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基于特征增强的盾构掘进参数显式预测分析

土木工程学报 2022年第S02期55卷 49-57页

作者：黄永亮陈文明丁爽刘学增济南轨道交通集团山东济南250101 上海同岩土木工程科技股份有限公司上海200092 上海地下基础设施安全检测与养护装备工程技术研究中心上海200092 同济大学上海200092

盾构法施工时掘进参数的选取是保证盾构机安全、高效掘进的关键。为了实现掘进参数的预测与揭示参数之间的关联性,提出一种掘进参数的显式分析方法。依托实际的盾构隧道掘进数据,首先通过构造掘进参数的二次项以及耦合项进行特征增强;... 详细信息

盾构法施工时掘进参数的选取是保证盾构机安全、高效掘进的关键。为了实现掘进参数的预测与揭示参数之间的关联性,提出一种掘进参数的显式分析方法。依托实际的盾构隧道掘进数据,首先通过构造掘进参数的二次项以及耦合项进行特征增强;其次通过五折交叉验证和逐步线性回归相结合的方式获得最优特征子集;最终通过最优特征建立掘进参数的显式预测模型。研究结果表明:结合特征增强和特征选择可成功地将模型中的20个特征缩减到5个之内;建立的掘进参数预测模型,能良好反映真实值的变化趋势,且刀盘转速、土仓压力、总推进力、推进速度、螺机转速相对误差在15%以内,刀盘扭矩相对误差约21%,各参数误差基本可满足工况需求;此模型可定量揭示特征参数对预测量的影响程度,如对总推进力影响最大的特征是刀盘扭矩与推进速度的耦合项,其权重为1.257,而推进速度和土仓压力受到多个独立参数组成的耦合项的共同影响。

关键词：盾构掘进参数线性回归特征增强特征选择

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房柱式开采覆岩移动机理研究

非金属矿 1999年第2期22卷 36-37,19页

作者：翟德元刘学增山东矿业学院采矿研究所泰安271019 同济大学地下系

分析了房柱式开采的覆岩移动变形机理，提出了地表最大沉降量的计算方法，并在相似材料试验的基础上进行了实例分析。

关键词：房柱式开采覆岩移动变形机理岩层移动

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激光扫描盾构隧道断面变形快速检测

交通运输工程学报 2021年第2期21卷 107-116页

作者：刘新根陈莹莹刘学增上海同岩土木工程科技股份有限公司上海200092 上海地下基础设施安全检测与养护装备工程技术研究中心上海200092 同济大学土木信息技术教育部工程研究中心上海200092

针对人工检测效率低、变形检测车定位不准、噪点剔除困难、数据处理滞后等技术难题,基于盾构隧道管片环缝灰度图像数学形态特征,通过图像滑窗方式,利用直方图均衡化、缩放、阈值判定等方法快速自动识别环缝,并依据环缝已知位置反向修正... 详细信息

针对人工检测效率低、变形检测车定位不准、噪点剔除困难、数据处理滞后等技术难题,基于盾构隧道管片环缝灰度图像数学形态特征,通过图像滑窗方式,利用直方图均衡化、缩放、阈值判定等方法快速自动识别环缝,并依据环缝已知位置反向修正隧道里程;基于距离最小二乘法椭圆曲线拟合,建立了盾构隧道激光扫描噪点三次迭代自动剔除方法;通过对管片环上各单环激光扫描数据拟合椭圆进行均值处理,并与隧道设计参数或上次检测结果比对,确定了隧道断面变形;以轨检小车为载体,集成断面三维激光扫描仪、倾角仪、编码器、测距轮和计算机等设备,研制了盾构隧道断面变形快速检测车,开发了配套的数据采集和处理软件,并进行了工程试验和实际应用。研究结果表明:检测时速为5 km·h-1时,检测车系统隧道内水平和垂直方向直径复测差值绝对值小于2 mm的占比分别为98.41%和96.21%,小于1 mm的占比分别为82.36%和71.92%,系统复测精度为2 mm,多数可达到1 mm,说明环缝识别、噪点剔除、整环收敛变形算法和检测系统具有较高的稳定性和重现性;检测车可自动采集和处理数据,检测作业后24 h可输出检测分析报告,结果准确可靠,可为盾构隧道结构健康评定和养护提供参考。

关键词：盾构隧道变形检测激光扫描最小二乘法椭圆拟合噪点剔除

基于承载力分析的公路隧道结构健康度评价方法

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岩石力学与工程学报 2018年第A02期37卷 4161-4169页

作者：刘学增郭乔堃桑运龙赵芳周若阳同济大学土木工程学院上海200092 上海地下基础设施安全检测与养护装备工程技术研究中心上海200092 上海同岩土木工程科技股份有限公司上海200092 同济大学土木信息技术教育部工程研究中心上海200092 山东矿业学院

目前针对松动荷载作用下隧道结构受力变形与损伤演化机制的研究相对较少,缺乏结构剩余承载力的量化分析依据,不利于结构健康度评价与维修处治方案的确定。针对上述问题,利用室内模型试验及数值仿真手段,研究不同围岩条件下结构受力变形... 详细信息

目前针对松动荷载作用下隧道结构受力变形与损伤演化机制的研究相对较少,缺乏结构剩余承载力的量化分析依据,不利于结构健康度评价与维修处治方案的确定。针对上述问题,利用室内模型试验及数值仿真手段,研究不同围岩条件下结构受力变形规律及破坏特征,提炼结构健康评价关键指标,建立基于承载力的健康度分级标准。通过研究,提出:(1)拱顶松动荷载下衬砌破坏过程分为3个阶段,以拱顶开裂、主裂缝张开为分界点,破坏时拱顶内侧、拱腰外侧钢筋拉断,形成三铰拱体系;(2)衬砌结构承受相同荷载100kPa时,抗力系数1.58MPa/m的工况拱顶下沉3.3cm,抗力系数200MPa/m的工况拱顶下沉0.23cm;抗力系数从1.58MPa/m增大到200MPa/m时,极限承载力从196kPa增大到1840kPa;(3)以衬砌开裂、拱顶下沉3cm、拱顶钢筋屈服、拱腰钢筋屈服、拱顶钢筋拉断为关键节点,建立衬砌结构健康度的5级划分标准,并以拱顶下沉及边墙收敛作为简易评价指标,对V^VI级围岩,拱顶下沉控制值建议取5cm。

关键词：隧道工程衬砌结构健康度松动荷载承载力

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偏压荷载下裂损特征对隧道衬砌受力影响试验

土木工程学报 2015年第10期48卷 119-128页

作者：刘学增刘文艺桑运龙古银城同济大学上海200092 华东电力设计院上海200063

研制了偏压加载的全周封闭隧道模型试验装置，可对衬砌结构任意位置施加荷载，较真实地模拟偏压荷载作用下损伤衬砌受力特征。完成了6组1：10破坏性模型试验，对比偏压荷载下衬砌结构力学行为的裂缝特征效应。试验结果表明：偏压荷载下... 详细信息

研制了偏压加载的全周封闭隧道模型试验装置，可对衬砌结构任意位置施加荷载，较真实地模拟偏压荷载作用下损伤衬砌受力特征。完成了6组1：10破坏性模型试验，对比偏压荷载下衬砌结构力学行为的裂缝特征效应。试验结果表明：偏压荷载下完整衬砌破坏过程为“偏压侧拱脚、非偏压侧拱肩、偏压侧拱肩”，共三个阶段，前三条裂缝出现时承载为极限荷载的30％-45％；压皱出现时承载比例为70％，试件急剧破坏，整体呈延性破坏。裂缝和荷载在同侧时，加载破坏过程为“偏压侧裂缝张开、压皱、试件破坏”，呈脆性破坏，拱肩裂缝对衬砌承载力影响最大。第一条预制裂缝在拱顶，深度为1／3衬砌厚度，第二条预制裂缝在拱肩，深度分别为1／3、1／2、2／3衬砌厚度时，试件极限荷载为完整衬砌的86．34％、76．09％、68．94％。衬砌结构均为偏压侧拱肩外侧压碎导致整个结构失去承载能力。损伤裂缝使得结构刚度大幅度减小，提出了裂缝深度与极限承载力关系公式，模型试验结果与公式计算值基本一致。

关键词：隧道衬砌裂缝特征破坏模式承载力偏压荷载

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纵向裂缝隧道衬砌结构的安全评价与加固研究

岩石力学与工程学报 2010年第A01期29卷 2651-2656页

作者：王华牢刘学增李宁谢东武西安理工大学水利水电学院陕西西安710048 中交第一公路勘察设计研究院陕西西安710075 同济大学地下建筑与工程系上海200092

裂缝是运营期隧道衬砌结构的主要病害形式之一,特别是拱部纵向裂缝对隧道原有结构的承载力影响较大。通过公路隧道衬砌结构裂缝评价方法,对隧道主要裂缝进行安全评价,给出安全等级,同时应用刚度退化模型对隧道原结构进行承载力评价,给... 详细信息

裂缝是运营期隧道衬砌结构的主要病害形式之一,特别是拱部纵向裂缝对隧道原有结构的承载力影响较大。通过公路隧道衬砌结构裂缝评价方法,对隧道主要裂缝进行安全评价,给出安全等级,同时应用刚度退化模型对隧道原结构进行承载力评价,给出加固前的隧道结构安全系数,通过工程实例验证说明,通过刚度退化模型计算承载力是可行的,为隧道的加固补强提供重要依据,并为今后纵向裂缝情况下衬砌结构的安全性评价、承载力的计算分析以及加固设计提供新的技术方法。

关键词：隧道工程刚度裂缝加固

基于隧道快速检测车数据的公路隧道衬砌开裂识别模型研究

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现代隧道技术 2020年第5期57卷 61-65页

作者：江桁刘学增朱合华同济大学土木工程学院地下建筑工程系上海200092 同济大学土木信息技术教育部工程研究中心上海200092

随着公路隧道的不断建设,公路隧道的病害识别问题、养护问题日益增多,传统的隧道衬砌裂纹识别工作需要大量人工参与内业工作,效率不高。文章采用隧道快速检测车所采集的图像数据,利用卷积神经网络,研究得出了一套用于定向识别隧道检测... 详细信息

随着公路隧道的不断建设,公路隧道的病害识别问题、养护问题日益增多,传统的隧道衬砌裂纹识别工作需要大量人工参与内业工作,效率不高。文章采用隧道快速检测车所采集的图像数据,利用卷积神经网络,研究得出了一套用于定向识别隧道检测车所拍摄的公路隧道衬砌开裂的模型。根据训练过程中发现的问题,针对裂纹数据集对神经网络识别效果的影响进行了对比研究,证明了按照不同裂纹走势分类图像所训练的神经网络识别能力较好,具有较好的适用性。

关键词：公路隧道隧道检测车卷积神经网络裂纹识别边缘检测

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基于隧道现场施工监测数据的动态反分析

现代隧道技术 2008年第S1期45卷 269-271页

作者：苏京伟刘学增同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海同岩土木工程科技有限内公司上海200092

以深圳莲盐高速公路隧道为背景,基于现场的监测数据,采用动态增量优化反演分析的方法反演隧道围岩的岩体力学参数;利用反演得到的力学参数,结合施工过程对后续施工断面围岩的变形进行了预测分析。结果表明,预报值与实测值吻合得较好,能... 详细信息

以深圳莲盐高速公路隧道为背景,基于现场的监测数据,采用动态增量优化反演分析的方法反演隧道围岩的岩体力学参数;利用反演得到的力学参数,结合施工过程对后续施工断面围岩的变形进行了预测分析。结果表明,预报值与实测值吻合得较好,能有效指导隧道的信息化施工和动态设计,也是隧道数字化工程中不可或缺的部分。

关键词：监测位移有限元动态增量反演遗传算法

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管幕内箱涵顶进中顶部管幕竖向变形预测

岩石力学与工程学报 2006年第9期25卷 1887-1892页

作者：肖世国夏才初朱合华李向阳刘学增西南交通大学土木工程学院四川成都610031 同济大学土木工程学院上海200092

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。针对实际箱涵顶进施工过程中顶部管幕出现的以隆起为主的竖向变形,根据对箱涵前方滑动土体及箱涵体的力学分析,确定作用于顶部管幕... 详细信息

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。针对实际箱涵顶进施工过程中顶部管幕出现的以隆起为主的竖向变形,根据对箱涵前方滑动土体及箱涵体的力学分析,确定作用于顶部管幕下的附加荷载,进而将顶部中间部分的钢管视为在该附加荷载作用下的倒置于Winkler地基上的弹性地基梁,以此模型预测分析顶部中间部分钢管幕的竖向变形,并同实测结果进行比较,发现二者在规律及大小上都较为接近,说明该预测分析方法具有一定的合理性。

关键词：隧道工程管幕箱涵竖向变形 Winkler地基