基于机器学习的触变泥浆配合比多目标优化研究
研究提出基于机器学习预测算法的触变泥浆配合比多目标优化方案,用于大断面矩形顶管施工减阻。通过控制变量法结合正交试验获得膨润土、CMC-Na、纯碱及水等组分对应的失水量、表观黏度与泥皮厚度数据,对比SVR与XGBoost后表明SVR精度效率更高。
推荐理由:研究用SVR与NSGA-Ⅱ替代传统正交试验寻优,给出可复验的触变泥浆配比与42.9%减阻率。
研究提出基于机器学习预测算法的触变泥浆配合比多目标优化方案,用于大断面矩形顶管施工减阻。通过控制变量法结合正交试验获得膨润土、CMC-Na、纯碱及水等组分对应的失水量、表观黏度与泥皮厚度数据,对比SVR与XGBoost后表明SVR精度效率更高。
推荐理由:研究用SVR与NSGA-Ⅱ替代传统正交试验寻优,给出可复验的触变泥浆配比与42.9%减阻率。
研究提出一种基于复变函数与Maxwell-Betti功互等定理的矩形隧道施工地表沉降预测方法,先构建两种受力状态下的二维计算模型,再用保角变换将矩形隧道映射为圆形推导洞身位移,并改进Sagaseta法以适用于矩形隧道,结合功互等定理推导地层损失计算式。
推荐理由:针对矩形隧道地表沉降预测精度不足,提出复变函数与功互等定理结合的方法,并用数值模拟与实测数据验证。
研究提出一种基于全方位结构面解析算法的无缆式钻孔电视设备,可直接连接钻杆推送至水平钻孔设计孔深,并对任意方位钻孔中的结构面进行解析。该设备应用于某隧道超前预报,查明掌子面前方8处辉绿岩侵入带(宽度0.73 m至13.8 m)及5处节理裂隙密集带,判定突涌水构造为侵入接触型。
推荐理由:无缆钻孔电视解决了水平钻孔推送与任意方位结构面解算难题,其超前预报流程可供隧道突涌水勘察借鉴。
针对隧道工程现场地质图像数据集缺失与类别不平衡问题,构建了工程现场环境下的专业地质图像数据集,并提出基于残差神经网络、采用Weighted Softmax Loss按类别样本数量重加权的方法。实验总体精度达95%,注意力热力图显示模型关注区域与人类判断一致,验证了技术有效性与工程可解释性。
研究对盾构隧道壁后C-S双液浆性能进行试验,掺加P·O 42.5水泥的双液浆近似呈Bingham塑性流体,可调配合比范围较大;掺加P·C 32.5水泥的双液浆较符合假塑性流体,可调范围较小。随配合比增大,两种浆液的塑性黏度均增大,初凝、终凝时间与结石体早期强度变化规律不同。大模数水玻璃浆液黏度大、稳定性好但流动性差,不适用于同步注浆;建议配合比取0.08∶1~0.15∶1。
推荐理由:试验对比两种水泥配制的C-S双液浆流变与凝结特性,给出同步注浆的配合比建议区间。
姚耀龙、晏勤等以某输水管道顶管工程为背景,基于Mindlin解提出改进的间隙参数g,结合修正地层损失参数与Loganathan公式建立考虑顶推力、注浆压力的地表变形解析公式。计算所得沉降曲线呈V形,最大沉降与现场监测仅相差5.7%,经典解则相差约37.7%。解析解沉降槽宽度约5D,略小于实测值,数值模拟约6D,与监测数据吻合良好。
推荐理由:该解析解把顶推力与注浆压力纳入间隙参数,最大沉降与实测仅差5.7%,可供顶管地表变形预测参考。
以西南地区某铁路隧道出口燕尾段为依托,基于动能公式推导振源距与能量衰减关系,结合DP准则及爆破围岩破裂区、塑性区半径,提出爆破药量、围岩力学性质与振速的关系式。靠近既有隧道一侧存在振速集中效应,既有隧道近爆破侧拱肩与拱脚出现应力集中。结合实际工程表明该理论公式适用性较好。
针对齐家庄隧道邻近古树区,采用FLAC3D建立渗流-应力耦合模型并将古柏树根系简化为根-土复合锚固单元,分析施工期渗流场变化与根系变形破坏特征。结果表明排水引起的地下水位下降对地表古树有一定影响,开挖扰动诱发的根系损伤较小,拉应力是根系单元受损的控制因素。注浆圈对抑制施工期涌水量作用明显,但防渗性能受注浆工艺影响。
中交建筑集团第五工程有限公司以跑马山2号隧道穿越F21活动断层多次发生大型突泥为背景,分析了突泥处治、围岩注浆加固及工后开挖的时空效应。研究表明断层破碎带内糜棱岩与断层泥具有一定自稳性和相对阻水性能,采用管束挤密注浆与刚性管束结合的固结锚固体系后,每循环开挖支护时间由19h缩短至12~13h。
推荐理由:以跑马山2号隧道突泥为背景,给出注浆加固与开挖时空效应的实测数据,可供断层带隧道支护设计参考。
中建一局团队依托广州芳白城际夏白区间,构建集地质理论计算、皮带机动态称重、渣斗容量校准与盾构油缸行程动态标定于一体的出渣量多源数据实时联控系统。该系统建立油缸行程差与单斗装渣量的对应模型并设定动态安全控制区间,将识别出的超挖量转化为下环同步注浆补偿量并联动调整掘进参数,形成感知、预警、补偿闭环。盾构下穿工业厂房区时建筑物累积最大沉降为-30mm,监测点平均值-0.31mm。
推荐理由:依托广州芳白城际区间实践,给出渣量联控与沉降补偿的闭环做法,可供复合地层下穿敏感建筑参考。
针对盾构隧道管片传统螺栓连接施工效率低、密封性差及截面强度损失问题,研究提出基于强度层级控制的 C-T 型快速连接件设计原则,即 C/T 型件屈服、锚固钢筋极限破坏。研究构建了涵盖工程设计参数提取、结构初设计、参数化建模优化与试验验证的设计流程,并应用于隆昌路越江隧道新建工程。试验表明该连接件轴向拉伸承载力达 8.8 级 M36 斜螺栓等效标准,破坏过程符合预设设计原则。
推荐理由:论文给出 C-T 型连接件从参数提取到试验验证的设计流程,并用于隆昌路越江隧道,可供管片连接选型参考。
针对软岩隧道围岩变形与初支喷混开裂剥落问题,中铁二十局博士后工作站范胜元采用机理分析、数值模拟和现场实测相结合的方法开展研究。基于灾变机理分析与数值模拟验证,提出优化开挖步距参数,并辅以围岩注浆和加强支护结构刚度的综合措施。
推荐理由:结合机理分析、数值模拟与现场实测,给出软岩隧道初支开裂的支护参数优化与注浆加固组合做法。
研究以上海某盾构隧道软土地层为背景,分析盾构对接解体段未加固与注浆加固两种工况下的土拱效应,并构建土拱力学模型推导隧道上覆土压力计算公式,理论修正解与数值模拟结果对比验证了模型合理性。结果表明未注浆时滑移面斜向上贯通至地表、横纵断面均呈盆形且横向范围更大,注浆后横断面呈“上下双盆”或“上盆下塔”、纵断面仅在隧道上方一定范围内形成塔状结构;注浆加固后土体应力重分布,土拱效应显著减弱。
推荐理由:针对盾构对接解体工况,给出未加固与注浆加固两种滑移面形态及上覆土压力计算式,可供类似软土隧道解体设计参考。
研究提出铰接式多联矩形掘进机配合刀盘超挖的造曲方法,并建立前后盾体与地层相互作用的力学模型,可动态计算偏转角、地层反力与方向控制千斤顶顶力。案例试算显示,增大土体内摩擦角或减小覆土深度可显著降低顶力峰值,增大地层抗力系数或减小曲线半径则显著增大外侧顶力;曲线半径小至一定阈值时内侧顶力由正转负,掘进机转为外侧顶推、内侧牵拉模式。
推荐理由:模型给出曲线矩形顶管偏转角与顶力分配的动态算法,可供曲线顶进方案选型与千斤顶配置参考。
提出一种可描述岩石全阶段力学行为的损伤模型,并用于深埋隧道开挖响应分析。模型覆盖岩石从初始加载到破坏的完整力学过程,通过深埋隧道开挖算例验证了其适用性。
针对深部隧道开挖损伤区预测,提出一种非普通态近场动力学方法,并引入初始地应力平衡重构以消除开挖前的虚假损伤。该方法用于预测深部隧道开挖损伤区范围,作者包括 Zhihui Xiong、Shuwei Zhou、Shanpeng Cao、Xiaoying Zhuang 与 Timon Rabczuk,成果发表于 Computers and Geotechnics 第 203 卷 Part 1。
针对能量驱动条件下巷道围岩的时变响应开展理论分析,并提出支护结构协同控制方法。研究由Xue-kui Xin、Qing-bin Meng、Bing-xiang Huang、Jiang-yu Wu完成,成果刊于Computers and Geotechnics第203卷第1部分。
提出一种基于时间步的质量缩放 NCDDAM 方法,用于岩体热-力耦合断裂的高效模拟。该方法通过质量缩放提升计算效率,作者为 Junfeng Li、Xiaodong Fu、Hangtian Song、Yang Xia、Yongtao Yang,成果刊于 Computers and Geotechnics 第 203 卷第 1 部分。
基于FDEM(有限元-离散元耦合方法)研究了2G-NPR锚杆对软岩隧道大变形的加固机理,作者为Zhihua Liu、Penghai Deng、Mingnian Wang等,成果发表于《Computers and Geotechnics》第203卷第1部分。
研究提出利用TBM刀盘优化角域振动信号增强隧道掌子面岩体等级识别的方法。该方法针对刀盘振动信号进行角域优化处理,以提升岩体等级判别的准确性。成果发表于International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 第207卷,作者包括Dongxin Liu、Guang Zhang等。
研究采用 Q-system 结合不连续面建模,分析地震荷载下岩石隧道与洞室的稳定性。论文由 Donghao Lan、Jianchun Li、Nick Barton、Jian Zhao 撰写,刊于 International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 第 207 卷。
针对北山URL(Beishan URL)TBM掘进中低能量微震事件识别难题,提出了一种融合信号处理与深度学习的混合框架。该框架用于从TBM掘进噪声中识别低能量微震事件。
针对相邻隧道瞬态开挖工况,研究了既有隧道围岩的动力响应与破坏特征。成果发表于 International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 第 208 卷,作者为 Bangbiao Wu、Jiahua Jiang、Yuchao Yu、Wei Yao。
针对节理岩体中岩石加固洞室的最大可达跨度开展参数化研究,作者为 Keith Kong、Mojtaba Rajabi 与 Jurij Karlovsek,成果刊于 International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences 第 208 卷(2026 年 12 月)。
针对直墙拱形巷道,研究了不同主应力方向与冲击扰动组合下的岩爆静-动触发机制。结果表明主应力方向与冲击扰动共同控制岩爆的触发条件与烈度。
研究定量考察了人工照明参数对隧道内structure-from-motion摄影测量岩体结构面检测效果的影响。作者Nirandoal Cheng等通过试验分析了照明条件变化与结构面检测结果之间的定量关系。成果发表于International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences第208卷。
针对碎裂岩体中深埋隧道的地震诱发破坏研究,揭示了其对岩爆灾害的影响。研究由Wenbo Pan、Zixin Zhang与Qinghua Lei开展,成果发表于 Engineering Geology 第374卷。
针对高应力深埋隧道延迟型岩爆,通过原位调查揭示其破裂与变形机理。研究由 Jun Zhao、Xiao-Jun Zhang、Xia-Ting Feng 等完成,成果发表于 Engineering Geology 第 374 卷。
针对深部地质处置库结晶岩中气体诱发裂隙再活化问题,建立了耦合水-力损伤与剪胀的建模方法。研究由Desmond Talamwin Sunkpal、Mamadou Fall与Jianxiong Yang完成,成果发表于Engineering Geology第374卷。
针对现有焊接设备生产地下连续墙钢筋笼网片存在的问题,研制出以气保焊为焊接方式、由待焊位置钢筋确定焊点实际位置的新型龙门式焊接机器人,实现不同类型网片的通用化焊接。现场应用表明,该机器人定位精度高、焊接质量好,焊接过程实现机械化与自动化生产。
Amentum 获 Civil Works Alliance 授予 2230 万英镑合同,牵头 Sizewell C 核电站海上与隧道工程设计,含三条 3.5 km 海上冷却水隧道、海上竖井及隧道与竖井连接段。
圣保罗地铁11.67m直径双模式TBM Hebe Camargo于10月16日始发,开挖2号线-Green线Penha–Dutra延伸段约5.8km隧道。该机由CREG制造,长133m、重2,600吨,可在EPB与敞开模式运行,预计平均掘进12m/天,并安装3,867件预制混凝土衬砌。这是2号线-Green扩建首次有两台TBM同时施工。
Webuild 与 Autostrade per l'Italia(ASPI)签署 8.03 亿欧元合同,承建热那亚海底公路隧道中段(Lot B),10 月 15 日在意大利基础设施与交通部签约。
Amentum 获 Civil Works Alliance(CWA)授予合同,牵头英国 Sizewell C 核电站海工与隧道工程设计,合同估值 2230 万英镑,含三年设计期及七年设计支持。
Autostrade per l'Italia 与 Webuild 签署价值 8.03 亿欧元的合同,承建热那亚海底公路隧道 B 标段,这是意大利首条海底公路隧道。线路全长约 4.2 km,其中双线平行隧道超过 3 km,穿越港口水域时最小埋深超过 40 m,将采用直径 16 m 的 TBM 开挖。A 标段于 2024 年开工,目前接近完工。
西雅图 Ship Canal 水质工程已完工,由 Webuild 美国子公司 Lane 承建,核心为一条 4.25 km 长、直径 5.7 m 的储存隧道,风暴期间可储存逾 1.12 亿升溢流并送往处理设施,阻止 2.84 亿升污染雨水与污水进入西雅图水道。
贝尔格莱德地铁1号线首台直径10m、重1800吨的TBM即将抵达多瑙河畔的潘切沃港,组装工作定于11月启动,隧道掘进计划2027年夏末开始。该线路由Alstom交付,合同额9.15亿欧元,连接Makiško Polje与Karaburma,全长15km,含11km隧道和15座车站,是塞尔维亚首个全自动地铁系统。贝尔格莱德地铁最终将建成3条线、70km网络、72座车站,覆盖9个市镇。
Webuild 旗下美国子公司 Lane 建成西雅图 Ship Canal 水质项目,含一条 4.3km 长、内径 5.7m 的调蓄隧道,投资 2.55 亿美元。
中铁七局完成杭州地铁15号线龙腾街站至沾驾桥路站左线801.2米盾构掘进,10月12日贯通,区间属SG15-15标。盾构机秦龙31号自4月3日始发,穿越运营中的南京至杭州高铁高架时,对挡道的8处既有公路钢板桩采取原位切削,未提前拔除,7月用18天拼装69环完成高铁下穿,施工方称高铁运营未中断、地面沉降在允许范围内。
推荐理由:杭州地铁15号线盾构在运营高铁桥下直接切削既有钢板桩,可为类似无法拔桩的穿越工程提供参照。
STRABAG 牵头的联合体获授北马其顿 E65 高速公路 Bukojčani–Kičevo 段 11.5km 合同,金额 2.19 亿欧元,含约 370m 双管隧道、两座高架桥和五座桥梁。