定各指标的权重系数,建立TBM选型功效系数法模型。运用所建模型对重庆市地铁6#线一期工程礼嘉站—平场站和平场站—黄茅坪站区间的TBM选型(开敞式TBM、单护盾式TBM、双护盾式TBM、复合式TBM)。研究结果表明:运用功效系数法进行TBM选型,实现了多指标的定量化决策,简单,准确,具有良好的工程应用价值。

摘要：盾构机刀盘结构设计的合理性影响到盾构机的工作效率、工程进展及工程的经济效益。介绍了刀盘再制造设计方案,并用数值模拟验证再制造刀盘可靠性。通过刀盘再制造节约了成本,提高了盾构机的利用率。

摘要：盾构直接掘进含孤石地层过程中刀盘刀具承受循环偏载、应力集中等非均布反作用力,加剧了刀盘刀具的振动损伤。由于实际工程中无法测取刀盘刀具振动数据,刀盘刀具振动规律研究成果较少。针对上述问题,通过室内相似模型试验(包括计算相似比尺、配制相似材料、布设传感器等)研究盾构直接掘进含孤石地层的刀盘刀具振动特性。由试验数据可得:盾构直接掘进含孤石地层时,围岩振动频率为0~5Hz,属于低频振动;刀盘不同位置的径向、轴向振动加速度值随刀盘转速增大而增大,环向振动加速度值变化不大;刀盘不同位置的振动加速度值与刀盘结构关系密切,结构刚度越大,振动加速度越小,因此盾构刀盘设计中宜根据地层软硬不均程度调整刀盘结构刚度。试验成果揭示了盾构直接掘进含孤石地层的刀盘刀具振动规律,为刀盘刀具结构针对性设计提供了重要依据。