为阐明机器学习在盾构掘进地表变形预测中的关键要点,本研究介绍了机器学习的发展背景,并从数据库建立及数据预处理、模型框架构建、模型评价等方面综述了机器学习的工程应用情况。提出目前相关研究存在的不足之处在于缺少专业公共数据库,工程数据质量参差不齐;对于不同地层类型的工程,模型易出现过拟合问题。同时探讨了机器学习在盾构掘进地表变形预测中发展的方向包括算法之间的有效结合可以取长补短;特征选取和超参数调优仍有较大的研究和应用空间。

国内外多起盾构隧道倒塌事故中,衬砌结构的倒塌发展过程均表现出连续性破坏的特征,造成严重的经济损失与人员伤亡。但我国的相关研究尚处于起步阶段,对事故的触发条件、发展过程、有效防控措施的认识不足,制约了我国城市轨道交通的高质量发展。在2003年至2020年国内外近百起盾构隧道事故案例以及23起典型案例统计分析与调研的基础上,对盾构隧道连续性破坏事故的主要特征进行分析。以统计的方法,分析隧道破坏事故的初始破坏位置、穿越地层、破坏程度等因素及其相互关系,明确破坏的主要特征。基于多案例综合分析,概化提炼出事故中衬砌结构的破坏发展过程,并与隧道结构最终的破坏程度形成对应。最后综合考虑隧道结构-周边地层的共同作用体系,对破坏过程中周边水土的响应发展进行分析,指出盾构隧道连续性破坏属于流固耦合动力学问题。本研究成果有助于提高对盾构隧道连续性破坏的相关认识,为相关事故的防控提供指导。

系统总结了用于隧道开挖引起地层变形分析与预测的4类方法:理论解析法、经验公式法、数值分析法和模型试验法。阐述4类解析法的基本理论、常用的地层变形经验公式和主要参数的确定方法,介绍数值分析法的发展历程,并从土体本构模型和隧道数值模拟方法两方面展开详细描述;概述基于1g缩尺模型装置和离心机系统的两类模型试验方法。根据各种方法的优缺点,为我国盾构隧道地层变形预测提出建议。

结合云南某公路隧道多种类型的检测数据,研究渗漏水病害与各影响因素的量化关系;基于生存分析方法,建立预测渗漏水病害随各影响因素与时间发展的Weibull损伤累积模型;讨论该模型参数的物理意义合理性,并验证模型预测结果的准确性。研究发现,该隧道渗漏水病害影响因素的重要性大小依次为:衬砌背后空洞、围岩等级、施工缝、时间;此外,根据模型预测,该隧道的渗漏水将随时间持续发展,因此建议及时采取止水等维护措施。本研究为诊断隧道病害主要影响因素和预测隧道病害未来发展提供了一种新方法。

隧道排水管结晶堵塞病害的防治对隧道结构安全和隧道正常运营至关重要。在系统梳理国内外研究资料的基础上,对隧道排水管结晶过程及机理进行分析总结,将隧道排水管中结晶过程概括为三个主要阶段:地下水对喷射混凝土的渗透过程,混凝土中钙的溶出过程,排水管中结晶体的沉积过程。基于结晶体物质来源与其结晶过程,将影响隧道排水管结晶堵塞的因素分为内因和外因两大类,内因包括地下水水质类型、围岩类型、喷射混凝土特性三类,外因包括排水管中溶液特性(包括溶液中CO₂含量、pH值、含盐量、水流流速)、环境因素(温度、压力)和工程因素三类,并详细进行阐述;并从排水系统设计、排水管材质以及混凝土配合比方面对排水管结晶堵塞的预防技术进行探讨;对隧道排水管结晶堵塞的机械、物理、化学、生物处置方法进行详细论述和评析。本研究可为隧道排水管结晶堵塞病害的防治提供理论参考。

针对城市地下空间网络化拓建工程施工安全风险控制难题,通过调研及归纳总结,提出近接增建、连通接驳、竖向增层、以小扩大和多维拓展5种网络化拓建方式;研究分析网络化拓建工程施工的风险特点,构建规划阶段安全预控、设计阶段结构安全冗余设计、建设阶段主动控制及品质评价验证和反馈的安全前置的规划设计方法,形成网络化拓建工程全过程安全控制技术;提出基于拓建扰动度分级控制、针对拓建工程四要素(拓建结构、既有结构、地层及周边环境)的安全控制措施,构建网络化拓建工程新的施工安全监测指标体系,并在施工过程中全面实施安全风险防控。研究成果为城市地下空间网络化拓建工程的规划设计及安全建造提供了理论指导和技术支撑。

火灾是运营期公路隧道面临的主要风险之一。由于隧道狭长的结构形式,使得隧道火灾往往会造成严重的经济损失和人员伤亡。为了提高公路隧道的防火安全性和应急处置能力,本研究基于大数据系统、机器学习模型、火源识别技术、机器人装备等多种先进技术和手段,对于如何建立公路隧道智能火灾应急与疏散体系展开研究,重点阐述了体系中各子部分的功能与组成。根据本研究所提出的方法和路径,研究及工程人员可以快速设计特定隧道的智能火灾应急处置系统,保障通行人员生命财产安全和交通枢纽的顺畅通行。

传统的爆破设计大都以经验为主,缺乏针对全断面光爆炮孔设计的系统性自动化布置算法。结合爆破设计规范和已有炮孔布置算法,从计算机图形学、单纯形积分以及自动化布置等方面出发,提出一种适用于多种断面形态的炮孔程序化、自动化的布置算法。通过隧道断面的数据结构表征、几何参数计算,以及分区爆破流程化对各个区域的炮孔布置算法进行详细介绍。对该算法在非规则梯形、半圆拱形、圆形和椭圆形这4种断面形式的隧道上进行自动化炮孔布置,验证了自动化炮孔布置算法和程序的可行性。

为全面了解黄土隧道深浅埋界限划分的研究进展,从理论研究、数值模拟、模型试验和实测分析4个方面分别阐述黄土隧道深浅埋界限划分的研究现状。结果表明:理论研究多是基于围岩压力与形变压力等随隧道埋深的变化规律进行研究分析,在变化规律中寻找最佳界限值;数值模拟多是研究不同埋深隧道的变形和沉降规律,结果较为直观,对隧道受力和变形情况能够进行直观的分析;模型试验主要是对不同埋深隧道进行重力相似模拟试验,可分析实际工程的受力状态;实测分析基于现场统计结果进行分析,根据经验划定隧道深浅埋的界限值。基于对黄土隧道深浅埋划分的四种方法研究的分析,总结深浅埋界限划分时所考虑的因素,指出现有研究中存在隧道埋深界限划分不精确且所得埋深界限范围较大等问题;结合黄土隧道的工程特点,建议以改进的谢家烋极大值法对黄土隧道的深浅埋界限值进行计算。

天然气作为一种清洁能源,是我国实施低碳绿色发展的主要能源。开展地下储气库建设,提高天然气储备和调峰能力,将成为我国能源行业的主要任务。系统总结了枯竭油气藏、含水层和盐岩三种不同类型地下储气库发展历史以及美国和欧洲地下储气库建设情况,并与我国地下储气库建设情况进行对比分析。选取枯竭油气藏、含水层和盐岩储气库典型安全事故,详细分析其发生根源,介绍世界地下储气库安全事故根源统计结果,比对不同类型地下储气库事故根源的区别。最后,根据国外地下储气库建设经验和教训,为我国规划和建设地下储气库提出建议。