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期刊信息/Journal information
中国公路学报
中国公路学报

马建

双月刊

1001-7372

glxb@chd.edu.cn

029-82334387

710064

西安市南二环路中段长安大学内

中国公路学报/Journal China Journal of Highway and TransportCSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中国公路学会主办的公路交通行业最权威的学术性刊物，主要刊载道路工程、桥隧工程、筑路机械工程、汽车与汽车运输经济与工程经济等专业的应用技术及理论性文章，并适当报道有关公路交通的新技术、新材料、新工艺以及国内外重大学术活动、工程建设及科技动态信息等。
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收录年代

    钻爆法隧道智能建造研究现状与发展趋势

    李利平邹浩刘洪亮屠文锋...
    1-21页
    查看更多>>摘要：近年来,随着人口老龄化的加剧以及隧道建造环境越来越恶劣,机器代人成为了当前隧道建设发展的必然趋势.作为当前隧道工程的两大主流施工工法之一,钻爆法相较掘进机法能够适应各种隧道断面形式和地质条件,灵活性和适应性更强,应用更加广泛;同时,得益于大数据、物联网、5G通讯、人工智能等技术的快速发展和深度融合,钻爆法隧道智能建造技术已经得到了迅速的发展,在隧道围岩智能评价与爆破设计、智能施工装备、智能化建造管控平台以及辅助工序装备上均有了 一定的积累和突破.由此,在信息技术、隧道建造技术和智能装备进一步融合的基础上,已初步形成了隧道建设新模式——钻爆法隧道智能建造.首先,系统阐述了钻爆法隧道的发展历程,详细介绍了当前钻爆法隧道智能建造体系;其次,介绍了围岩智能评价与智能化爆破设计的相关进展;随后,介绍了智能凿岩台车、智能锚注台车、智能拱架台车、智能湿喷台车及智能衬砌台车的发展历程和智能化提升过程,同时,对当前隧道智能化管控平台技术体系和应用情况进行了说明;之后,在前期的科研成果基础上,针对隧道施工辅助工序中遇到的问题,研发了隧道掌子面勘察测量机器人和掌子面围岩坍塌预警机器人,部分成果已经在现场推广应用.最后,针对智能化机器人在长、大、深埋隧道中自主行进、自主控制和自主作业的难题,提出了探索思路,以期为中国隧道智能化建造技术发展和灾害主动防控提供参考.

    隧道工程钻爆法综述智能建造智能施工装备智能管控平台辅助工序装备

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    基于钻进参数的隧道掌子面围岩单轴抗压强度和弹性模量解析

    王明年易文豪赵思光夏覃永...
    22-34页
    查看更多>>摘要：随着隧道的埋深、断面尺寸、长度逐渐增大,隧道掌子面围岩的力学参数将直接影响掌子面的稳定性.传统的岩石室内试验方法人力、物力耗费较大,难以指导当前隧道智能化设计和施工,为此,提出了一种基于钻进参数的隧道掌子面围岩单轴抗压强度和弹性模量(Rb-E)解析方法.首先,从能量角度出发,提出了智能型凿岩台车冲击-推进-回转协同破岩过程中机械比能的计算公式.然后,采用数值模拟的方法,模拟智能型凿岩台车的破岩过程.通过动态分析方法,分析了单位体积的围岩在不同围岩单轴抗压强度、弹性模量条件下,钻进速度、围岩"密集单元"内能与围岩单轴抗压强度、弹性模量的动力响应规律.随后,利用能量法,建立了基于钻进参数的隧道掌子面围岩单轴抗压强度、弹性模量解析模型(DP-Rb-E).最后,依托郑万高铁、宜兴联络线等钻爆法隧道工程开展了现场钻进试验和围岩力学参数测试,验证了该方法的可靠性.研究结果表明:在相同推进压力、冲击压力、回转速度条件下,围岩单轴抗压强度、弹性模量越大,钻进速度越慢,围岩"密集单元"的内能平均值越大;现场验证性试验结果表明,掌子面围岩单轴抗压强度解析结果与实测结果差异率为-5.52％～-20.89％,掌子面围岩弹性模量解析结果与实测结果差异率为-9.01％～-22.03％.

    隧道工程掌子面围岩DP-Rb-E能量法钻进参数冲击-推进-回转破岩

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    隧道掌子面节理卷积神经网络智能识别方法

    张运波雷明锋肖勇卓刘光辉...
    35-45页
    查看更多>>摘要：为解决现有隧道掌子面节理裂隙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,提出了一种名为 Mask Region-convolutional Neural Network-EfficientNet(Mask R-CNN-E)的隧道掌子面节理裂隙识别算法.该算法以Mask R-CNN实例分割算法为基础,采用先进的EfficientNet网络作为主干网络,加强了 Mask R-CNN算法获取特征信息的能力,从而显著提升了识别精度.EfficientNet通过复合缩放方法(Compound Scaling Method)有效地平衡了网络的深度、宽度和分辨率,使得在计算效率和准确率之间达到了最佳平衡.在模型训练过程中,采用了多尺度训练方式和学习率调整策略poly,以增强算法的鲁棒性.为评估算法的性能,以平均精度值Am为测试指标,与传统的Mask R-CNN算法开展了对比试验.此外,采用骨架算法对模型检测输出的节理裂隙掩码进行细化处理,以获取更为精确的节理裂隙量化信息.研究结果表明:改进后的算法在预测框平均精度值(b_Am)和分割平均精度值(s_Am)上分别达到了 0.656和0.436,均显著高于传统方法,表明了其在识别精度上的优势;改进后的Mask R-CNN-E算法在隧道掌子面节理裂隙识别方面有显著提升,尤其在复杂的隧道作业环境中表现出更强的鲁棒性和抗干扰能力;在节理裂隙长度测量方面,算法的误差控制在1.5％～9.8％之间,能够更好地满足工程实际需求.该方法不仅在理论上有较高的精度和鲁棒性,在实际应用中也能提供更为可靠的支持,对于提高隧道工程的安全性和施工效率具有重要意义.

    隧道工程掌子面素描实例分割节理裂隙深度学习

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    基于三维激光点云的隧道掌子面挤出位移场高精度监测方法

    程云建王辉仇文革
    46-57页
    查看更多>>摘要：为实现快速、自动化、高精度的隧道掌子面整体监测,基于三维激光点云提出了 一种掌子面挤出位移场监测方法,其中包括简单易行、精度高的刚体参照引入方法和隧道非刚体掌子面变形路径追踪技术.首先基于平面应变假设提出了一种基于初期支护纵向方向的稳定刚体参照;然后基于局部小变形刚体假设和二维连续小波表达初期支护的波动特征,并使用多级迭代配准算法修正初期支护的位置,实现刚体参照的配准;最后使用点云法向量聚类算法分割隧道掌子面,并基于局部小变形刚体假设和路径追踪算法获取每期掌子面的位移路径,得到掌子面挤出位移场.对所提方法的有效性在高速公路隧道进行了试验验证,并将估算的掌子面挤出位移结果分别与传统刚体参照下有变形路径追踪和无变形路径追踪的挤出位移进行了定性对比分析,同时又与全站仪监测的挤出结果进行了定量对比分析.结果表明:所提方法能够高精度地监测隧道掌子面的挤出位移场,监测结果与全站仪监测结果对比的中误差为0.83 mm.所提方法可用于掌子面稳定性的监测分析和地质灾害有效预警,从而提高隧道开挖过程的安全性.

    隧道工程位移场监测二维连续小波变换三维激光扫描技术稳定刚体参照

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    公路隧道装配式仰拱接头变形破坏规律

    王迎超徐杭雷雅婷周鑫...
    58-69页
    查看更多>>摘要：接头部位是公路隧道装配式仰拱受力最薄弱的部位,研究接头的力学性能意义重大.首先,预制仰拱采用弯螺栓连接,通过室内试验研究不同轴力分级加载过程中接缝张开量、竖向位移、接头附近表面混凝土应变等变化规律.然后,建立装配式仰拱接头的三维精细化有限元模型,模拟接头连接形式及接触状态,研究不同轴力-弯矩组合荷载作用下装配式仰拱接头变形、竖向位移以及混凝土应力发展规律.研究结果表明:室内试验和数值模拟获得的弯螺栓抗弯性能具有很好的一致性,且接头破坏过程特征也基本一致,即从接缝靠近施力侧压紧,到对侧张开,再到接头靠近施力侧表面混凝土先产生裂缝,紧接着侧面裂缝斜向上方发展逐渐贯通至顶面,混凝土压坏,最终接头破坏;接缝最大张开量和接头转角随着弯矩的增大,先线性增大后曲线形增大;轴力相同时,接头抗弯刚度随弯矩增加而减小;弯矩一定时,接头抗弯刚度随轴力增加而增加.研究成果可为公路隧道装配式仰拱接头设计及力学性能分析提供参考.

    隧道工程装配式仰拱模型试验破坏特征接头转角

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    钻爆法隧道机械化施工二衬支护时机优化方法

    陈子全孙振宇周子寒李天胜...
    70-81页
    查看更多>>摘要：近年来中国钻爆法隧道大力倡导机械化全工序建造,这种机械装备集成化的现代施工模式虽可有效提升掘进效率,但超长的机械装备作业线布设距离将会严重滞后二次衬砌支护时机,对软弱破碎岩层的围岩-支护结构稳定性造成威胁.通过调研隧道设计、施工规范关于确定二衬支护时机的相关原则及控制指标,梳理机械化全工序施工的作业线布设方案,提出了钻爆法隧道机械化施工背景下二衬支护时机的动态优化方法,综合围岩弹塑性本构模型,以及喷射混凝土、钢架、锚杆、二次衬砌本构模型,建立了围岩-支护结构相互作用全历程解析方法用于求解承载极限比、荷载分担比,最后计算分析了围岩安全系数的分布规律.结果表明:通过算例分析验证了提出的机械化施工二衬支护时机动态优化方法的有效性;不同强化的初支方案对应了 80～120 m的机械装备作业线布设距离(二衬最晚支护时机),且二次衬砌可分担7％～13％的围岩荷载;80、100、120 m机械装备作业线布设距离对应的初支方案下,围岩整体安全系数分别为1.19、1.30、1.26,均满足安全控制基准.

    隧道工程机械化施工钻爆法二次衬砌支护时机

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    基于DNN和属性数学的岩溶隧道突涌水风险预测

    吴志军戴骞储昭飞刘泉声...
    82-99页
    查看更多>>摘要：突涌水是岩溶隧道施工最常见的灾害,不仅会造成大面积涌泥塌方,支护设备等损毁破坏,甚至会造成大量人员伤亡,开展岩溶隧道突涌水灾害后果预测评估对保证隧道施工安全具有重要意义.为此,提出一种基于深度神经网络(DNN)和属性数学理论的岩溶隧道突涌水灾害预测方法,首先基于对国内外103条岩溶突涌水隧道的调查和总结,筛选了 7个岩溶致灾因素和3个灾害后果特征指标,建立了包含489组岩溶隧道突水灾害信息数据库;其次,引入K均值聚类算法,根据致灾因素聚类结果和灾害后果将岩溶突涌水灾害划分为4个等级,并进一步分析了不同岩溶突涌水灾害等级对应的各致灾因素的分布区间;在此基础上,采用深度神经网络(DNN)、随机森林(RF)、K近邻(KNN)和AdaBoost四种算法进行岩溶隧道突涌水灾害等级预测,并根据属性数学理论实现了岩溶隧道突涌水灾害等级的概率预测;最后,对所提方法在湖北鸡公岭隧道等工程中进行了应用验证,将预测结果与实际情况进行对比分析,验证了所提方法的准确性和可靠性.相比以往岩溶突涌水灾害等级预测方法,所提出的结合深度神经网络和属性数学理论的岩溶隧道突涌水灾害预测方法不仅可实现对岩溶隧道突涌水灾害等级的自动划分,还可同时获得灾害等级发生的概率,对实际岩溶隧道突涌水灾害预测更为客观全面.

    隧道工程灾害预测深度神经网络突涌水岩溶

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    微生物诱导固结疏浚底泥填料路用力学性能

    方明镜林芝阳党云刘政伟...
    100-111页
    查看更多>>摘要：为探究基于微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)的疏浚底泥路基填料改良过程优化与路用性能提升可行性,采用混拌法对疏浚底泥进行改良并制备试件,通过无侧限抗压强度(UCS)、抗剪强度(DSS)和加州承载比(CBR)试验研究了改良疏浚底泥的路用基本力学特性,并采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)辨析了典型土样的物质成分与微观形貌,揭示了不同养护环境、养护时间、菌液掺配比例及胶结物质浓度对微生物固化疏浚底泥力学性能的影响规律.研究发现:混拌MICP法可以用于疏浚底泥的强化处理,30 ℃且通风良好的养护环境更有利于试件强度的增长;试件强度随着胶结物质浓度的增大呈现先增加后减小的趋势,剪切性能由应变软化逐渐过渡为应变硬化;经过MICP改良后的试件在菌液掺量为100％、胶结水平为1.0 mol·L-1,环境温度为30℃且保持良好通风的条件下养护14 d,其UCS由0.16 MPa提升至0.96 MPa,剪切模量E50及黏聚力c、内摩擦角p也表现出不同程度的提高,常用于表征填料路用性能的CBR提升了 5.0％.XRD和SEM分析表明:土颗粒间方解石结晶是试件力学性能提升的原因.采用混拌法基于MICP改良后的疏浚底泥路用性能提升明显,满足路基上路床填料最低要求,可以用于高速公路路基填筑.

    路基工程微生物诱导碳酸钙沉淀混拌法力学性能疏浚底泥

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    考虑雨水感热作用的降雨对多年冻土路基水热影响模型试验

    张明礼雷兵兵周志雄周凤玺...
    112-124页
    查看更多>>摘要：为探究雨水感热作用下的降雨对多年冻土路基稳定性的影响,参照青藏高原北麓河地区的环境特点和多年冻土路基结构,通过底板-大气双控温室内模型箱开展了多年冻土区沥青路面路基模型试验,考虑了环境潜在雨水温度导致的雨水感热能量脉冲作用,分析了多周期不同降雨工况下的路面温度与辐射、路基含水量、热通量和温度响应.结果表明:多年冻土环境中雨水温度与气温在夏季差异显著,最大温差近3 ℃,在春秋季差异小于1 ℃;受雨水感热的影响,夏季降雨引起路面温度、地表向上辐射通量和浅层土壤热通量显著降低,导致的路基降温效果从强到弱为路面、路肩、边坡、天然场地,降幅与降雨量正相关;秋季降雨对路基土体降温效果较弱,春季降雨促进路面与路肩下土体热通量和温度的降低,而易引起边坡和天然场地土体的升温;同样,多年冻土路基活动层水分变化表现出相似的季节特征,但含水量增量从大到小为路肩、边坡、天然场地、沥青路面,降雨对路面下土体含水量的影响深度(大于0.25 m)小于路肩(小于0.35 m).因此,在降雨入渗深度范围内,多年冻土路基不同深度土体周期性平均降温从大到小为路肩、边坡、天然场地,沥青路面下土体仅在浅层0.05～0.15 m降温显著;忽略雨水感热作用时低估了降雨对路面长波辐射和路面温度的降低作用,高估了水分累积量,路面下降温效果减弱,从而导致路肩、边坡和天然场地出现升温.

    路基工程水热响应模型试验降雨过程多年冻土雨水感热

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    张靖皋长江大桥日照作用下组合结构桥塔温度效应研究

    刘宇飞张寒硕王仁贵魏乐永...
    125-136页
    查看更多>>摘要：温度效应对于桥梁结构安全使用具有重要影响,也经常成为组合结构桥梁设计中的控制因素.为探究桥塔在服役阶段受到的日照温度效应影响,推动组合结构桥梁设计方法进步,以张靖皋长江大桥钢箱-钢管约束混凝土桥塔为例,对其开展试验与模拟研究.首先,开展桥塔结构缩尺模型暴晒试验,测量晴朗天气下的结构关键位置温度与脱空结果,得到该结构在日照辐射作用下的温度场基本分布与变化规律,并通过有限元温度场计算方法模拟再现了暴晒试验中的温度结果.试验结果表明:外部钢箱对内部的受力结构起到了温度保护效应,避免了日照导致的钢管混凝土界面脱空,有限元计算结果与试验数据基本吻合,从而验证了有限元分析方法的有效性.其次,建立实际索塔结构的整体模型,分析并提取了实际结构在夏至日和冬至日的日照轨迹、温度时程与温度分布结果,并对截面两侧的温度差值进行了双因素的综合敏感性分析.结果表明:在一天中随着日照方向的不断变化,桥塔不同方向的钢箱壁板会轮流升温,内部的钢管混凝土结构温度主要与环境温度相关.再次,总结出了钢箱-钢管约束混凝土组合桥塔的温度梯度模式,采用多段折线的方式进行简化分析.最后,基于以上日照温度效应的分析,给出了面向组合结构桥梁设计阶段的几点建议.

    桥梁工程钢-混凝土组合桥塔数值模拟温度效应日照辐射温度梯度

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