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Analytical and numerical analysis on the torsional performance of elliptically deformed tunnels in the longitudinal direction

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Underground Space 2023年第5期12卷 183-201页

作者： Yingbin Liu shaoming liao Mengbo Liu Lisheng Chen Zhiyi Li Department of Geotechnical Engineering Tongji UniversityShanghai 200092China Shanghai Urban Construction Municipal Engineering Co. LtdShanghai 200065China

Segmental lining structures constructed by shields/tunnel boring machines are often subjected to uneven longitudinal cross-section torsion as a result of eccentric external loads,which is extremely adverse to tunnel safety but has not received sufficient attention for a long *** figure out the torsional performance of segmental tunnels,it is essential to assess the longitudinal torsional stiffness and active-torsion-rejection capability of a segmented *** aim of the paper is to derive an analytical solution to the longitudinal torsional stiffness of a segmental tunnel with existing elliptical *** longitudinal torsional stiffness under different internal force combinations is deduced considering the longitudinal axial force and bending moment based on the equivalent continuous model and force balance *** validity of the analytical solution is verified by comparing it with finite element method ***,a parametric analysis,using the new analytical solution,is included to investigate the effect of the key parameters on torsional behaviors,including the segment size,the bolt size and the transverse bending stiffness,*** is found that:(1)the longitudinal torsional stiffness efficiency(LTSE)of the segmental tunnel decreases with the rise of segment thickness to diameter ratio but increases with the ring width to diameter ratio;(2)the LTSE reduces with the increase of the effective shear length but rises with the diameter of bolts;(3)the LTSE increases rapidly with the ratio of compression-torsion or ***,the envelope curve of the critical load(N0,M0)for a tunnel to actively resist a certain internal torque is *** proposed solution can be easily utilized to determine the longitudinal torsional stiffness of segmental tunnels and is an effective tool for tunnel design and maintenance.

关键词： Segmental tunnel Torsional deformation Longitudinal equivalent continuous model Longitudinal torsional stiffness Transverse bending stiffness

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Numerical and analytical studies on the coupling effects of unloading and cutterhead vibration on tunnel face in dry sandy ground

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Underground Space 2024年第5期18卷 256-272页

作者： Junzuo He shaoming liao Mengbo Liu Motoi Iwanami Yanqing Men Department of Geotechnical Engineering College of Civil EngineeringTongji UniversityShanghai 200092China Key Laboratory of Road and Traffic Engineering Ministry of EducationTongji UniversityShanghai 200092China Department of Civil and Environmental Engineering Waseda UniversityTokyo 169-0072Japan Jinan Rail Transit Group Co. Ltd.Jinan 250014China

When tunnelling in difficult ground conditions,shield machine would inevitably produce significant ground loss and vibration,which may disturb the ground ahead of the tunnel *** this paper,discrete element models calibrated by model tests were established to investigate the response of tunnel face under the coupling effects of unloading and cutterhead *** results show that the friction angle reduction under cyclic loading and vibration attenuation in the sandy ground are significant and can be estimated by the fitted exponential *** cutterhead vibration,the tunnel face stability is undermined and the limit support pressure(LSP)increases to 1.4 times as that in the static case with the growth of frequency and ***,the loosening zone becomes wider and the arching effect is weakened with the reduction of peak horizontal stress and the increase of vertical stress above the *** on the numerical results,a pseudo-static method was introduced into the limit equilibrium analysis of the wedge-prism model for calculating the LSP under *** an error rate less than 5.2%,the proposed analytical method is well *** analytical calculation reveals that the LSP would increase with the growth of vibration amplitude,vibration frequency and covered depth but decrease with the increase of friction *** study can not only lay a solid foundation for the further investigation of ground loss,ground water and soft-hard heterogeneous ground under cutterhead vibration,but also provide meaningful references for the control of environmental disturbance in practice.

关键词： Cutterhead vibration Tunnel face stability Discrete element method Pseudo-static method

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Tunnel boring machine vibration-based deep learning for the ground identification of working faces

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Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering 2021年第6期13卷 1340-1357页

作者： Mengbo Liu shaoming liao Yifeng Yang Yanqing Men Junzuo He Yongliang Huang Department of Geotechnical Engineering Tongji UniversityShanghai200092China Jinan Rail Transit Group Co. Ltd.Jinan250101China

Tunnel boring machine(TBM) vibration induced by cutting complex ground contains essential information that can help engineers evaluate the interaction between a cutterhead and the ground *** this study,deep recurrent neural networks(RNNs) and convolutional neural networks(CNNs) were used for vibration-based working face ground ***,field monitoring was conducted to obtain the TBM vibration data when tunneling in changing geological conditions,including mixed-face,homogeneous,and transmission ***,RNNs and CNNs were utilized to develop vibration-based prediction models,which were then validated using the testing *** accuracy of the long short-term memory(LSTM) and bidirectional LSTM(Bi-LSTM) models was approximately 70% with raw data;however,with instantaneous frequency transmission,the accuracy increased to approximately 80%.Two types of deep CNNs,GoogLeNet and ResNet,were trained and tested with time-frequency scalar diagrams from continuous wavelet *** CNN models,with an accuracy greater than 96%,performed significantly better than the RNN *** ResNet-18,with an accuracy of 98.28%,performed the *** the sample length was set as the cutterhead rotation period,the deep CNN and RNN models achieved the highest accuracy while the proposed deep CNN model simultaneously achieved high prediction accuracy and feedback *** proposed model could promptly identify the ground conditions at the working face without stopping the normal tunneling process,and the TBM working parameters could be adjusted and optimized in a timely manner based on the predicted results.

关键词： Deep learning Transfer learning Convolutional neural network(CNN) Recurrent neural network(RNN) Ground detection Tunnel boring machine(TBM)vibration Mixed-face ground

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盾构近距离施工的IMC-PID控制模型研究

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岩石力学与工程学报 2006年第z2期25卷 4132-4138页

作者：廖少明汪敏侯学渊同济大学地下建筑与工程系上海200092 上海市政工程设计研究总院上海200092

针对盾构近距离施工中变形控制的特点,以变形控制为目标,采用系统控制论的思想和方法,提出一种基于内模控制的IMC-PID参数整定方法的盾构施工控制方法。分析研究盾构施工控制中正面土压力和盾尾注浆两个关键参数对紧邻隧道变形影响的全... 详细信息

针对盾构近距离施工中变形控制的特点,以变形控制为目标,采用系统控制论的思想和方法,提出一种基于内模控制的IMC-PID参数整定方法的盾构施工控制方法。分析研究盾构施工控制中正面土压力和盾尾注浆两个关键参数对紧邻隧道变形影响的全过程控制模型APLOC。仿真结果显示,此控制模型具有很好的稳定性和鲁棒性。实际控制效果明显,相邻隧道变形控制在5mm之内。

关键词：隧道工程盾构近距离施工变形 IMC-PID控制

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盾尾密封对盾构周边渗流场及正面稳定的影响

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同济大学学报（自然科学版） 2008年第2期36卷 172-177,192页

作者：廖少明余炎程致高同济大学地下建筑与工程系上海200092 浙江舟山连岛工程建设指挥部浙江舟山316000

基于地下渗流基本方程,采用有限差分法对江底隧道盾构施工中产生的周边渗透力进行了分析,并推导了渗流条件下盾构正面稳定的判别公式.分析表明:隧道开挖后,隧道周边土层的孔隙水压力将重新分布,开挖面附近孔隙水压力等值线呈楔形体,隧... 详细信息

基于地下渗流基本方程,采用有限差分法对江底隧道盾构施工中产生的周边渗透力进行了分析,并推导了渗流条件下盾构正面稳定的判别公式.分析表明:隧道开挖后,隧道周边土层的孔隙水压力将重新分布,开挖面附近孔隙水压力等值线呈楔形体,隧道开挖面上孔隙水压力变化达到最大;而开挖面附近的总水头等值线围绕开挖面呈环形分布,渗透力的最大值出现在开挖面上及盾尾透水处.土中渗透力使隧道开挖面稳定性系数减小,但盾构压力舱内的泥水压力有利于隧道正面的稳定.分析还表明,如果盾构掘进过程中盾尾有透水现象,则整个盾构机将处于水头产生较大变化的范围之内,会导致极其严重的后果.

关键词：江底盾构隧道砂性土正面稳定性渗流作用有限差分法

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考虑土拱效应的盾构隧道开挖面稳定性

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同济大学学报（自然科学版） 2015年第2期43卷 213-220页

作者：武军廖少明时振昊同济大学土木工程学院上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

在考虑松动土体内的三维土拱效应和开挖土体与刀盘摩擦力的基础上,改进了传统的筒仓楔形体模型计算方法.结果表明:最小土压应力并不是传统方法假设的均匀分布形式,而是近似呈抛物线分布;土的黏聚力、内摩擦角、刀盘与松动土体间的摩擦... 详细信息

在考虑松动土体内的三维土拱效应和开挖土体与刀盘摩擦力的基础上,改进了传统的筒仓楔形体模型计算方法.结果表明:最小土压应力并不是传统方法假设的均匀分布形式,而是近似呈抛物线分布;土的黏聚力、内摩擦角、刀盘与松动土体间的摩擦角以及埋深等物理参数对其最小土压应力均有一定程度的影响;降低刀盘与开挖面土体间的摩擦角可以显著增加开挖面的极限稳定性.通过与模型试验结果和其他计算方法的对比分析,验证了本文计算方法的合理性.

关键词：盾构隧道土拱效应最小土压应力开挖面稳定

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基于数字孪生的建设工程项目管理数字化

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土木工程学报 2024年第7期57卷 106-128页

作者：宫志群王永志廖少明中国建设基础设施有限公司北京100044 同济大学上海200092

我国大型建设项目具有规模大、工序复杂交叉、信息碎片化、劳动力短缺等问题,对传统项目管理方式形成了挑战,项目管理数字化需求十分迫切,其中数字孪生是当前实现项目管理数字化的重要手段。通过研究数字孪生的内涵、孪生映射以及数字... 详细信息

我国大型建设项目具有规模大、工序复杂交叉、信息碎片化、劳动力短缺等问题,对传统项目管理方式形成了挑战,项目管理数字化需求十分迫切,其中数字孪生是当前实现项目管理数字化的重要手段。通过研究数字孪生的内涵、孪生映射以及数字孪生成熟度评价,并结合南通绕城高速公路项目的应用实践,总结并提出基于数字孪生的建设项目管理数字化转型的实现路径、技术手段及建议。主要结论如下:(1)基于数字孪生内涵,构建了建设项目管理的数字孪生模型及考虑生命周期、模型映射、功能和数据完备性的四维度数字孪生成熟度评价模型。(2)采用BIM、GIS、UAV和IoT技术集成,在BIM“一模到底”理念下构建以BIM为数据载体的高速公路项目的数字孪生模型,实现孪生体虚实精准映射。(3)基于数字孪生的工程项目管理数字化具有提升组织管理能力、管理效益提升、提升工程质量、项目数字资产价值再生等意义。(4)为切实推动建设项目管理数字化,需根据项目特点,着力解决项目结合、理念转变、组织保障和技术支撑等问题。

关键词：建设项目管理数字孪生数字化建筑信息模型

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软土地层中分隔型基坑变形特性及应力路径

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同济大学学报（自然科学版） 2021年第8期49卷 1116-1127页

作者：李航廖少明汤永净申明亮同济大学土木工程学院上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 同济大学浙江学院土木工程系浙江嘉兴314051 上海建工集团股份有限公司总承包部上海200080

以上海软土地区紧邻历史保护建筑的超大地下综合体施工为例,建立考虑土体小应变特性的三维有限元计算模型,研究分隔型基坑变形特性及土体应力路径;将数值模拟结果与现场实测数据进行比对以检验模型参数取值的合理性,并基于此模型进行多... 详细信息

以上海软土地区紧邻历史保护建筑的超大地下综合体施工为例,建立考虑土体小应变特性的三维有限元计算模型,研究分隔型基坑变形特性及土体应力路径;将数值模拟结果与现场实测数据进行比对以检验模型参数取值的合理性,并基于此模型进行多工况计算分析。结果表明:仅靠优化基坑开挖顺序对基坑变形控制作用有限且不全面,有必要考虑地下结构回筑引起的基坑支护刚度和边界条件变化;先开挖小基坑并完成其地下结构回筑后再施工较大基坑的施工方案效果最优,与较不利工况相比可减小紧邻敏感建筑物侧围护结构最大侧向变形30%;不同开挖顺序、地下结构施工引起的边界条件变化,以及不同排水条件使得坑内外土体应力状态复杂多变,其中坑内土体在不同工况下呈现不同应力路径,坑外土体则呈现多次卸荷的应力路径;当应用伺服式预应力钢支撑时,坑外土体表现出先水平卸荷而后加荷的应力路径,围护结构变形控制在开挖深度的0.1%内,可有效保护周边敏感建筑物的安全。

关键词：分隔型基坑群开挖顺序地下结构应力路径伺服式预应力钢支撑

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地铁隧道建设与运营对地面房屋的沉降影响与对策

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岩石力学与工程学报 2008年第3期27卷 550-556页

作者：葛世平廖少明陈立生陈丹锡上海申通地铁集团有限公司上海201103 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092 上海第二市政工程有限公司上海200065

结合上海某地铁隧道穿越地面既有严重倾斜危房的工程实例,计算分析盾构穿越引起的施工期沉降、后期固结沉降及其对房屋的影响。基于地铁运营期间列车循环振动对隧道周边土性及孔隙水压的影响测试规律,提出地铁运营期列车长期振动下沉降... 详细信息

结合上海某地铁隧道穿越地面既有严重倾斜危房的工程实例,计算分析盾构穿越引起的施工期沉降、后期固结沉降及其对房屋的影响。基于地铁运营期间列车循环振动对隧道周边土性及孔隙水压的影响测试规律,提出地铁运营期列车长期振动下沉降的实用估算方法,预测分析地铁运营期列车振动引起的长期沉降。在此基础上制定相应的建设期施工对策,并提出地铁运营期四阶段维护控制设想,对当前形势下的软土地区地铁建设与运营具有现实指导意义。计算结果同时表明,地铁振动导致的长期沉降中约80%发生在隧道建设后10 a内,因此这10 a是采取措施的关键时期。

关键词：隧道工程地铁隧道倾斜房屋盾构穿越列车振动沉降分析

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基于支撑轴力相干性的深基坑变形主动控制

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地下空间与工程学报 2021年第2期17卷 529-540页

作者：孙九春白廷辉廖少明腾达建设集团股份有限公司上海300122 上海市国有资产监督管理委员会上海200003 同济大学土木工程学院上海200082

轴力伺服系统因能有效控制支撑轴力而得到广泛应用,但如何通过轴力来实现对围护侧向变形的精细化控制还有待研究。为此基于结构力学体系中的影响性原理,结合实际工程案例,从支撑轴力对围护侧向变形、土体流变的影响、支撑轴力的竖向相... 详细信息

轴力伺服系统因能有效控制支撑轴力而得到广泛应用,但如何通过轴力来实现对围护侧向变形的精细化控制还有待研究。为此基于结构力学体系中的影响性原理,结合实际工程案例,从支撑轴力对围护侧向变形、土体流变的影响、支撑轴力的竖向相干性等方面探讨了其在软土地铁深基坑围护侧向变形主动控制中的应用。为更好地控制基坑开挖过程中的围护侧向变形,应用轴力伺服系统时,应遵循就近原则、尽早原则及分区控制原则,并根据不同轴力损失原因判断开启轴力自动补偿功能的时机,根据流变增量来不断调整轴力,使得轴力作用下坑内土体流变趋于收敛。结果表明,运用结构影响性原理,通过轴力伺服系统对支撑轴力主动调整,可实现对围护结构侧向变形的精细化主动控制,使围护的实际状态趋于目标状态,值得推广应用。

关键词：伺服系统结构影响性主动控制相干性侧向变形

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