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盾构掘进参数与轴线偏差关联方法研究与应用

盾构掘进参数与轴线偏差关联方法研究与应用

作者：胡磊西安电子科技大学

学位级别：硕士

盾构隧道施工是一项大型复杂动态系统,在盾构施工过程中,由于地质环境随时间、空间变化,盾构推进系统与地质环境系统的相互作用,盾构机复杂控制原理等因素,使得合理掘进速度不易确定,盾构掘进方向对变,可能发生盾构机抬头、低头、偏移... 详细信息

盾构隧道施工是一项大型复杂动态系统,在盾构施工过程中,由于地质环境随时间、空间变化,盾构推进系统与地质环境系统的相互作用,盾构机复杂控制原理等因素,使得合理掘进速度不易确定,盾构掘进方向对变,可能发生盾构机抬头、低头、偏移、蛇形推进等状况,不利于隧道轴线控制。随着全球盾构施工技术快速发展,智慧盾构施工成为国内外学者的研究热点。大数据分析技术能够对盾构过程产生的大量数据进行分析挖掘,进而实现盾构过程中的风险管控、决策支持,是智慧盾构施工的不二之选。综上所述,本文在盾构掘进业务分析、机理分析的基础上,通过分析影响轴线偏差的关键因素,深度挖掘盾构掘进参数与轴线偏差关联关系。应用大数据分析技术,将海量但未利用的数据信息有效地转变为机理知识经验,补充传统施工方法的不足,为盾构施工提供决策支持、风险管控,有利于盾构施工质量控制,为盾构施工技术的智能化提供参考,进一步可以为大数据技术实际工程应用等方面提供参考,具有重要的经济效益和社会效益。本文主要内容如下:(1)分析了盾构试掘进机理和盾构轴线偏差机理,简述了盾构掘进数据基础。在此基础上,设计构建了盾构掘进参数与轴线偏差关联方法总体分析框架,包括盾构掘进数据处理,掘进参数相关性分析,影响盾构轴线偏差关键掘进参数分析、盾构掘进参数与轴线偏差关联模型研究。(2)以盾构轴线偏差为目标,基于随机森林特征选择算法进行关键掘进参数分析,根据评分进行掘进参数重要度排序,并通过交叉验证来找到最优的关键掘进参数数量,得到与轴线偏差最相关的掘进参数。(3)以分析盾构掘进参数与轴线偏差关联关系为目标,提出了盾构掘进参数与轴线偏差定性关联分析模型,该模型以Apriori算法为基本理论,将连续的盾构掘进数据离散化得到适合Apriori算法分析的数据资源格式,利用逐层搜索的迭代方法找出数据中的隐含关系,以形成规则,通过筛选与评估,得到了盾构掘进参数与轴线偏差之间的定性关联关系。(4)以分析盾构掘进参数与轴线偏差关联关系为目标,提出了盾构掘进参数与轴线偏差定量关联分析模型,该模型以贝叶斯网络为基本理论,根据盾构施工原理专家知识和实际盾构数据,构建起盾构掘进参数与轴线偏差关联问题的贝叶斯网络,利用贝叶斯网络进行轴线偏差概率推理,得到了盾构掘进参数与轴线偏差之间的定量关联关系。最后以某盾构施工项目为例,对本文所述的方法进行了验证,结果表明以上方法能有效分析盾构掘进参数与轴线偏差关联关系,验证了方法的可行性和有效性。

关键词：盾构掘进参数轴线偏差关联方法定性关联分析定量关联分析

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盾构掘进参数分析与安全控制

盾构掘进参数分析与安全控制

作者：刘雪桦上海应用技术大学

学位级别：硕士

随着国家建设的不断发展,城市轨道交通的需求也日益增长,与轨道交通相关的工程建设也逐步完善。盾构方法作为轨道交通隧道施工的主要方法,是影响轨道交通安全施工的重要因素之一。随着我国对建设项目的安全要求及环保意识的不断提高,对... 详细信息

随着国家建设的不断发展,城市轨道交通的需求也日益增长,与轨道交通相关的工程建设也逐步完善。盾构方法作为轨道交通隧道施工的主要方法,是影响轨道交通安全施工的重要因素之一。随着我国对建设项目的安全要求及环保意识的不断提高,对盾构掘进参数的分析与安全控制进行研究,在保障施工安全、施工效率的提高和工程成本的节约都具有重大的指导意义。本文依托深圳地铁5号线民五区间站的工程背景,基于施工现场收集到的盾构的实时掘进参数,分析了盾构掘进参数间的线性关系,研究了掘进参数对地层的影响并建立了地层识别模型,最后提出了基于BP神经网络的盾构掘进参数的预测模型。具体研究成果如下:（1）选取刀盘扭矩和转速、总推力、掘进速度、贯入度5个关键的盾构机掘进参数,通过数理统计方法分析掘进参数之间相关性。以刀盘扭矩和转速、贯入度、盾构总推力为输入变量、下一环的盾构掘总推力为输出变量,基于BP神经网络模型预测下一环的盾构掘总推力,可作为现场盾构施工的参考依据,同时可以提高盾构施工的精度要求,可以更好的指导施工。（2）分析了深圳地铁5号线民五区间站的地质情况。通过查阅相关资料,深圳地铁5号线主要穿越的土体类型主要为碌质粘土、微风化等花岗岩和球状风化体,地层土壤特征和物理力学性质十本论文主地层分析的主要内容。分析了土压平衡盾构机工作原理、分类情况和基本构造、对工作原理和工作流程进行了简述。结合MIDAS GTS（Geotechnical and Tunnel analysis System）进行有限元数值模拟,模拟盾构在不同掘进总推力的地层沉降情况,从而分析盾构掘进参数的变化对地层沉降的影响。（3）采用局部Fisher判别分析方法,通过盾构施工现场实时获取的数据,基于KNN（k-NearestNeighbor）分类器有效地分离不同性质的地层,实现盾构掘进过程中地层的在线判别,从而提高盾构机施工效率,降低施工风险和成本。

关键词： MIDAS/GTS模拟盾构掘进参数局部Fisher判别分析土压平衡盾构

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合肥地区复合地层盾构掘进参数控制研究

隧道建设（中英文） 2020年第3期40卷 435-443页

作者：秦佳佳中铁二十四局集团安徽工程有限公司安徽合肥230011

为保证合肥地铁盾构隧道的施工安全,基于合肥地层情况,通过PLAXIS 3D岩土有限元软件模拟穿越软土、硬岩及复合地层3种不同地层条件的盾构掘进过程,研究开挖面支护力N、盾构钢壳锥度引起的收缩率C和壁后注浆压力p对地表沉降和围岩变形响... 详细信息

为保证合肥地铁盾构隧道的施工安全,基于合肥地层情况,通过PLAXIS 3D岩土有限元软件模拟穿越软土、硬岩及复合地层3种不同地层条件的盾构掘进过程,研究开挖面支护力N、盾构钢壳锥度引起的收缩率C和壁后注浆压力p对地表沉降和围岩变形响应的影响规律。研究结果表明:1)支护力N和注浆压力p对地表沉降的影响受地层和埋深的限制较大,收缩率C则相对较小;2)从地表沉降上看,盾构掘进参数(N、C、p)对软土层的影响最大,复合地层次之;3)p对管片上浮和管片内力的影响显著,不宜设置过高,软土层对p最为敏感,硬岩和软硬复合地层次之。最后,将这些影响规律应用于合肥地铁4号线某区间的盾构掘进参数控制中,结合现场数据分析,结果表明盾构掘进姿态正确,地表沉降稳定,掘进参数合理可靠。

关键词：复合地层注浆压力盾构锥度开挖面支护压力盾构掘进参数地铁隧道数值模拟

EFPI的地层关联性与复杂地层盾构掘进参数的演化规律分析

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隧道建设（中英文） 2021年第S02期41卷 215-221页

作者：黄继辉唐志成张晓辉陈小羊郭晓中建海峡建设发展有限公司福建福州350015 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074 中建七局交通建设有限公司河南郑州450004

盾构掘进参数的演化规律是复杂地层盾构施工中地层感知和大数据分析研究的基础,福州地铁某区间沿线穿越淤泥质土、黏土、碎卵石、强风化和中风化硬岩等16种地层,针对该工程地层复杂的特点,提出考虑土舱压力影响的有效比推力指标EFPI用... 详细信息

盾构掘进参数的演化规律是复杂地层盾构施工中地层感知和大数据分析研究的基础,福州地铁某区间沿线穿越淤泥质土、黏土、碎卵石、强风化和中风化硬岩等16种地层,针对该工程地层复杂的特点,提出考虑土舱压力影响的有效比推力指标EFPI用于表征地层条件的变化,并对依托工程盾构掘进参数的演化规律进行分析,得到如下结果:1)复杂地层中,EFPI在评估盾构切削围岩的难易程度,区分土层和强风化硬岩上的效果方面优于目前常用的FPI指标。2)EFPI与地层标贯击数呈线性正相关,土—风化岩交互的复杂地层施工中可采用Log(EFPI)=2.3作为划分土层和强风化硬岩地层的判断依据。3)Log(EFPI)和Log(TPI)正相关,Log(EFPI)和掘进速度v反相关,且土层中特征点的离散性很大;而强风化硬岩、强—中风化硬岩过渡段的特征点离散性较小,拟合得到强风化硬岩和强—中风化硬岩过渡段Log(EFPI)和Log(TPI)、Log(EFPI)和v的函数关系。4)Log(EFPI)≤2.3时,建议掘进速度控制以保持土舱压力稳定为主;Log(EFPI)>2.3时,建议根据EFPI数值采用合理的掘进速度以提高掘进效率。

关键词：复杂地层盾构掘进参数演化规律有效比推力地层关联性

砂黏复合地层盾构掘进参数变化规律及掘进速率预测研究

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隧道建设（中英文） 2019年第7期39卷 1125-1131页

作者：于云龙管晓明王旭春聂庆科张若凡青岛理工大学土木工程学院山东青岛266033 河北建设勘察研究院有限公司河北石家庄050031 河北省岩土工程技术研究中心河北石家庄050031

为研究砂黏复合地层中复合比与盾构掘进参数之间的规律,依托石家庄地铁1号线白留区间隧道工程,基于现场盾构掘进试验,通过对盾构原始掘进参数的二次转换,建立标准推力-标准转矩特征空间,并对传统盾构掘进速率模型进行修正。研究结果表明... 详细信息

为研究砂黏复合地层中复合比与盾构掘进参数之间的规律,依托石家庄地铁1号线白留区间隧道工程,基于现场盾构掘进试验,通过对盾构原始掘进参数的二次转换,建立标准推力-标准转矩特征空间,并对传统盾构掘进速率模型进行修正。研究结果表明:1)正常掘进状态下,标准推力和标准转矩成对数关系,随着复合比的降低,标准推力和标准转矩增加;2)根据参数点在特征平面的分布和对应的施工状态,将特征平面划分为Ⅰ区(正常掘进区)、Ⅱ区(转矩偏大区)和Ⅲ区(推力偏大区),并依据复合比的不同,将正常掘进区进一步划分为Ⅰ1、Ⅰ2、Ⅰ3、Ⅰ4区;3)基于标准推力和标准转矩,建立适用于砂黏复合地层的掘进速率预测模型。

关键词：盾构砂黏复合地层复合比盾构掘进参数标准推力标准转矩掘进速率预测模型

厚冲积地层盾构掘进参数设定及地表变形规律研究

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防灾减灾工程学报 2018年第3期38卷 487-497页

作者：孙捷城王国富路林海刘瑞琪李罡唐卓华济南轨道交通集团有限公司

盾构掘进参数与地质条件密切相关,在厚冲积黄-黏土层中掘进参数计算及地表变形规律具有显著的地异性特征。通过统计分析济南轨道交通R1线直径6.68m盾构隧道现场实测数据,明确了盾构掘进参数设定范围和修正计算公式,探究了掘进参数间相... 详细信息

盾构掘进参数与地质条件密切相关,在厚冲积黄-黏土层中掘进参数计算及地表变形规律具有显著的地异性特征。通过统计分析济南轨道交通R1线直径6.68m盾构隧道现场实测数据,明确了盾构掘进参数设定范围和修正计算公式,探究了掘进参数间相关性及其对地表变形的影响规律。研究结果表明：盾构总推力、刀盘扭矩、土仓压力的理论计算修正系数分别为0.677-0.753、0.882-1.260、0.985-1.641;同步注浆量、出土量与掘进速度呈较强线性相关;盾构掘进参数对地表变形规律影响显著,最大地表沉降量及地层损失率随土仓压力的减小而增大,随掘进速度增大呈二次函数递减,随同步注浆率增大呈线性递减。

关键词：厚冲积地层盾构掘进参数地表变形参数关联性现场实测

基于半舱气压法的大直径泥水盾构掘进参数与地表沉降研究

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铁道科学与工程学报 2019年第10期16卷 2530-2537页

作者：田勇坚杜守继孙伟良程凯书上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 河南铁路投资有限责任公司河南郑州450010

以新郑机场至郑州南站城际铁路盾构段隧道施工为背景,针对泥水盾构在黏土地层中刀盘结泥饼问题,提出半舱气压工法,并对半舱气压法下开挖舱内液面高度、气压值的设定进行分析。研究半舱气压法下盾构掘进参数(掘进速度、推力、扭矩、转速... 详细信息

以新郑机场至郑州南站城际铁路盾构段隧道施工为背景,针对泥水盾构在黏土地层中刀盘结泥饼问题,提出半舱气压工法,并对半舱气压法下开挖舱内液面高度、气压值的设定进行分析。研究半舱气压法下盾构掘进参数(掘进速度、推力、扭矩、转速)的变化特征,并给出掘进速度与其他盾构参数的关系式,同时对隧道掘进引起的地面沉降进行监测分析。研究结果表明:盾构掘进速度从4.9 mm/min增加至25.4 mm/min,隧道掘进造成的地面沉降稳定,最终沉降量为-4 mm,泥水盾构半舱气压工法在黏土地层隧道施工中具备一定的工程适用性。

关键词：盾构隧道半舱气压法黏土地层盾构掘进参数地表沉降

复合地层地质参数与水下大直径盾构掘进参数相关性预测研究

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铁道标准设计 2023年第8期67卷 129-135页

作者：范文超卢高明张兵周建军盾构及掘进技术国家重点实验室郑州450001 中铁隧道局集团有限公司广州511458

为探索复合地层地质参数与水下大直径盾构掘进参数的内在联系,以汕头海湾隧道工程为背景,采用BP神经网络方法构建相关性预测模型,实现从地质参数到掘进参数的量化预测。研究结果表明:(1)通过建立基于掘进环数的地质参数及盾构稳定掘进... 详细信息

为探索复合地层地质参数与水下大直径盾构掘进参数的内在联系,以汕头海湾隧道工程为背景,采用BP神经网络方法构建相关性预测模型,实现从地质参数到掘进参数的量化预测。研究结果表明:(1)通过建立基于掘进环数的地质参数及盾构稳定掘进时的掘进参数数据库,可有效表征地质及设备特性;(2)通过数据预处理、优选网络结构及训练函数,构建基于BP神经网络的相关性预测模型,总推进力、刀盘转速、掘进速度和刀盘扭矩平均误差小于6%,最大误差小于18%,预测效果较好,基本达到工程要求。基于BP神经网络相关性预测模型,输入地质参数即可定量预测掘进参数,结构简单、运算方便、精度较高。

关键词：复合地层水下大直径盾构盾构掘进参数 BP神经网络相关性预测模型

基于K-means聚类算法的盾构掘进参数设定方法研究

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隧道建设（中英文） 2018年第11期38卷 1772-1777页

作者：胡珉樊杰上海大学-上海城建建筑产业化研究中心上海200072 上海大学土木工程系上海200072

盾构掘进参数的合理设定是保障盾构隧道施工质量和安全的基础。为实现掘进参数的准确设定,基于典型工程类比设定理论,将K-means聚类算法与经验公式设定法相结合,提出盾构掘进参数类比设定法(SAPAS),实现典型工程工况掘进参数的自动提取... 详细信息

盾构掘进参数的合理设定是保障盾构隧道施工质量和安全的基础。为实现掘进参数的准确设定,基于典型工程类比设定理论,将K-means聚类算法与经验公式设定法相结合,提出盾构掘进参数类比设定法(SAPAS),实现典型工程工况掘进参数的自动提取和匹配。与传统的经验公式法相比,SAPAS改善了经验公式的实际使用效果,能够更准确地进行参数设定,有利于提高施工质量和安全。通过在上海轨道交通的部分工程中进行实践,取得了良好的施工效果。

关键词：盾构掘进参数 K-means聚类算法经验公式设定法类比设定法