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：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：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：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：盾构隧道下穿输水干渠设计参数(最优夹角、最小埋深)对隧道路线选择、干渠扰动影响评价至关重要,现行规范尚无明确规定。随着盾构施工技术成熟,有必要深入研究盾构隧道下穿输水干渠的最优夹角与最小埋深参数。依托郑州地铁10号线下穿南水北调干渠工程,基于Buckingham-π定律推导的相似参数,开展盾构隧道下穿输水干渠设计参数优化室内相似模型试验。研究结果表明:①隧道轴线与渠坡底部相交的局部区域地层沉降量大于周围地层沉降量;②当采用朗肯土压力计算值作为盾构仓压值,盾构隧道埋深不宜小于隧道直径的1.5倍夹角不得小于30°;③考虑盾构隧道施工对渠表的影响,应优先考虑隧道埋深的扰动影响,其次考虑隧道夹角设计参数的扰动影响。试验结果将为盾构隧道下穿输水干渠设计参数提供了重要参考依据。

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。

摘要：基于对国内外EPB渣土改良的研究现状以及室内试验方法的总结与分析,指出不同试验方法的局限性;研发了一种新型渣土改良相似模型试验系统——EPB渣土改良试验系统。系统集合了泡沫发生、盾构掘进、螺旋输送机输出等功能,可实现地层重塑、盾构掘进过程模拟、切土及土仓渣土搅拌;可将泡沫改良剂按设计配比加入土仓并搅拌,判断改良土体对掘进参数的影响;可模拟敞开式、半土压平衡式、土压平衡式、过压掘进模式等4种状态EPB盾构掘进;可模拟螺旋输送机出土过程及土塞效应实现过程。通过"盾构掘进模拟"和"渣土改良试验"等功能试验,验证了该试验系统各功能的准确性和可靠性。系统为研究EPB渣土改良优化配比及效果评价提供了新手段,可为大直径土压平衡盾构施工、特殊地层下盾构控制技术等条件下渣土改良提供可靠的施工参数,指导施工。

摘要：新建贵阳至南宁客运专线九万山一号隧道拟采用新型底板型衬砌结构,将传统的仰拱结构改为底板结构,底板下设计衬砌结构体外中心排水沟,呈倒梯形。为明确新型底板型衬砌结构施工及中心排水沟开挖对围岩的稳定性影响,论证本设计方案的可行性,利用有限元Midas/GTS计算不同等级围岩下底板型衬砌结构的稳定性,以及中心排水沟施工时机、一次施工范围。结果表明:Ⅳ级围岩水沟与掌子面最大限制距离为10m,Ⅴ级围岩水沟与掌子面最大限制距离≥14m;中心排水沟一次施工3,4,5m对Ⅳ级围岩稳定无影响,对Ⅴ级围岩稍有影响,底板隆起量相差5mm左右;根据对衬砌结构变形统计,新型底板型衬砌和中心排水沟设计满足规范要求。