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极端环境隧道建造面临的主要问题及发展趋势 被引量:11
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作者 陈湘生 全昭熹 +2 位作者 陈一凡 沈翔 苏栋 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第3期401-432,I0005-I0036,共64页
聚焦艰险山区、深水海域与城市敏感区3类极端环境,全面梳理和总结了在此环境下隧道建造面临的主要问题、相关技术突破和未来发展趋势。针对艰险山区中极高地应力、高地温、高海拔以及活动断裂带等极端条件,总结分析围岩和隧道的变形机... 聚焦艰险山区、深水海域与城市敏感区3类极端环境,全面梳理和总结了在此环境下隧道建造面临的主要问题、相关技术突破和未来发展趋势。针对艰险山区中极高地应力、高地温、高海拔以及活动断裂带等极端条件,总结分析围岩和隧道的变形机制、破坏机制及防护措施,并指出未来可通过大数据、机器学习等手段建立更精准的预测模型,以实现隧道建造过程的实时监控和风险评估;针对深水海域中高水压、高烈度地震、强侵蚀环境等极端条件,分析多因素耦合下沉管法及盾构法隧道管片及接头的劣损和破坏机制,总结提升其力学和耐久性能的主要技术措施,并提出未来仍需针对海底隧道管片接头的防水、抗震及抗侵蚀性能开展更深入的研究,以形成完整的理论和技术体系;针对城市敏感区隧道穿越既有隧道、敏感建构筑物、地下障碍物等挑战,总结分析盾构法和顶管法施工环境响应规律、地层变形评估方法和控制技术措施,提出未来可采用机器学习等技术辅助隧道建设,以提升预测和控制的准确性,减小建设过程对城市环境的扰动。目前,相关研究成果为极端环境下的隧道工程建设提供了重要支撑,但部分技术仍需进一步在实践中完善并形成规范,以指导后续的工程建设;而随着新一代信息技术的发展,未来隧道建造必将朝着数字化、智能化、自动化的方向发展,从而保障极端环境下隧道建设的安全、绿色、高效。 展开更多
关键词 隧道 极端环境 艰险山区 深水海域 城市敏感区 施工技术
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水下超大直径盾构联络通道建设方案对比研究——以广州海珠湾隧道工程为例 被引量:2
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作者 黄书华 郑镇跡 +4 位作者 盛健 谢典延 张良 陈湘生 苏栋 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第S01期408-417,共10页
针对在越江海高水压水下超大直径盾构隧道联络通道施工过程中缺乏足够的工程技术标准和案例经验、设计与施工面临众多挑战问题,以广州海珠湾超大直径盾构隧道区间的6条联络通道工程为例,对工程地质补勘资料及现场施工情况进行分析,揭示... 针对在越江海高水压水下超大直径盾构隧道联络通道施工过程中缺乏足够的工程技术标准和案例经验、设计与施工面临众多挑战问题,以广州海珠湾超大直径盾构隧道区间的6条联络通道工程为例,对工程地质补勘资料及现场施工情况进行分析,揭示原矿山法设计施工方案存在的不足,并基于此提出“矿山法结合地层冻结加固方案”和“机械顶管法施工方案”2种优化方案;随后在安全性、经济性、施工工期等方面对不同工法进行综合优选分析,同时引入碳排放指标进行绿色低碳评估。研究结果表明:1)机械顶管法在安全性和施工效率上优于其他方案,能够显著缩短施工周期;2)相比矿山法结合地层冻结加固方案,机械顶管法方案碳排放量减少了2 747.51 t CO_(2e)。 展开更多
关键词 超大直径盾构 水下联络通道 地层冻结法 矿山法 机械顶管法 碳排放量计算 方案比选
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超大直径隧道机械法横通道施工下的结构响应
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作者 郑镇跡 谢典延 +2 位作者 邱桐 苏栋 陈湘生 《铁道科学与工程学报》 北大核心 2025年第7期3194-3207,共14页
为揭示机械法横通道施工全过程对超大直径盾构隧道结构的力学扰动机制,以广州海珠湾隧道区间横通道工程为例,详细介绍国内首个机械法横通道与超大直径盾构主隧道同步施工的工艺设计。在此基础上,进一步建立精细化的三维仿真模型并结合... 为揭示机械法横通道施工全过程对超大直径盾构隧道结构的力学扰动机制,以广州海珠湾隧道区间横通道工程为例,详细介绍国内首个机械法横通道与超大直径盾构主隧道同步施工的工艺设计。在此基础上,进一步建立精细化的三维仿真模型并结合现场实测数据验证,深入分析横通道机械顶管法施工全过程对超大直径盾构隧道结构体系的力学扰动特性。研究结果表明:预制箱涵在顶进过程中产生了向靠背侧3.1 mm的水平附加变形;破洞后,钢套筒在洞门上下全切环与两侧半切环接缝处出现局部应力集中,最大应力达266.3 MPa;施工过程中,主隧道管片受力和变形均表现出显著的阶段性变化:顶切阶段,反力架上部传力构件处管片出现约3.06 MPa的局部拉应力,同时该处正弯矩增至670.9 kN·m;破洞及拆撑完成后,洞门两侧应力集中现象明显,最大压应力增至22.91 MPa。此外,切削侧负弯矩减少54.1%;施工过程中,全切环管片轴力逐步下降,最终拱顶轴力损失46.3%、切削侧几乎降至0,而半切环拱顶和拱腰轴力却增加20.85%和36.5%;通道破洞施工导致主隧道各部位变形增大,拱顶变形增幅为26.7%~50.1%,而靠背侧及切削侧分别增大11.9%~43.6%、28.1%~65.9%。研究结果为理解机械顶管法横通道施工对超大直径盾构隧道的影响机理提供重要的依据,并为今后同类工程的设计与施工提供参考。 展开更多
关键词 超大直径 盾构隧道 机械法 横通道 结构响应
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城市深层地下空间地质环境韧性评估模型与应用 被引量:7
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作者 苏栋 黄茂隆 +1 位作者 韩文龙 陈湘生 《中国地质》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期157-169,共13页
[研究目的]评估城市深层地下空间地质环境韧性有助于提高城市地下空间开发利用的安全性,减少灾害事件造成的经济损失。[研究方法]本文从城市深层地下空间的灾害事件严重度、地质体脆弱性、抵御力、恢复力和适应力等方面出发,建立了城市... [研究目的]评估城市深层地下空间地质环境韧性有助于提高城市地下空间开发利用的安全性,减少灾害事件造成的经济损失。[研究方法]本文从城市深层地下空间的灾害事件严重度、地质体脆弱性、抵御力、恢复力和适应力等方面出发,建立了城市深层地下空间地质环境韧性多因素综合评估模型,并结合某城市一起突发事件的相关数据对评估模型进行了应用。[研究结果]评估模型具有较高操作性和可行性,可在各种复杂地质环境的城市中开展深层地下空间韧性评估工作;所评价灾害事件的严重度为5.601,属严重水平;地质体的暴露性为5.735,灾损敏感性为6.146,脆弱性综合评价结果为35.247,属脆弱地质体;预警能力指数为1.00,防灾能力指数由原来的5.66提高至灾后的7.00,故抵御力综合评价结果由15.38提高至19.02;通过填砂、地下注浆等措施后,恢复力为2.00,且由于地质环境趋于稳定,地质环境适应力综合分析为1.00。[结论]若受灾害影响,地质环境韧性水平的演化可分为正常、受灾、抵御、恢复、适应和新的正常水平6个阶段,韧性水平曲线呈现出先减小再增大后趋于稳定,且在受灾和抵御的节点处达到最小值。 展开更多
关键词 地质环境韧性 城市韧性 深层地下空间 评估模型 城市地质调查工程
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数字孪生技术在城市地下空间运维阶段的应用与研究进展 被引量:1
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作者 曾仕琪 苏栋 +2 位作者 龚浩锋 刘平炜 陈湘生 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第1期57-76,共20页
系统综述数字孪生技术在城市地下空间运维阶段的应用现状和研究进展。首先,通过文献计量的方法,分析2019年1月1日至2024年4月21日发表的847篇学术文献,识别并总结数字孪生技术在城市地下空间运维管理中的核心技术和应用策略,从技术层面... 系统综述数字孪生技术在城市地下空间运维阶段的应用现状和研究进展。首先,通过文献计量的方法,分析2019年1月1日至2024年4月21日发表的847篇学术文献,识别并总结数字孪生技术在城市地下空间运维管理中的核心技术和应用策略,从技术层面对核心功能,例如实时数据监测、模型的持续更新、仿真与预测等进行系统总结。然后,探讨数字孪生技术在城市地下空间结构健康监测与管理、设施监控与管理、能源与环境管理以及灾害评估与应急管理4个主要领域的应用。最后,基于当前技术发展和需求,提出未来研究应集中构建系统性指标体系和开发多模态智能感知技术,以有效提升城市地下空间运维的安全性、可靠性和效率;同时,还需要通过构建多因素耦合作用下的运维性态演变规律和多维度性态智能评估技术研究,实现更为高效和精准的运维管理。 展开更多
关键词 数字孪生技术 城市地下空间 运维管理 结构监测 设施监管 能源环境 灾害应急
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两墙合一预制地下连续墙纵向拼缝力学性能试验研究
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作者 黄嘉欢 饶伟 +9 位作者 邱桐 陈湘生 陈武雄 杨立 陈坤阳 何秋凤 郑镇跡 吴贝钰 李爱东 路林海 《隧道建设(中英文)》 北大核心 2025年第3期556-566,共11页
为探究两墙合一预制地下连续墙纵向拼缝的力学性能,依托某地铁车站建设工程,揭示两墙合一预制地下连续墙沉插节点传力机制和破坏模式,明确沉插节点的承载力和延性特性,开展模拟现场拼装状态的抗弯试验。研究结果表明:1)CT锁与混凝土间... 为探究两墙合一预制地下连续墙纵向拼缝的力学性能,依托某地铁车站建设工程,揭示两墙合一预制地下连续墙沉插节点传力机制和破坏模式,明确沉插节点的承载力和延性特性,开展模拟现场拼装状态的抗弯试验。研究结果表明:1)CT锁与混凝土间的裂缝及分离现象是节点进入塑性和极限承载的重要标志,CT锁的拉结固定设置可确保沉插节点具备良好的延性以及两墙合一预制地下连续墙纵向结构的稳定性;2)沉插节点表现出明显的3阶段发展特性,其弯矩-转角关系曲线呈现双折线形态,屈服承载力约为215 kN·m,极限承载力约为265 kN·m,屈服承载力约占极限承载力的80%,该节点的承载力约为连续截面的30%;3)在CT锁的约束作用下,沉插节点为具有延性特性的铰接节点。 展开更多
关键词 两墙合一预制地下连续墙 沉插节点 CT锁 足尺抗弯试验 纵向拼缝 力学性能
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海底软弱地层浅埋大直径盾构对接开挖面失稳灾变机制研究 被引量:2
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作者 陈一凡 沈翔 陈湘生 《隧道建设(中英文)》 CSCD 北大核心 2024年第4期712-723,共12页
为探明对接距离对海底大直径盾构开挖面失稳机制及规律的影响,依托甬舟铁路金塘海底盾构隧道工程,建立考虑渗流的盾构隧道对接有限元模型,研究对接距离L对开挖面失稳机制以及极限支护压力的影响,并基于极限平衡法建立考虑渗流的盾构近... 为探明对接距离对海底大直径盾构开挖面失稳机制及规律的影响,依托甬舟铁路金塘海底盾构隧道工程,建立考虑渗流的盾构隧道对接有限元模型,研究对接距离L对开挖面失稳机制以及极限支护压力的影响,并基于极限平衡法建立考虑渗流的盾构近距离对接开挖面极限支护压力理论模型。随着对接距离的增大,开挖面失稳形状和极限支护压力的变化可分为3个阶段。1)快速增长阶段(0<L/D≤0.4)(D为隧道直径):该阶段与单个隧道工况区别最明显,失稳区域由楔形体与仓筒组成;此时受对接隧道的阻碍作用最大,且开挖面附近水头场变化剧烈,渗流力占据主要部分。2)缓慢增长阶段(0.4<L/D≤0.7):失稳区域由对数螺旋体与仓筒组成,此时对接隧道的阻碍作用减小,因此极限支护压力在该阶段受对接距离的影响减小,增长缓慢。3)趋于平缓阶段(0.7<L/D≤1.5):失稳区域由对数螺旋体与倒棱台组成,此阶段对接隧道的阻碍作用可忽略不计,极限支护压力、失稳区域形状与非对接情况相近,可视为单个隧道工况。建立的理论模型得出的结果与数值模拟的结果接近,两者误差在10%以内,验证了该模型的可行性。 展开更多
关键词 海底隧道 大直径盾构 对接工程 开挖面失稳 理论模型
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临界状态土的物理标度律 被引量:1
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作者 费建波 唐昊 +1 位作者 介玉新 陈湘生 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1831-1839,共9页
土的临界状态理论描述了土有效应力、抗剪强度与土密实度之间的对应关系,大量土力学试验还揭示了土体强度与加载速率存在相关性。考虑到颗粒物质是自然土体的实际载体,从颗粒物理本源出发,将流态颗粒惯性数I发展为考虑砂土密实程度(即... 土的临界状态理论描述了土有效应力、抗剪强度与土密实度之间的对应关系,大量土力学试验还揭示了土体强度与加载速率存在相关性。考虑到颗粒物质是自然土体的实际载体,从颗粒物理本源出发,将流态颗粒惯性数I发展为考虑砂土密实程度(即初始颗粒体积分数Ф0)的准静态颗粒物理惯性数Q=Ф0[ln(I)+α]。以砂土的经典三轴试验数据为基础,探究了处于临界状态土的颗粒物理标度律,发现颗粒的摩擦系数μ与准静态颗粒惯性数Q之间满足简单的μ=ξQ线性关系。新建立的简单物理标度律能够统一刻画处于临界状态砂土的密实状态、剪切速率、围压和粒径等因素与土内摩擦角间复杂的经验关系。为描述受剪颗粒准静态变形的体变规律,进一步探索了临界状态下土颗粒体积分数与准静态颗粒惯性数间的相关性。对三维应力状态情况,引入一个新的无量纲量“中主应力数”对标度律进行拓展,可揭示中主应力对临界状态砂土摩擦特性的影响。 展开更多
关键词 颗粒 临界状态 标度律 剑桥模型 砂土
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