文摘

长途和紧密的土压平衡盾构隧道的施工期间在北京桑迪鹅卵石地面产生非常积极的影响在把握施工进度和提高组织效率。基于现场土压力的实时监测数据,铣头速度、总推力,螺旋输送机速度、刀盘扭矩,本研究调查了盾进步率之间的相关性和上述参数基于多元非线性回归分析方法,该放下盾牌进步率预测的基础。预测模型取得了令人满意的结果,并进一步应用于机场项目。指导意义的结果表明,它是用多元回归方法建立盾预测模型,提出了最佳进步参数,确保施工进度。四个操作参数的顺序影响进步率总推力,刀盘扭矩,螺旋输送机速度和铣头的速度。当发展时间大于57分钟,平均发展速度和日常进度是高度正相关。发展的研究提供了一个可靠的基础利率预测,安全控制和参数优化盾构发展类似的地面。

1。介绍

在中国城市规模的不断扩大,城市轨道交通发展更快更有效率,和大口径、长距离盾构隧道已经被广泛应用。这些隧道盾一直进步的距离和严密的施工周期,这就需要更高标准的相应的施工组织和管理。为了更好地控制隧道进步,进步速度的预测可以根据现有的经验和操作参数,确保盾构隧道快速、高效。

作为中国最重要的政治和文化中心,北京已经在地下交通近年来发展迅速。北京的主要组件桑迪鹅卵石地面弱风化卵石颗粒抗压强度高和大,柔软,easy-flowing沙(1]。粒子在点对点的接触和外部反应很敏感。面对工程地质条件的复杂性和不确定性这层2,3),盾牌进步率预测模型的建立尤为重要,为了确保安全,控制地表沉降,施工进度。大大,盾牌进步率控制更多的取决于手册施工操作(4]。通过操作参数的分析,可以更好地量化施工人员水平和实现率的预测。提出了评价公式的隧道掘进机(TBM)指数相关扭矩,推力,和渗透,得到预测模型5),它可以保证盾进步速度高和安全。在曼谷地铁的发展4),一个进步率之间的关系,提出了土压力。通过地面监测、地球船用压力和注浆压力的影响讨论了盾进步率(6]。

基于数值模拟和经典理论计算,盾牌发展过程已经进行了广泛的研究。通过高斯曲线沉降槽理论和有限元模拟,盾构隧道的施工对地面沉降的影响也被充分研究[7- - - - - -9]。以前一些研究揭示隧道发展的动态响应10- - - - - -13]。此外,人工智能方法正逐渐被应用于地下工程(14- - - - - -17]。然而,人为因素对操作参数的影响很难考虑(18];因此,它通常不被认为是预测的盾牌。

因此,越来越多的研究试图解释操作参数之间的关系通过参数分析和建立预测模型19- - - - - -22]。通过分析TBM的设计参数(23),直径和安装推力之间的关系,刀盘扭矩,总重量,铣头速度,和圆盘刀具数量,预测发展速度的上限和下限。基于一个土耳其项目(24),大数据研究是进行铣头的四个重要参数速度、刀盘扭矩、推力,和进步率在TBM的进步过程中,可以全面预测隧道地质条件。处理促进数据之后,它可以准确地预测轴向的态度偏差的盾牌和提供一个校正法(25]。以深圳地铁为例(26),5个流行的人工智能方法的基础上,从参数相关分析,输入地质参数和操作参数,准确和灵活的预测模型。该模型建立了进化的方法混合神经网络和应用到广州地铁9号线。同时,部分衍生品敏感性分析方法用于定量评估相关影响因素的解决盾构施工(16]。计算速度快,预测效果好。在发展过程中在深圳硬岩层、地质单轴抗压强度等指标的影响(UCS),巴西抗拉强度(BTS)和Cerchar耐磨性指数(CAI),以及刀具磨损的进步速度和旋转速度,分析了(27),它提供了一个参考速度的预测。上述研究提供启发方法如何构建保护发展预测模型。

目前,很少有研究隧道盾构隧道长距离的性能的预测模型在桑迪鹅卵石地面。操作参数和进步率明显表现出非线性关系(23,28),而很少有研究利用非线性回归方法来解决保护发展。根据长途新机场线的快速发展需求,结合现场实测数据,盾牌发展预测模型得到的多元回归方法,简单、可靠。通过对大量数据的统计分析,总结了盾进步的最佳范围,和不同操作参数对进度的影响率定量比较,具有很强的实用性。此外,进步率之间的关系和日常进步是有效地进行了讨论。这项研究提供了一个有用的参考施工速度和进度控制的预测。

2。工程背景

2.1。项目概述

北京新机场线,主要通过沙和卵石地层、构造使用大直径土压平衡盾。隧道项目的工期紧的特点,长盾构穿越卵石地层,长区间隧道,严重的施工组织难度。

如图1,部分2∼307-bid是最长的新机场线的屏蔽部分以及最长的北京地铁的盾部分,总长度3847米。盾从2号开始接收从3号接收轴轴和接收。正确的线是进步,始于11月10日,2017年,左线后方线,开始直线开始后20天。这两条线终于完成了8月28日,2018年,2019年9月26日,开始操作。

在该地区接收轴2号和3号之间接收轴项目,左线的总长度为3832.39米,右线的总长度为3847.44米,这是整个线路最长的保护部分。同时使用两个土压平衡盾构施工机器的外直径9150毫米。盾构隧道的土壤厚度是9.3 - -15.1 m,水位低于地面,在3.01和7.23之间。最大坡度为5.9‰,间隔约为3840米。隧道衬砌段预制钢筋混凝土结构。隧道段的外直径是8800毫米,厚度为450毫米,内径7900毫米,宽度1600毫米。

土压平衡盾构采用了铣头的开口率60%。铣头主要由rim,辐条和刀具安排在辐条。图2显示的布局盾铣刀头从实地调查获得。工具布局如图的效果2。主体结构的高强度和刚性的设计可以确保铣头适应高扭矩和推力的工作条件建设,可减少刀具磨损,实现高效的隧道(29日]。表1详细总结了TBM的规范。

2.2。地质调查测试的部分

为了消除现有的上层建筑,建设影响的部分有一个很大的埋藏深度和周围建筑(结构)被选为测试。

同时,为了合理控制施工进度和获得进步率的合理的范围内,土压力,铣头速度、力矩、总推力,和螺旋输送机的速度在发展,盾构隧道右线85 - 184环,这称为“测试”部分中,选择进行测试。

如图3隧道测试部分主要通过淤泥④2、粉沙④3、卵石和砾石⑤。刀盘的穿隧穿的形成是显而易见的(30.]。主要土壤的物理力学指标层在测试部分如表所示2。

样本现场钻井平台被带到实验室测试,以获得更可靠的工程地质参数。密度测量的环刀方法计算体积密度;内摩擦角和凝聚力测量直接剪切试验,和侧压力系数是衡量静态侧压力系数合并工具。

3所示。盾进步参数分析

3.1。参数统计

在北京的过程中盾构隧道,施工管理部门提出一个明确的土压力控制范围,总推力和刀盘扭矩。进步率是铣头速度和渗透的产物,而螺旋输送机速度反映了进步的能力。的力量和弱点,可以说,上述6参数最关心的参数在数以百计的保护参数。更方便应用的参数集中在施工期间。在现场施工过程中,现场传感器有时失败,和参数突然降到零,如土压力,或有一个负值,如总推力。这些异常值的出现没有规律,所以删除它们可以提高分析的效率,减少异常值对模型预测的影响。

基于现场计算机实时监控数据,统计的土压力、渗透、铣头速度、总推力、刀盘扭矩,和螺旋输送机在盾图提供了发展速度4。促进一个最佳范围参数可以总结如下:土压力维持在0.6 - -1.0条,渗透是集中在25 - 35毫米/ r,铣头速度集中在1.6 - -1.8 rpm,总推力是设定在20000 - 30000 kN,螺旋输送机的速度相对稳定在7 - 10 rpm,和扭矩值集中在9000 - 12000 kN·m。

的隧道盾构隧道(环85 - 184),操作参数的变化,包括土压力(EP),渗透(PR),铣头速度(CHS)、总推力(TT),螺旋输送机速度(SCS),和刀盘扭矩(十)如图5。

3.2。敏感性分析

为了深入进行灵敏度分析,应用“相关系数”来评估操作参数和进步率之间的相关性。最常用的相关系数是皮尔逊相关系数,见以下方程: 在哪里是样本容量;和采样点。和是平均值。一般来说,当相关系数大于0.4,参数之间存在较强的相关性;当的值相关系数大于0.7,参数之间有很强的相关性。异常值的出现将干扰相关参数的分析,因此,异常值将被删除之前的参数分析。

参数之间的相关系数图所示6。

以下从图可以看出6:①基于“增大化现实”技术和P之间的相关系数为0.97,显示一个线性正相关。②基于“增大化现实”技术之间的相关系数和TT−0.53,显示出较强的负相关。这表明在桑迪鹅卵石TT达到一定值后,增加了TT甚至会产生负面影响的进步盾牌。③SCS之间的相关系数,,和AR是0.53和0.43,分别表明SCS,之间存在着良好的正相关关系,并基于“增大化现实”技术。

3.3。确定参数之间的相关性

参数对盾构施工记录和存储每10 s。为了避免排序的所有监测结果的巨大工作量,数据被分成组,进步速度的平均值表示。率之间的关系的散点图和其他参数呈现在图7。请注意,所有的计算都是基于绝对值。

可以看出,的进步率测试区只显示一个好的线性与渗透率的关系。分析后发现,其他五个参数逐渐增加,并相应地进步率增加。到达拐点之后,增长速度明显放缓,甚至逐渐减少。可以看出,存在五个重要参数的最优值。当这些参数控制在最优区间,它可以实现快速和长距离隧道安全。

基于上述分析,促进参数确定如下:土压力维持在0.7∼0.9酒吧,速度是1.675∼1.725 rpm,推力将21000∼24000 kN,扭矩是10000∼11000 kN·m。值得注意的是,螺旋输送机的速度应控制在大约9∼10 rpm。当进步率变化时,螺旋输送机的速度应该相应地调整为了保持土壤中的地堡的压力。

4所示。建立和验证预测模型的发展速度

4.1。建立进步率预测模型

多元回归分析方法被广泛使用在分析以上两个变量。泰勒展开式无限逼近回归模型应用于构建多元非线性回归模型: 在哪里是未知参数和是拉格朗日余数。

由于渗透程度显示了进步率的线性关系,这不是这里进一步考虑。五个参数,铣头速度、刀盘扭矩,盾构总推力,螺旋输送机的速度,和土压力,选择独立变量建立多元非线性模型。相应的符号和单位如表所示3。

假设

使用SPSS回归参数的计算,如表所示4。R²为0.876,表明该模型回归方程符合样本值,然后呢F= 14240表明拟合效果在0.05水平具有重要意义。

比较的绝对值t独立变量的影响的订单可以获得如下:总推力>铣头转矩>螺旋输送机速度>铣头速度>土压力,它提供了在发展过程中参数控制的基础。用计算结果建立模型,预测模型适用于地层盾的进步率在正常施工可以获得:

4.2。验证的进步率预测模型

测量数据是用于验证上述率预测模型,如图8。相关系数是0.88。可以看出,实际测量值普遍高于安装数据,但它可以适应发展的趋势率测试部分的施工。同时,如果它是一个长距离隧道预测,误差将进一步降低(4]。相信该模型适用于预测盾进步率的鹅卵石地面,并进一步研究可作为盾的基础施工进度预测和参数优化在桑迪鹅卵石地面在北京。

在隧道过程中,进步的速度的频率整行(包括左、右政党之间的分界)记录。安排如表所示5。

直线的频率预测数据0-50毫米/分钟高于测量数据,和测量数据的频率超过50毫米/分钟是略高于预测数据,但总体趋势基本上是一致的。每个频带的频率基本上是相同的,和相关系数是0.9。左、右线表现同样,相关系数为0.88。这表明进步率的预测模型是有效的,可以应用于研究的鹅卵石地面的新机场线。

5。进步率预测模型的应用

当盾牌提前时间是相同的,与提高掘进速度,每天将建立更多的进步戒指,,每天的进步是更好。然而,由于工程地质的复杂性,在实际的施工过程和手工操作的不确定性,很难保证一个稳定的进步。

因此,有关操作参数部分2 - 3项目的07-bid部分从1月6日,2018年2月2日,2018年,被记录,如表所示6。在分析每日进展,最大速度、最小速度,平均速度,标准差,和日常发展时间和消除异常值,结果表明,最小速度和每天的进步并不相关。这是因为进步率在隧道过程中不断变化,所以发展速度的最小值没有影响日常的研究进展。

为了分析进步率之间的相关性和每日进步很明显,发展时间分组,如表所示7。

通过公式(1),三个实验小组的相关系数进行了分析,如图9。图中的参数之间的相关性是由黑暗的颜色,这表明高度相关,而光的颜色显示弱或无相关性。深蓝色表示强烈正相关和深红色表示强烈的负相关。红色字体表示相关系数是负的。在图所示的线性相关性评价10。

如图10,当每日进步时间小于30分钟,没有进步率之间的相关性,每天的进步,进步之间有很强的正相关时间和每日进展(r> 0.8)。这表明每日进展主要是发展进步时间时间是影响小。当《每日进步时间变得更长(超过30分钟,但不到57分钟),没有进步率之间的相关性,发展时间,每日进展(r小于0.4),但是有一种强烈的负相关标准偏差之间的进步率和每日进展(r< 0.8)。这表明,稳定的发展速度将确保每天更好的进步。当《每日进步时间超过57分钟,平均速度发展和进步的标准偏差率与每日进展(呈正相关r> 0.8)。这表明当进步率相对较高的速度,每天的进步是显著增加。

图不仅显示了每个参数之间的相关性,每天的进步,也显示了每个参数之间的相关性。分析这些参数的相关性有助于更深入地理解《每日进展的影响。随着进步的时间变得更长,平均最大进步速率的影响价值越来越明显(r从−0.41增加到0.99)。每天的进步时间平均率有显著影响。随着时间增加挖掘,对平均速度变化正相关的影响无关(r从0.70下降到0.14−)。的标准偏差率与日常推进时间变大,和其相关的平均利率从消极变为积极的(r从−0.77增加到1.00)。参数之间的关系是复杂和非线性影响每天的进步。自相关系数分析只考虑线性相关性,趋势分析。

新机场的建设周期线紧,长度和进步很大。实际发展时间较长,符合安全施工要求。当发展时间长(超过57分钟),平均发展速度和日常进度是高度正相关。因此,整条线的施工进度记录,和盾使用预测模型。发展进步保护启动,正常开挖,盾构接收阶段是不同的。为了显示每个阶段的施工组织显然,整条线的施工进度工程背景下组织和策划,如图11和12。

盾构隧道后的间隔可以分为四个阶段:初始阶段,正常开挖阶段,该工具维护阶段,接受阶段。一开始和接收阶段的盾,需要密切关注的影响最终加固,以确保没有漏的水隧道的入口处。同时,初步建立土压力和接收土压力应逐渐减少,所以发展速度缓慢,平均不超过5环/天。

一般来说,在正常开挖阶段的盾牌,两条线的平均每日进步可以达到超过10环/天,实现快速长距离隧道。预测模型取得了较好的结果。然而,在施工期间,左、右线改变工具已经有大约一个月,工期延长。因此,除了提高发展速度在实际建设中,合理规划应在早期阶段,该工具改变距离应该预先判断,提前检查好应该发掘。

土压力是0.8条,铣头速度是1.7转,总推力24000 kN,螺旋输送机的速度是9 rpm,刀盘扭矩11000 kN·m。用上面的参数方程(4)生产= 36.93毫米/分钟,接近平均水平的40毫米/分钟的正常发展阶段。预测误差是7.6%,这是在允许范围内。因此,上述参数的值可以确保安全、快速长距离隧道。

6。结论

本文的预测模型发展的桑迪鹅卵石地面的土压平衡盾构,和盾牌上的主要操作参数的影响发展速度进行了研究。验证关系建立和应用发展速度分析中一个新的机场线的施工进度。相信本研究奠定了基础为未来的盾牌进步率预测,类似项目的安全控制和参数优化。主要结果如下:(1)盾牌进步率通过多个回归预测模型。拟合精度高,接近现实,它可以提供一个参考类似的strata-related模型的建设。最优参数的保护发展研究项目的土压力0.7∼0.9酒吧,铣头的速度1.675∼1.725 rpm,总推力21000∼24000 kN,螺旋输送机9∼10 rpm的速度,和扭矩10000∼11000 kN·m。(2)之间存在着线性关系进步率和渗透,而其他操作参数不相关线性进步率。当这些参数控制在最优区间内,快速长距离隧道可以安全的前提下实现。的四个操作参数对推进速度的影响如下:总推力,刀盘扭矩,螺旋输送机速度和铣头的速度。(3)通过分组每日进步率现场施工期间,每日进展和最大速率之间的关系,最低速度,平均速度,标准偏差率,每天进步的时间进行了研究。发现,当每日进步时间大于57分钟,有一个强大的进步率之间的线性相关性和每日进展,验证整体进步的预测基于进步率。

建立预测模型的过程中发展速度在北京桑迪鹅卵石地面,隧道的影响几何条件和地质和岩土条件尚未量化深度。的基础上,建立了预测模型,总体进度预测模型建立的盾可以进一步考虑活跃的工具变化的影响。将上述方面进行更多的工作。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从第一作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

目前的工作是由中国国家自然科学基金(U1261212)。