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现代隧道技术
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现代隧道技术
2024年 61卷 5期
刊出日期：2024-10-25
特约稿
绿色智能建造
理论研究与探讨
数值分析与计算
试验与监测
规划设计与施工
安全防灾与病害整治
特约稿
1
陈湘生1，2，3 陈伟杰2 李荣康2 顾问天1 卢 院1 李 强2，3 苏 栋2，3
盾构隧道足尺试验装配式加载平台的设计与应用
运营盾构隧道常受到附近地面堆载、基坑开挖和打桩等近接施工因素的影响，在外界复杂荷载的作用下盾构隧道结构原有的受力平衡会被打破，可能导致结构变形超标或破损。为准确判断隧道结构在复杂荷载作用下的适用性，开展足尺试验是研究隧道结构力学性能和破坏特征最直接而有效的手段。为了拓展盾构隧道足尺试验的适用性，提出适用于不同断面盾构隧道结构足尺试验的装配式钢结构反力架。在水平方向上通过不同标准单元的组合以及法兰式的节点连接可以提升反力架在不同断面和不同尺寸结构试验中的适用性；在竖直方向上采用嵌套式立柱连接可以有效实现各层反力架的连接和剪力的传递。设计4种加载工况对反力架整体受力和节点强度进行验算，并进一步通过圆形盾构隧道的原型结构加载试验验证该装配式加载平台的可行性。
2024 Vol. 61 (5): 1-9 [
摘要
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理论研究与探讨
10
刘四进1 史林肯1 魏英杰1 王华伟1 杜继凯2 王 军1 余云翔1 朱 琳3
基于推力均匀性的盾构同步推拼油缸推力矢量控制方法研究
为实现推拼过程中盾构姿态精确控制，依托通苏嘉甬项目苏东隧道工程，对盾构同步推拼施工工效和油缸推力矢量控制方法开展研究，提出基于管片分块的油缸分区推力计算模型和基于推力均匀性的油缸推力矢量分配方法，对总推力大小、总推力偏心方向及偏心距对各油缸推力的影响进行分析。结果表明，在掘进速度、拼装速度和管片宽度一定的条件下，油缸行程是影响同步推拼工效的关键因素。理论上半同步推拼模式可提高工效21% 以上，全同步推拼模式可提高工效47%。各油缸推力随总推力的增大先呈线性增大，后随偏心方向的变动呈非线性周期变化；偏心方向同侧的油缸推力随偏心距增大而线性增加，异侧油缸推力随之线性减少，两者合力保持不变。通过与常规推拼模式对比，提出的同步推拼算法模型在保证计算精度的同时可显著提高计算效率，符合油缸分区控制理念。
2024 Vol. 61 (5): 10-20 [
摘要
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21
魏立新1 杨春山1 刘力英1 宋棋龙2,3 苏 栋2,3
上硬下软复合地层大直径盾构掌子面稳定性研究
大直径盾构在上硬下软复合地层中施工，大大增加了维持隧道掌子面稳定性的难度。为研究复合地层上下部地层相对软硬程度对掌子面破坏机理的影响，采用数值和理论方法系统地研究不同无侧限抗压强度比（Ku/Kl）条件下掌子面失稳灾变的演化机理。通过数值模拟分析随Ku/Kl的增加，掌子面失稳灾变的演化过程，建立了考虑不同强度比的掌子面失稳预测模型，并与相关理论模型进行对比验证。结果表明：（1）随着Ku/Kl增加，极限支护压力先是速降，随后缓降，最后趋于稳定；（2）Ding模型对Ku/Kl的变化敏感度最高，且预测结果更为保守，而Mollon模型和本文提出的模型的计算结果与数值模拟结果更接近；（3）破坏角取为45°+φ/2时，维持开挖面稳定所需的极限支护压力最大；（4）随着黏聚力和内摩擦角的增加，临界Ku/Kl呈线性减小；随着埋深比和土体重度的增加，临界Ku/Kl则保持不变。
2024 Vol. 61 (5): 21-28 [
摘要
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29
祁 军1 王忠杰2,3,4 陈子君1 林存刚2,3,4 谢稳江1 梁 禹2,3,4
盾构隧道开挖引起的深层土体沉降槽宽度参数取值分析
为了研究盾构开挖引起的深层土体沉降槽形态的变化规律，对既有的深层沉降经验公式进行总结，根据收集的21组黏土地层、20组砂土地层和8组卵石地层的现场实测和模型试验案例，对沉降槽宽度参数K（z）取值进行反演分析。研究得出，在任意地层中，使用双曲线形式和幂函数形式的经验公式都能较好地描述隧道开挖引起的沉降槽宽度参数K(z)随埋深比的变化趋势，在黏土和砂土地层中各经验参数的建议值分别为c=0.323、0.197，n=0.479、0.456；卵石地层中，沉降槽宽度参数与埋深比呈简单的线性关系。
2024 Vol. 61 (5): 29-41 [
摘要
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42
张 霄1, 2 王明年1, 2 于 丽1, 2 王志龙1, 4 刘大刚1, 3 马治中5
隧道开挖面预注浆加固稳定性理论计算模型
为了支撑隧道开挖面预注浆参数的定量化设计，建立考虑预注浆加固作用的开挖面稳定性计算模型，采用极限平衡法及强度折减法推导开挖面稳定系数计算公式。研究表明：理论模型计算结果与数值模型、模型试验结果吻合较好，平均相对误差为4.3%；隧道开挖面稳定性随着围岩力学参数、黏聚力增强系数、预注浆范围的增加而提高；开挖面临界注浆范围约为0.4D～0.8D，当预注浆范围超过临界注浆范围后，预注浆加固效果最佳，且开挖面稳定性不再受加固范围影响；得到考虑隧道围岩强度参数、开挖方法、未支护段长度、黏聚力增强系数的开挖面安全系数，为预注浆参数设计提供参考。
2024 Vol. 61 (5): 42-51 [
摘要
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52
吴剑锋1,2 张 聪1,2 王树英3 梁粤华4 翟利华4 阳军生3
考虑软化效应的全风化花岗岩地层三阶段注浆扩散机制研究
在全风化花岗岩地层注浆过程中，浆液中的水相在注浆压力和岩土边界的约束条件下存在软化效应，致使浆液在渗透-挤密-劈裂三阶段扩散过程中均受到不同程度的影响。为此，首先明确全风化花岗岩地层注浆扩散过程中的软化效应，探讨软化效应对全风化花岗岩地层注浆扩散的影响机制；其次建立考虑软化效应的全风化花岗岩注浆浆液三阶段扩散理论模型，并开展物理模型试验论证理论模型的可行性；最后将研究成果应用于广州地铁18号线注浆工程实践中。研究结果表明，软化效应伴随整个全风化花岗岩地层注浆过程，理论推导与物理模型试验结果误差小于20%，推导的理论模型可行；现场注浆效果表明，岩芯土体的无侧限抗压强度均大于0.8 MPa，隧道开挖后，掌子面稳定且形成了延展性较好的主干浆脉与分支浆脉，后续开挖过程中未发生灾害事故。
2024 Vol. 61 (5): 52-61 [
摘要
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62
郭成祥1 张燕丽4 黄林冲2,4 韩 冰1 吕文华1 梁 禹2,3,4
装配式地铁车站CHC型钢-混凝土组合接头的力学行为分析
装配式地铁车站在不确定性的施工荷载与环境荷载联合作用下，其接头弯曲刚度表现出明显非线性特征，进而使接头受力和变形演化过程复杂化。为揭示装配式地铁车站CHC（C型钢+H型钢+C型钢）型钢-混凝土组合接头在轴力和弯矩共同作用下的弯曲变形发展规律，提出一种包含5种弯曲模式的新型接头力学模型。通过求解不同弯曲模式下接头变形及其发展规律，讨论各弯曲模式的应变区域分布及其识别方法；最后结合力学模型以及监测数据，获取环向接头受力的时空分布特征。结果表明：装配式地铁车站接头截面的轴力计算值在0~30 MN之间，弯矩计算值在-3~2 MN·m之间，接头大部分处于弯曲模式Ⅰ，其整体结构力学的响应对施工荷载和覆土回填等影响因素更为敏感。
2024 Vol. 61 (5): 62-70 [
摘要
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71
刘朝阳1 蒋 凯2 梁 禹2，3，4
基于Kerr地基模型的覆土荷载引起既有装配式地铁车站沉降分析
分步覆土回填会引起装配式结构纵向不均匀沉降，但已有的纵向变形计算模型往往忽略由地基自身沉降引起的装配式衬砌变形。鉴于此，基于纵向等效连续梁理论对Kerr地基上Timoshenko梁模型进行优化，建立可考虑地基自身沉降和土体剪切作用的装配式地铁车站纵向变形计算模型，并与现场实测结果进行对比验证。研究结果表明：与Euler-Winkler模型、Timoshenko-Pasternak模型理论计算结果相比，所提的理论方法在保证计算精度的同时，能够揭示地基沉降引起的装配式结构纵向变形特征；所提方法能有效揭示监测环竖向沉降变化趋势，预测的纵向沉降值与实测数据吻合良好，误差仅为0.3%；在覆土荷载和地基沉降等综合因素影响下，装配式结构发生屈曲并形成新的稳定结构，该现象可解释装配式结构中环段与接头变形不连续现象。
2024 Vol. 61 (5): 71-78 [
摘要
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绿色智能建造
79
徐间锋1 张向川1 秦桂芳1 旷华江1 刘光辉1 邓兴兴1 张运波2 田茂豪3
基于钻进特征参数的隧道掌子面围岩级别智能识别方法
针对钻爆法隧道传统围岩分级方法操作复杂、受主观因素影响大，在评判复杂岩体的质量等级时存在一定局限性等问题，通过优选核密度估计法拟合钻进参数的分布，提出基于朴素贝叶斯分类算法的隧道围岩级别智能识别方法，采用交叉验证法提升分类模型性能，并依托文献数据开展应用验证。结果表明：基于核密度估计的朴素贝叶斯分类算法可以利用钻进参数的实际情况确定掌子面围岩质量等级，在测试集样本中的分类准确率达到 94.0%；基于交叉验证法的分类模型性能提升方法可以充分利用钻进参数-围岩等级数据集的信息，有效提升分类算法模型的性能，在299组测试样本中分类准确率高达98.7%。
2024 Vol. 61 (5): 79-87 [
摘要
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88
李占甫1 张 雨2 汪 俊1 吕艳云2,3 芮 易2,3,4
基于深度学习的空间变异土体中隧道水平收敛安全系数计算
为提升随机有限元法用于计算空间变异土体中隧道水平收敛安全系数的效率，提出一种空间注意力-卷积神经网络作为随机有限元的代理模型。该代理模型以具有空间变异性的土体参数为输入，以隧道水平收敛安全系数为输出，从随机有限元生成的少量样本中学习土体参数随机场与隧道水平收敛安全系数间的关系，进而在更多样本上代替随机有限元方法进行安全系数的计算。以上海某地铁隧道水平收敛安全系数计算问题为例测试该代理模型，结果表明：代理模型与随机有限元计算的隧道水平收敛平均安全系数相对误差小于2%；代理模型与随机有限元计算的水平收敛安全系数MAPE、RMSE、MAE分别小于10%、0.12、0.10，R2大于0.8，可以满足工程准确度需求；同时，相比于随机有限元算法，代理模型的计算效率提升约880倍。
2024 Vol. 61 (5): 88-98 [
摘要
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99
旷华江1 刘光辉1 李大林1 徐 骁1 杨卫康1 杨廷发1 邓兴兴1张运波2 田茂豪3
基于Cascade Mask Region-Convolutional Neural Network-ResNeSt的隧道光面爆破炮孔残痕智能识别方法
为解决现有隧道炮孔残痕识别方法中存在的识别精度不足、鲁棒性较低以及检测速度较慢等问题，提出一种名为 Cascade Mask Region-Convolutional Neural Network（Cascade Mask R-CNN）的隧道炮孔残痕识别算法。该算法以Cascade Mask R-CNN 实例分割算法为基础，采用先进的ResNeSt 网络作为主干网络（Cascade MaskR-CNN-S），增强Cascade Mask R-CNN算法获取特征信息的能力，提升识别的精度；接着采用多尺度训练方式与学习率调整策略对网络进行训练得到智能识别模型，提升识别算法的鲁棒性；最后以平均精度值mAP为测试指标与传统的Cascade Mask R-CNN、Mask R-CNN等算法进行对比试验。研究表明：改进算法的预测框（IoU阈值为0.5）平均精度值（b_mAP（50））与分割（IoU阈值为0.5）平均精度值（s_mAP（50））分别高达0.415、0.350；相较于传统的实例分割算法，改进的算法在隧道炮孔残痕识别精度上有显著提升，隧道爆破残痕长度识别误差仅为8.3%，针对隧道复杂的作业环境具有更好的鲁棒性，抗干扰能力更强。
2024 Vol. 61 (5): 99-110 [
摘要
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111
韩凤岩1，2 李慧臻3 杨少君3 甘 帆3 肖勇卓1
基于FC-ResNet网络的隧道衬砌裂缝像素级分割方法
为提升隧道定期巡检中裂缝的检测精度和检测效率，以ResNet作为主干特征提取网络，借鉴U-net“编码-解码”和优化网络结构特征层等方法，提出一种用于隧道衬砌裂缝检测的FC-ResNet算法，实现对衬砌裂缝的像素级分割。为验证本算法的有效性和可靠性，采用CrackSegNet和U-net进行对比验证。结果表明：该算法的检测性能表现优异，测试集的像素准确率、平均交并比及F1-score分别为99.2%、87.4%、0.87，均优于CrackSegNet和U-net，且该算法的单张图片检测时间为122 ms，优于CrackSegNet，与模型结构简洁的U-net基本持平。基于提出FCResNet算法开发隧道衬砌裂缝智能识别系统，实现对实际隧道工程衬砌裂缝准确、快速的智能化识别。
2024 Vol. 61 (5): 111-119 [
摘要
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120
冯 通1 胡锦健2 李 研1 张 箭2 梁 禹3, 4 丰土根2
基于TCN-LSTM的盾构刀盘扭矩实时预测研究
盾构刀盘扭矩反映了刀盘与地层相互作用的力学特性，实时准确预测刀盘扭矩变化情况，可为掘进参数提前调整、机器平稳运行并减少刀具磨损提供保障。基于此，提出一种基于时间卷积网络（TCN）-长短时记忆网络（LSTM）的深度学习模型对刀盘扭矩进行实时预测研究。研究结果表明：TCN-LSTM模型能够捕捉输入参数的局部特征并建立长期依赖关系，相比于其他模型具有最高的预测精度；TCN-LSTM模型在多步预测中表现稳定，可以实现更长时间内的刀盘扭矩超前预测，按照4∶1∶1的比例划分数据集可以获得性能最优的预测模型。
2024 Vol. 61 (5): 120-128 [
摘要
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129
蔡 刚1 岳泽宇4 赵 强3 曹 旭3 梁 禹2,4,5
基于激光点云和视觉技术的盾构隧道皮带机渣土体积测量方法研究
为提高盾构隧道施工过程中渣土体积测量的精度和自动化水平，提出一种基于激光点云和视觉技术的盾构隧道皮带机渣土体积测量方法。该方法系统硬件包括2台单线激光雷达和1个4 K摄像头，其中2台激光雷达分别用于采集断面点云和纵向点云数据，摄像头用于获取设备周围视频信息；采用改进的光流法判断传送带的运动状态，通过结合三角形累加截面积法（TACA）和改进的AE-ICP算法实现对渣土断面面积的精确测量，并通过辛普森法进行数值积分获得渣土体积。试验结果表明，该方法在复杂隧道环境下具有较高的测量精度和鲁棒性，渣土体积测量的相对误差控制在5%以内，测速精度的平均误差在1%以内，具备良好的工程应用前景。
2024 Vol. 61 (5): 129-137 [
摘要
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138
欧阳劭明1 丁长栋2 丁 祥1 张宜虎2 曹 磊3 刘 倩2
基于TPE-GBT模型的地下水封洞库灌浆量预测研究
为改善灌浆施工隐蔽性强带来的灌浆量及渗控效果难以预测的现状，基于大量现场施工数据和机器学习方法，探索建立高效、准确的灌浆量预测模型，优化并指导现场灌浆施工管理。引入梯度提升树（Gradient Boosting Trees，GBT）模型，旨在对灌浆过程中的单位耗灰量进行预测，并采用TPE（Tree-Structured Parzen Estimator）算法对GBT模型进行超参数优化，以提升模型预测的准确性和泛化能力。研究结果表明：（1）在预灌浆测试集数据中，TPE-GBT单位耗灰量预测模型的决定系数R2达到0.80，平均绝对百分比误差（MAPE）为0.241 4；在后灌浆测试集数据中，模型的R2达到0.84，MAPE为0.281 0，均处于可接受的预测精度范围内，相较于传统的线性回归模型和GBT模型预测精度明显提高；（2）通过SHAP（Shapley Additive Explanations）值对输入参数进行敏感性分析，发现灌前透水率对模型预测的贡献最为显著，是灌浆工程中的关键控制参数；（3）在围岩条件一定的情况下，选取合适的灌浆压力并采用分序施工的方式可以提升灌浆渗控效果。
2024 Vol. 61 (5): 138-145 [
摘要
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数值分析与计算
146
李 栋1 周 岳2 王 峰3 李伟鹏4 叶皆显5 曹 雄1 白振超5 党文刚5
隧道围岩节理裂隙变频渗流数值模拟研究
岩石节理裂隙渗流特性对探究隧道开挖诱发地质灾害的机理具有重要意义，采用COMSOL数值模拟软件，对岩石节理裂隙进行不同振幅和不同频率下的循环注水模拟研究。结果表明：循环注水条件下，流体在裂隙内部的流动形态随入口流量呈周期性变化；注水振幅越高，流体在低流速区域的涡流形态变得更为紊乱；裂隙的渗透率随入口流量呈周期性变化，当注水流量从峰值下降到谷值过程中，渗透率从谷值8.9×10-8m2上升到11.1×10-8m2；渗透率的波动幅值随注水频率和振幅的增大而增大。此外提出一种简便有效的流动区域划分方法，该方法可对裂隙的主流域和涡流区进行识别并定量计算。
2024 Vol. 61 (5): 146-155 [
摘要
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99
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156
马建军1，4 唐 荣1 刘 聪2 黄伟真1 林越翔3
蠕变-渗流耦合下的砂岩力学特性及穿江隧道 稳定性研究
为探讨砂岩蠕变效应对隧道结构长期受力变形规律的影响，通过室内单级蠕变-渗流试验和FLAC 3D数值模拟相结合的方法，探究在蠕变-渗流耦合作用下砂岩力学特性及穿江隧道长期运营过程中的应力变形规律。研究结果表明：（1）单级加载蠕变试验中，轴压增大将促进砂岩蠕变变形，围压增大将有效抑制砂岩蠕变变形，当渗透压超过5 MPa时，砂岩保持高蠕变速率，轴向变形显著增大，影响围岩变形的因素敏感度顺序为渗透压>轴压>围压；（2）采用FLAC 3D建立的多场耦合隧道模型可以准确模拟砂岩地层隧道的蠕变渗流特性，隧道变形及应力在运营期第8年基本趋于稳定；（3）随着隧道埋深增加，隧道拱顶沉降、拱腰收敛和仰拱隆起现象更显著，其中拱顶沉降变形最大，隧道变形敏感度依次为拱顶>仰拱>拱腰；（4）潜水位增加显著影响隧道竖直沉降和水平收敛，且仰拱部位渗透压增长最为显著，工程中应特别关注该区域的水压变化。
2024 Vol. 61 (5): 156-166 [
摘要
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112
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167
刘力英1 杨春山1 喻志远2 欧振锋1
附加荷载作用下隧道结构力学响应与韧性演化特征
外部荷载变化势必诱发隧道结构力学扰动，合理评价隧道结构韧性并保证安全具有重要意义。以典型工程为依托，开展隧道结构受附加荷载影响的力学响应仿真分析，以此为基础构建隧道在附加荷载作用下的韧性评价方法和设防标准，并进行实例隧道韧性演化分析，结合韧性要求提出后期施工外部作用荷载限值。研究结果表明：隧道在单侧附加荷载作用下受荷侧顶板响应最显著，且表现出三边约束单边悬臂承载特性和空间变形效应，在 非受荷侧出现轻微翘曲，隧道发生纵向扭转。附加荷载作用下隧道结构最大弯矩增大14.26%，最大裂缝宽度增大27%，最大内力与变形均可控，但结构损伤后韧性会受到影响。隧道结构跨中局部进入塑性状态，附加荷载值与裂缝宽呈线性关系，与冗余度近似为三次函数关系。实例韧性分析说明基于冗余度构建的评价方法具备可行性，结合工程特点和韧性要求提出的附加荷载限值可为现场实施提供科学依据。
2024 Vol. 61 (5): 167-173 [
摘要
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174
袁作波1 简汶洋2 王 铎1 梁 禹2 胡 松1 林存刚2 秦英斌1 赵辰洋2
有压供水管线渗漏影响下盾构诱发地层 变形机理研究
有压供水管线在砂质黏土地层中的渗漏范围、管线渗漏与盾构掘进相互作用诱发地层变形的机理研究还不够完善，无法满足工程需求。基于此，通过模型试验和数值模拟相结合的方法探索管线渗漏和盾构掘进相互作用下的渗漏影响范围、地层变形机制和灾变防控措施；以管线水压、渗漏持续时间等参数为变量，开展多工况有压管线渗漏模型试验。结果表明，管线渗漏范围随时间增加呈指数变化趋势，且变化幅度与水压呈正相关。进一步建 立考虑管线渗漏影响的盾构掘进精细化有限元数值模型，研究管线渗漏时间等因素对隧道和周围土体变形的影响规律，并提出相应的灾变防控措施。
2024 Vol. 61 (5): 174-182 [
摘要
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94
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183
魏荣华1,2 张康健1,2 张志强1,2
铁路隧道深埋水沟防排水技术参数优化研究
富水隧道在运营期间经常因排水系统堵塞而发生隧道结构安全问题，开展防排水技术参数优化设计研究具有重要意义。依托沈白高速铁路西古隧道工程，构建体外排水方式的深埋水沟渗流数学理论模型，利用镜像法原理计算涌水量以及隧道衬砌背后水压，并结合数值仿真模型，验证计算结果的正确性，对深埋水沟式排水的特征参数进行分析，提出相应的防排水技术建议。研究表明：相较于埋设深度，水沟洞径对涌水量和衬砌水压力的影响更显著，其对衬砌背后水压力的影响范围在仰拱中心左右5 m区域内；注浆圈渗透系数对围岩渗水的影响存在临界值，渗透比小于50时，渗透比越大，涌水量越小，衬砌背后水压力越大，其对衬砌水压的影响范围为整环；在100 m水头作用下，深埋水沟排水体系的各特征参数优选结果为埋设深度0.2~0.5 m、半径0.3~0.5 m、注浆圈渗透比10~30。
2024 Vol. 61 (5): 183-192 [
摘要
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96
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193
李立军
考虑土体空间变异性的基坑开挖对土体沉降 和邻近管道变形影响分析
以南沙至珠海（中山）城际十三涌站基坑工程为依托，运用FLAC 3D软件构建考虑土体空间变异性的有限差分模型，并结合随机场理论分析基坑开挖对土体及邻近管线变形的影响。通过引入随机场参数，模拟不同变异系数（COV）下基坑边缘及管线各测点的位移和应力分布，进一步探讨土体参数的空间变异性对基坑及邻近管线变形的影响。研究表明，在基坑开挖过程中土体的空间变异性对管线的变形具有显著影响，管线顶部变形大于底部变形；随机场的变异性增加了位移分布的复杂性和不确定性，COV值较大时，管线的沉降分布范围显著扩大，表现出更高的离散性。在实际施工过程中必须充分考虑土体参数的空间变异性，以降低施工风险，确保基坑稳定性和邻近管线的安全性。
2024 Vol. 61 (5): 193-199 [
摘要
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试验与监测
200
陈志敏 刘宝莉 陈 骏 翟文浩 李文豪 王铎斌 蔡昀辰
考虑颗粒组成与含水率的冰碛体成拱规律研究
为分析隧道穿越冰碛体地层时冰碛体的成拱效应，对各地区冰碛体特性进行调研，并基于普氏理论推导冰碛体围岩平衡应力拱轴线的方程。然后通过研发的拱效应套筒试验装置测量冰碛体在不同颗粒级配与含水率下的成拱高度，分析其对成拱特性的影响。研究结果表明：（1）冰碛体围岩平衡应力拱轴线的方程为二次函数；（2）塌落物质量、成拱高度与粒径大小大致呈反比关系，散粒体自由下落时，锥形是摩擦剪胀自稳的终极形态；（3）颗粒级配的不均匀性越大、粒径越小，成拱高度越高、越不稳定；（4）不同级配下，高跨比随相对粒径的增大而减小，但随着小于2 mm的细颗粒含量增加，高跨比反而减小；（5）含水率在一定范围内时，随着含水率的增加，高跨比逐渐减小，且减小的速率越来越小.
2024 Vol. 61 (5): 200-209 [
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杨春山1 徐世杨2 魏立新1 陈俊生3
垂直顶升作用下盾构隧道力学特性模型试验研究
垂直顶升法施工中，顶升反力作用于盾构隧道底部产生的影响是关乎土层结构安全、稳定的关键问题。为了探究盾构内垂直顶升施工对隧道力学特性的影响，依托典型工程，通过研制试验装置开展垂直顶升模型试验，揭示顶升过程扩散块反力的发展规律，探索顶升阶段盾构隧道衬砌结构与接头受力变形特性，并与理论计算进行对比分析。研究结果表明：顶升反力分布呈现出典型的非线性特征，主要经历土层破坏前的显增段、土层破坏后的显降段以及后期的渐降稳定段。管片收敛变形经历显著增加→快速减小→缓慢下降→趋于稳定4个阶段，影响范围为开口环与相邻两环，顶升过程变形控制应结合位移特征重点考虑竖向加固。顶升阶段隧道纵向弯曲变形，最大张开量出现在开口环间，且因纵向荷载突变错动，最大错台量出现在开口环与相邻环间。隧道管片环缝张开和错台沿纵向衰减很明显，位移主要由管片本体变形组成，接头变形贡献很小。顶升力作用下拱顶和底内侧分别受拉、受压，应力先增大后减小，拱腰上部表现为先压后拉，下部则受拉。顶升反力诱发管片应力扰动重分布，主要影响开口环以及相邻环，管片应力水平较低，结构未出现拉压损伤。
2024 Vol. 61 (5): 210-218 [
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宋越鹏1 范晓锋2 梁 禹2,3,4 彭红国5 张晗炜5
城际铁路隧道深大圆形竖井开挖阶段变形监测分析
盾构始发与接收工作井的支护体系选取与设计是深埋隧道建设过程中的关键问题。圆形围护结构以其可充分发挥土拱效应，无需内撑等特点，较一般多边形结构体系具有更优的受力性能与经济性。为降低土岩复合地层中嵌岩部分施工难度及提高施工效率，以深大城际铁路隧道坪聚盾构工作井应用上部圆形吊脚地连墙+环框梁、下部岩层喷锚支护方式的结构形式为工程依托，对深埋圆形基坑开挖过程中坑外地下水位变化、地表及围护结构变形监测数据开展研究分析。研究结果表明：地面超载、坑外地下水位不均匀分布会引起墙体及地表产生差异变形；墙体最大水平变形基本位于0~0.05%H（H为基坑开挖深度）以内；地表沉降变形大部分位于0～0.08%H以内；墙顶竖向沉降值大部分位于0~0.25%H；相比一般不规则多边形基坑支护，圆筒形支护体系显示出较好的稳定性与抗变形能力；在土岩复合地层中，上部采用地连墙+环框梁，下部岩层采用喷锚支护的结构形式可保证基坑稳定性，安全性较好。
2024 Vol. 61 (5): 219-226 [
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安全防灾与病害整治
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汤 聪1 徐世权1 欧雪峰1 瞿同明2 廖 玮1 周文涛1
服务于交通隧道全生命周期管理的数字重构与病害分析方法研究
传统隧道管理方法的信息化程度较低，灾害孕育感知能力较弱，无法对隧道病害进行有效且经济的识别。鉴于此，提出一种系统的数字化方法，利用二维CAD图纸、病害报告和地质数据进行自动化三维重构，形成隧道结构、病害及围岩有机整体的可视化数字模型。该方法与传统的建筑信息模型（BIM）不同，能够以数据为导向，通过重构模型统筹隧道结构、病害和围岩信息从而进行灾害的孕育情况分析，掌握复杂地质环境下结构的健康状态，便于制定精准处治策略。将该方法应用于贵州某隧道进行结构状态评估，分析发现，隧道病害的发生与地质条件之间存在密切联系，提出的方法能够直观展示该关联性，并实现隧道病害孕育情况的实时更新。
2024 Vol. 61 (5): 227-233 [
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张 羽1 周 鲁1 孙晓贺2 李 俊1 施成华2 刘胜利1
滨海地区地铁隧道渗漏成因与治理对策研究
针对滨海地区地铁隧道渗漏水问题，结合福州地铁多条线路，对地铁隧道施工阶段和运营阶段的车站和盾构区间渗漏情况进行统计，并对渗漏成因进行分析，最终给出渗漏水防治措施与建议。研究结果表明：在施工阶段车站渗漏情况比盾构区间渗漏情况更严重，而在运营阶段则相反；地铁车站主要渗漏部位为侧墙和底板，盾构区间的渗漏主要集中在管片拼接缝位置；车站渗漏水多为施工问题导致，具体包括围护结构浇筑质量不佳、防水卷材破损以及施工缝处理不到位；盾构区间渗漏成因分为安装及施工、运输及养护、材料本身质量以及结构问题4个方面，其中安装及施工问题最为严重；为减少盾构区间渗漏水，盾构隧道结构设计时应考虑施工水平，当施工水平较低时，采用平接头代替抗剪切榫接头可明显减少管片破损及渗漏水现象。
2024 Vol. 61 (5): 234-424 [
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张浩楠 刘禹阳 田 威 张艺潇 韩思远
公路隧道排水系统结构病害分类及适用性检测分析
为了系统性研究排水系统结构病害，按排水构件类型进行病害调研统计，分析病害的特征并设计常见的排水系统病害示意图，提出准确高效的排水系统病害记录方式，同时，综合考虑检测条件和常用检测方式，为不同的排水构件给出针对性检测建议。研究结果表明：混凝土构件功能性病害为结晶、沉积、障碍物，其结构性病害为起伏、错口；高分子构件功能性病害有结晶、沉积，其结构性病害为变形、破裂、起伏；排水系统检测存在排水系统为隐蔽工程，排水构件检测窗口设计尚未规范统一，检测窗口布设间距大，长距离检测难度大，排水构件的布设方式、管径、构造和材质上具有多样性，单一检测手段难以实现所有构件的检测等难点；内窥镜适用于环向盲管检测、推杆式CCTV适用于纵向盲管检测、内窥镜加探地雷达辅助适用于横向盲管检测、自行式CCTV加探地雷达辅助适用于侧式暗沟和中央排水沟的检测。
2024 Vol. 61 (5): 243-251 [
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规划设计与施工
252
杨 益1,2 施成华1,2,3 郑可跃1,2 彭梦龙1,4 娄义黎1,2
高地应力红层软岩隧道大变形分级控制技术研究
高地应力红层软岩是我国西南地区隧道建设中常见的不良地质，隧道穿越这类地层时常发生挤压大变形现象。以玉磨铁路新华隧道穿越高地应力红层软岩段为工程背景，基于现场地质条件、结构破坏特征、变形监测数据分析大变形灾变成因，并提出高地应力红层软岩隧道大变形分级控制技术，通过数值模拟和现场应用验证分级控制方案的有效性。研究结果表明：新华隧道大变形段地层属典型红层软岩，围岩变形具有变形速率大、变形量大和持续时间长等特点，并伴有初期支护开裂脱落、钢拱架变形扭曲、初期支护侵限、小导管失效等情况；新华隧道大变形主要是高地应力、软弱地层条件、红层软岩应变软化和扩容膨胀效应以及支护不及时等因素耦合作用导致的；根据围岩强度应力比，将现场大变形等级分为轻微大变形、中等大变形和严重大变形3个等级，针对不同变形等级提出大变形分级控制方案，数值模拟和现场应用情况显示变更后的控制方案能够显著降低围岩变形，3种控制方案下围岩变形均在预留变形范围内。
2024 Vol. 61 (5): 252-262 [
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王圣涛1 张俊儒2 彭 波1 燕 波3
拱隧一体结构跨越巨型溶洞段处治技术研究
依托贵南高铁甲良三号隧道工程，针对隧道下方开挖揭示的巨型溶洞，提出采用拱隧一体结构跨越巨型溶洞段的施工方案，通过数值模拟结果和现场实测数据，分析拱隧一体结构施工过程中围岩及支护结构的变形规律。研究表明：由于溶洞左右分布规模不同，隧道右侧水平变形大于左侧，拱顶沉降实测稳定值为6.03 mm，占沉降控制值的12.06%，水平收敛值为3.05 mm，占收敛控制值的6.10%，隧道变形满足要求；隧底基坑开挖及支护是处治过程中的关键环节，现场监测数据显示，钢支撑轴力最大值为277.15 kN，钢支撑最终收敛值为4.97 mm，基坑最大竖向位移为2.50 mm，拱隧一体结构施工完成后，拱圈结构最大竖向位移为7.14 mm，均未达到监测预警值，表明溶洞处治过程中隧道围岩及支护结构变形可控，验证了拱隧一体结构跨越巨型溶洞段处治的安全性。
2024 Vol. 61 (5): 263-273 [
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汪元冶1 丁文其1,2 杨进京3 乔亚飞1,2 丁文云3
岩溶地层大断面铁路隧道悬臂掘进机施工穿越上部既有建筑扰动规律研究
为探究岩溶地层中悬臂掘进机施工穿越既有上部建筑物的扰动规律，提出岩溶空腔单元提取算法，依托采用悬臂掘进机施工的某铁路隧道穿越工程建立穿越节点三维精细化有限元模型，研究悬臂掘进机施工过程中的地表沉降、建筑物角点沉降、倾斜率的发展规律，探讨岩溶填充质量对地表沉降槽的影响。结果表明：（1）受建筑物基础刚度的影响，穿越施工引起的地表沉降槽呈现分段特征，地表沉降在建筑物基础范围内近似线性分布，在建筑物基础范围外的分布符合Peck公式规律；（2）穿越施工过程中，既有建筑物角点沉降和倾斜率呈现三阶段变化趋势，对应悬臂掘进机三台阶施工过程；（3）岩溶空腔填充质量对地表沉降的影响呈阶段性变化趋势，当填充质量不足70%时，随填充质量增加，地表最大沉降减小；当填充质量大于70%后，地表最大沉降基本稳定。
2024 Vol. 61 (5): 274-284 [
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现代隧道技术
编 辑 部 公 告
关于召开“一带一路”西北国际智能交通发展大会高峰论坛暨交通产业博览会的通知
《现代隧道技术》编辑部声明
“全国公路科普教育基地公路节能照明与安全防灾新材料试验室科普传播委员会”暨“安徽中益新材料科技有限公司专家技术委员会”在皖成立
国际隧协2018颁奖大会璀璨落幕 中国力压群芳收获五大奖项
《现代隧道技术》编辑部公告
《现代隧道技术》编辑部声明
《现代隧道技术》杂志专栏征稿启事
2020 中国隧道与地下工程大会（CTUC） 暨中国土木工程学会隧道及地下工程分会第二十一届年会征文通知
2019 年第十届全国运营安全与节能环保的隧道及地下空间科技论坛（1 号通知）
关于启用“科技期刊学术不端文献检测系统”的通知
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本 刊 广 告
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