基于收集到顶管沿线的数据对顶管施工技术中地质条件预测

第３期　非开挖技术　Ｎｏ．３　２０１３年６月　Ｃｈｉｎａ　Ｔｒｅｎｃｌｄｅｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｊｕｎｅ．，２０１３　４１　基于收集到顶管沿线的数据对顶管施工技术中　地质条件预测　Ｋｅｈｊｉａｎ　Ｓｈｏｕ　Ｆｕｋａｎｇ　Ｔａｎｇ著史亚运译　摘要：非开挖方法经常会遇到复杂的地质问题，使掘进难度增加，从而影响了施工进度。台湾中部地区　主要由砾石冲积层覆盖，在该地层中含有大量砾石。这些大尺寸的砾石往往导致过度磨损和建设成本的增　加。在本文中，我们采取了从出发端和到达端顶管的样品，并进行了筛分。然后，我们改变了钻孔数据的粒度　分布的新导出的公式。将得到的井孔数据输入到Ｔ—ｐｒｏｇｓ进行地质统计学分析。地质统计分析的目的是通过　项管沿线的数据建立三维地质模型，然后我们就可以得到地质条件和粒度沿着顶管的分布。在这项研究中，　针对不同的场景和材料的变化对顶管率的影响进行分析。结果表明大于２０厘米的砾石颗粒变化与顶管率是　高度相关的。　关键词：顶管、预测、地层　１简介　顶管技术中的地层，这样就使得施工操作更加经济，　更加合理。　对于非开挖项目，提前探索周围的建筑面积地　质条件是比较困难的，由于环境因素，如交通繁忙，　２文献回顾　住宅小区，和高密度现有管道。这可以导致在建设过　Ｊｏｎｅｓ，Ｗａｌｋｅｒ和Ｃａｒｌｅ（２００２）在软件ＭＯＤＦＬＯＷ　程中很多意想不到的情况，如刀头因盾构机刀头处　随机模拟条件下使用了转移概率方法。地质统计学　崩溃的大尺寸软土砾石的过度磨损而损坏。然而，这　方法在多种方式上都优于传统指标克立格法，它能　些问题在进行地质调查或者直接在出发端钻进中是　够以更简单、更直观的方式，更好的表达各种地质框　常见的。　架之间的关系，并有能力来更加详细的模拟一些地　利用地质统计学的方法，我们可以推断出开挖　质相关性。ｗｅｉｓｓｍａｎｎ（２００５）利用在国王溪冲积扇的　过程中遇到的地层形成的地质条件和参数。通过这　地质模型，根据钻探，地球物理测井，岩心数据，勾勒　种方式，可以更有效地取得机械参数，人员调度和中　出不同的地质特征分类。地质模型和马尔可夫链一　间轴的位置，本研究采用钻孑Ｌ数据输入到软件　样是通过转移概率的方法模拟出来的。Ｓｅｅｂｏｏｎｒｕａｎｇ　（Ｔ—ｐｒｏｇｓ的转移概率地统计软件）来模拟，并获得出　（２００６）在转移概率理论方程的基础上进行了在泰国　发端和到达地端之问的三维地质模型。　中部湄南河畔下游复杂地层条件下的模拟。　由于本研究着重于台中地区卵砾石层中顶管技　李，邵，金，崔（２００９）提出，在建模过程中也应考　术，部分工作地区致力于查找地层内粒径分布的信　虑研究水文地质结构的异质性。水文地质参数的空　息，它可以帮助调整工作参数。通过筛分选，从工作　间分布格局和的复杂程度决定了模拟的准确性。对　地点获得的土壤样品可以立即被分析出来。然后，转　于沉积岩形成的空间岩石的分布格局是最重要的控　换的颗粒尺寸分布可以输入到地层仿真软件。这是　制因素。研究人员使用了大量的钻探数据，主要采用　希望通过有效利用预期及模拟，可以更好地预测在　马尔可夫链的转移概率序列的指示克里格模型分析　４２　非开挖技术　Ｃｈｉｎａ　Ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　２０１３年６月　方法。Ｔｈｅｏｄｏｓｓｉｏｕ和Ｌａｔｉｎｏｐｏｕｌｏｓ（２００９）使用　Ｔ—ｐｒｏｇｓ对土壤在含水层在上的分布进行概率分析，　同样地将现有的钻井数据输人到Ｔ－ｐｒｏｇｓ来计算出　三维的转变概率模型。获得的结果用于进一步的含　水层建模。　３方程，公式，符号和单位　３．１抽样和筛选分析测试　实验室检测是根据台湾规范ＣＮＳ１０９８９上“从　现场的大样如何获得实验室测试样品的方法”，以及　测试规范ＣＮＳ４８６“细颗粒和粗骨料筛分分析的方　法”。筛析可以适当地应用到土壤颗粒的尺寸大于７５　微米（＃２００目），对于小于７５微米的颗粒，必须使用　液体比重计测试，该研究是对尺寸大于７５微米的颗　粒进行筛分分析试验。该测试的目的是使土壤样品　通过一系列的各种筛目大小的筛，得到在不同颗粒　尺寸的范围内的粒子的重量，并绘制粒度分布曲线。　３＿２粒度分布的转换　考虑一个三维的穿透体积的砾质土，我们必须　承担的渗透的每一个粒子可能无法通过中心，而是　通过在底部的投影面积的ｌ／８上的一个点。从上向　下看的ｚ轴的重心位置是在图１（ａ）和侧视图图ｌ（ｂ）　所示。设Ｒ’等于半径为Ｒ的球形颗粒的切Ｅｌ长度，ｖ　等于从１／８球体的中心到距离ＣＯ球体的中心的距　离。该球体被切除部分在ｘｙ平面上的投影面积（ｚ＝０　处）分为四个扇区的面积相等。扇区区域的方程是：　Ａｃ一＂ｔｒ（Ｒ２－ｆ）一　（１）　４Ｙ　Ｊ　、　Ｊ　Ｉｌ　－．一　…　ｉ　ｈｌ　＼．　Ｘ　Ｉ　＼　Ｏ　（ａ）　［ｂ）　图１一个球体的俯视图（ａ）和侧视图（ｂ）　通过计算，我们得到ｙ＝３Ｒ／８，如图图１（ｂ）所示，　运用勾股定理，我们得到：　Ｒ２＝（ＥＦ）２＋ｙ　（２）　将已知的ｙ＝３Ｒ／８代入（２）得：　ＥＦ：Ｒ’：￣ｖ／—Ｒ２－（３—Ｒ／８）２：—　Ｒ　（３）　这是贯通１／８球体的总长度。穿透的总长度为两　个１／８球体（四分之一球体）的组合，因此，它成为　２Ｒ’＝１．８５４Ｒ。这表明，通过四分之一球体的中心贯通　而形成的穿透长度是小于的球体的半径２Ｒ。由于假　定中心不是球心，而只是通过他们在ｌ／８球的中心，　所以这些渗透通过颗粒的大小被低估。　从筛分分析得到的颗粒尺寸分布被称为作为原　始的粒度分布。由于钻井渗透将导致原始有效粒径　的值Ｒｕ＝Ｉ．８５４Ｒ／２Ｒ＝９２．７％的比率被低估，乘以这个　比例的原始粒度分布，我们可以得到调整后的粒度　分布，它代表钻孔内的粒度，即核心日志。　３．３　Ｔ—ｐｒｏｇｓ的相关分析　转移概率地质统计软件（Ｔ—ｐｒｏｇｓ），是一个建立　在过渡概率（卡尔，１９９９年）的基础上的地质统计方　法，是克里格指标模型和３一Ｄ马氏地层序列模型的　组合，以模拟空间变异的模型。Ｔ—ｐｒｏｇｓ的是由许多　子计划，包括ＧＡＭＥＡＳ二元统计计算（转移概率和　指标变异函数），ＭＣＭＯＤ发展的马尔可夫链模型，三　维和相关条件模拟ＴＳＩＭ等。Ｔ—ＰＲＯＧ的理论背景简　要描述如下。　跃迁概率ＴＪＫ（ｈ）被定义（卡尔・福克，１９９６）￣Ｈ　下：　ｔｊｋ（ｈ）＝Ｐｒ｛ｋｏｃｃｕｒｓａｔｘ＋ｈｌｊｏｃｃｕｒｓａｔｘ｝　（４）　其中，ｘ是一个指定的位置；ｈ是分离载体；ｊ和ｋ　是独立的地质单元，岩层，或标记的类别的材料。　在分类变量的马尔可夫链中（卡尔・福克，１９９７）　提供了一个简单而强大的随机数学模型。在时间序　列应用马尔可夫链模型，理论假设的未来取决于现　在，而不是过去空间。马尔可夫链的假设发生，完全　取决于最新的数据。马尔可夫链模型已成为应用地　统计学的方法的原因，是因为它的发展提供了最　直接的方法，使用区域模式来描述所有的空间交叉　相关　４结果与讨论　４．１实际案例的分析　分析的顶管的项目的结构的平面示意图如图２　第３期　Ｋｅｈｊｉａｎ　Ｓｈｏｕ　Ｆｕｋａｎｇ　Ｔａｎｇ著史亚运译：基于收集到顶管沿线的数据对顶管施工技术中地质条件预测　‘　Ｂｉ４３　１３ｉ４６　４３　所示。作为实际的壳体１（外置）和实际的壳体２（插　置）的直径横截面，对应于一个实际的钻头为０．６米　的缝纫机头。顶管Ｂｉ４３的轴和轴Ｂｉ４６的筛析数据　被用来建立三维地质模型和估计通过大尺寸的砾石　颗粒的概率。探讨遇到的大尺寸颗粒（大于２０厘米）　的概率其与实际顶管工作的推进率的相关陛。　Ｉ　ＩＩ　ＩＩＩ　Ⅳ　图３顶管轴的数据模块　——ＧａｓｅＺ　—Ｃａｓｅｌ　示。粒度分布的块Ｉ，ＩＩ，ＩＩＩ，ＩＶ分别代表的Ｂｉ４３一一５．５　米，Ｂｉ４６＿一６．５米，Ｂｉ４３一一９．０米，Ｂｉ４６＿８．５米。根据筛　分析结果，然后再转换为调整后的颗粒尺寸分布，如　４所示。对于更好的实际应用中，颗粒的大小被分为　三类：（ａ）粒子尺寸大于２００毫米；（ｂ）的粒子尺寸小　图２研究案例的排列　由于站点上的采样点的位置和深度是不同的，　建模的位置被分离成两个主要工作井，每个工作井　的深度都为１　１米。两个工作井孔在５．５米的深度进　一步划分为上部和下部，总共四个部分块，如图３所　于或等于２００毫米，但大于２０毫米；（ｃ）的粒子尺寸　捕Ｉ　●尊　彗　ｌ●　尊　蝴　蚺二　¨　“　（ｃ）　曲　图４四个数据模块的变化　小于或等于２０毫米。　４．２与超前速率的比较　顶管工程Ｂｉ４２到Ｂｉ４３和Ｂｉ４３到Ｂｉ４６部分记　随着工作结束接近而增加。　在三维地质模型的情况下模拟情况１从Ｂｉ４３　到Ｂｉ４６如图７所示，用回归线来反映粒径变化的趋　势。比较研究的结果发现，大尺寸颗粒的倾向（超过　２０厘米）逐渐下降（相当于减少网格数粒径大于２Ｏ　厘米）与预期掘进速度增加的倾向是非常一致的。相　反，网格为２厘米和２０厘米之间的粒径往往在相同　的位置（相当于增加了更好的材料）上升。这一发现　录括日常工作记录，包括历史的顶管，顶管计数的数　量，通过数据可以得到掘进的速度，如图５￣６所示。　同时数据也转换成掘进效率，即每管顶人需要多长　时间。这样我们就可以将花费的小时数与地质材料　的变化进行对比分析。然而，数字显示，掘进的速度　第３期　Ｋｅｈｊｉａｎ　Ｓｈｏｕ　Ｆｕｋａｎｇ　Ｔａｎｇ著史亚运译：基于收集到顶管沿线的数据对顶管施工技术中地质条件预测　４５　５结论　在台中地区的冲积主要是砾石沉积，含有大量　的大型碎石，这对任何非开挖项目的成功有着显着　的影响。这项研究对现场出发端和到达端进行了筛　分分析。派生的公式获得的筛析数据后，被调整后将　数据转换成钻芯日志。然后，通过ＧＭＳ次程序　Ｔ—ｐｒｏｇｓ展示三维地质模型，分析垂直和水平材料的　变化。分析结果与本文通过顶管获得数据进行比较。　通过预期掘进速度与实际情况下的模拟结果比　较表明，材料的变化与预期掘进速度有着很高的相　关性。网格的大小大于２Ｏ厘米数量减少，那些小于　２０厘米的网格但大于２厘米的数量增加时，前进的　速度增加了。相反，当网格的大小大于２Ｏ厘米数量　增加时，小于２０厘米的网格但大于２厘米的数量下　降，前进速度也下降。他们高度对应的实际顶管的情　况：当一台盾构机的刀头遇到大型碎石岩，其速度将　有所放缓，当然是由于切削磨损。　从直径的角度来看，横截面的直径越大，方格遇　到的大于２Ｏ厘米的颗粒尺寸数目越多，反之，亦然。　由于两个研究案例的井端的参数是相同的，从两例　中的纵向剖面的变化的趋势是一致的。结果表明，网　格尺寸小于两厘米的材料变化在每一种情况下都是　不确定的的。不精确性的原因可能由于分析网格的　大小即单元格的大小Ｏ．２米远远超过的颗粒尺寸２　厘米。　参考文献：　［１】　Ｃａｒｌｅ，ｓ．Ｆ．ａｎｄ　Ｆｏｇｇ，Ｇ．Ｅ．　（１　９９６）．Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ——ｂａｓｅｄ　ｉｎｄｉｃａｔｏｒ　ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ．　Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　Ｇｅｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌｕｍｅ　２８，Ｎｏ．４，ＰＰ．　４５３－４７６．　［２】Ｃａｒｌｅ，Ｓ．Ｆ．ａｎｄ　Ｆｏｇｇ，Ｇ．Ｅ．（１　９９７）．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ　ｓｐａｔｉａｌ　ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ　ｗｉｔｈ　ｏｎｅ　ａｎｄ　ｍｕｌｔｉｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ－ｌａｇ　Ｍａｒｋｏｖ　ｃｈａｉｎｓ．　Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　Ｇｅｏｌｏｇｙ，Ｖｏｌｕｍｅ　２９，Ｎｏ．７，ＰＰ．８９１—９１７．　［３］Ｃａｒｌｅ，Ｓ．Ｆ．（１　９９９）．Ｔ－ＰＲＯＧＳ：Ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　Ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　Ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　Ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｖｅｒｓｉｏｎ　２．１，Ｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　Ｇｒａｄｕａｔｅ　Ｇｒｏｕｐ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，　Ｄａｖｉｓ．　［４］Ｊｏｎｅｓ，Ｎ．Ｌ．，Ｗａｌｋｅｒ，Ｊ．Ｒ．ａｎｄ　Ｃａｒｌｅ，Ｓ．Ｆ．（２００２）．　Ｕｓｉｎｇ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｗｉｔｈ　ＭＯＤＦＬＯＷ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　Ｍｏｄｅｌ　ＣＡＲＥ　２００２，　Ｐｒａｇｕｅ，Ｃｚｅｃｈ　Ｒｅｐｕｂｌｉｃ，Ｊｕｎｅ　１７—２０，２００２．　『６］Ｌｉ，Ｃ．Ｑ．，Ｓｈａｏ，Ｊ．Ｌ．，Ｊｉｎ，Ｐ．ａｎｄ　Ｃｕｉ，Ｙ．Ｌ．（２００９）．　Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒｏ－ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｐｌａｉｎ　ａｒｅａ：Ａ　ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　Ｎｏｒｔｈ　Ｃｈｉｎａ　Ｐｌａｉｎ．Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅ，Ｖｏｌｕｍｅ　２３，Ｎｏ．１，ＰＰ．　１３７－１４３．　『７］Ｓｅｅｂｏｏｎｒｕａｎｇ，Ｕ．（２００６）．Ａｎ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ａｐｐｒｏａｃｈ　ｔｏ　ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ：Ａ　ｃａｓｅ　ｓｔｕｄｙ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｌｏｗｅｒ　Ｃｈａｏ　Ｐｈｒａｙａ　Ｂａｓｉｎ，　Ｔｈａｉｌａｎｄ．Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　２ｎｄ　ＭＴ－ＧＴ　Ｒｅｇｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｆｅｎｃｅ，Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｓａｉｎｓ　Ｍａｌａｙｓｉａ，Ｐｅｎａｎｇ，Ｊｕｎｅ　１　３－１　５，　２００６．　［８］Ｉ　Ｔｈｅｏｄｏｓｓｉｏｕ，Ｎ．ａｎｄ　Ｌａｔｉｎｏｐｏｕｌｏｓ，Ｄ．（２００９）．　Ｅｃｏｎｏｍｉｃ　ａｓｐｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｌｉｎｅａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｗｅｌｌ　ｈｅａｄ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ　ａｒｅａｓ　ｕｎｄｅｒ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ．　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　２ｎｄ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　ＣＥＭＥＰＥ＆　ＳＥＣＯＴＯＸ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｍｙｋｏｎｏｓ，Ｊｕｎｅ　２　１—２６，２００９．　［９］Ｗｅｉｓｓｍａｎｎ，Ｇ．Ｓ．（２００３）．Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｇｅｏｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ　ｉｎ　ａ　ｄｅｔａｉｌｅｄ　ｓｔｒａｔｉｇｒａｐｈｉｃ　￣ａｍｅｗｏｒｋ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｆｏｒ　ＧＳＡ　Ａｎｎｕａｌ　Ｍｅｅｔｉｎｇ．　Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ　ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ｍａｐｐｉｎｇ　ｏｆｒ　ｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｎｅｗ　Ｍｅｘｉｃｏ，　ＵＳＡ，Ｏｃｔｏｂｅｒ　１　５，２００５　乌效鸣校　译自：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｎｏ－Ｄｉｇ　２０１２，３０ｔｈ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｘｈｉｂｉｔｉｏｎ，Ｓａｏ　Ｐａｕｌｏ，Ｂｒａｚｉｌ，１２—１４　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　２０１２