排土量與注漿量盾構(gòu)施工地表沉降預(yù)測(cè)

地鐵隧道盾構(gòu)施工地表沉降的預(yù)測(cè)分析 摘要總結(jié)并分析了地鐵區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工中引起地表沉降的規(guī)律、過程及原因,同時(shí)介紹 了以經(jīng)驗(yàn)法為主且目前廣泛應(yīng)用于變形分析的peck沉陷槽預(yù)測(cè)公式,并結(jié)合我國(guó)某城市地鐵隧道的修 建過程中產(chǎn)生的地表沉降現(xiàn)象,驗(yàn)證了該分析方法的實(shí)用性和可借鑒性。 關(guān)鍵詞地表沉降peck沉陷槽預(yù)測(cè)分析盾構(gòu)法地鐵隧道 1前言 近些年來(lái),盾構(gòu)施工法普遍用于在松軟含水土層中修建隧道,在江河海中修建水底隧道,在城市中 修建地下鐵道及各種市政設(shè)施。但是,當(dāng)采用盾構(gòu)法施工時(shí),一般會(huì)引起隧道上方地表沉降,這種現(xiàn)象在 含水的松軟土層或其他不穩(wěn)定地層中表現(xiàn)顯著。尤其對(duì)于城市地鐵,盾構(gòu)法區(qū)間隧道一般都會(huì)穿越城 市中心地帶,因建筑物密集、施工場(chǎng)地狹小、地質(zhì)情況復(fù)雜、地下管網(wǎng)密布、交通繁忙、施工條件受 到限制等,而對(duì)環(huán)境的控制要求更為嚴(yán)格。因此,預(yù)

盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降,主要受盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)和地層條件的影響,且各參數(shù)間關(guān)系復(fù)雜.已有地表沉降預(yù)測(cè)方法大都沒有直接考慮掘進(jìn)參數(shù)的影響,難以滿足盾構(gòu)快速施工超前預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)和環(huán)境影響控制的需求.自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)（anfis）是一種基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的模糊類智能模型,通過減法聚類數(shù)據(jù)細(xì)分技術(shù)自動(dòng)生成模糊規(guī)則,使網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)和權(quán)值具有明確的物理意義,集成了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自適應(yīng)能力和模糊系統(tǒng)知識(shí)表達(dá)性能,特別適合于多元非線性系統(tǒng)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào).結(jié)合北京地鐵14號(hào)線東風(fēng)北橋站至京順路站區(qū)段工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),選取埋深、洞頂覆土標(biāo)貫值、土倉(cāng)壓力、推進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速、扭矩、盾構(gòu)推力,以及同步注漿量為輸入變量,建立了地表最大沉降量預(yù)測(cè)模型.計(jì)算結(jié)果表明,該模型計(jì)算量小,泛化能力強(qiáng),計(jì)算精度高.研究成果為盾構(gòu)施工地表沉降預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)提供了新的技術(shù)方案.

為了提高由盾構(gòu)施工引起的軟硬不均地層地表沉降預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,建立基于粗糙集-支持向量回歸(rs-svr)的地表沉降預(yù)測(cè)模型,并將該模型應(yīng)用于實(shí)際地鐵隧道工程的地表沉降預(yù)測(cè)中。首先,根據(jù)特定地質(zhì)條件,從幾何因素、地層因素和盾構(gòu)施工因素選取影響地表沉降的條件屬性,采用粗糙集理論的pawlak屬性重要度方法刪除冗余數(shù)據(jù),獲取影響地表沉降的最優(yōu)條件屬性集。在此基礎(chǔ)上,基于支持向量回歸(svr)建立rs-svr地表沉降預(yù)測(cè)模型,并與沒有經(jīng)過屬性約簡(jiǎn)的svr模型進(jìn)行對(duì)比分析。為了比較不同核函數(shù)對(duì)svr模型的影響,rs-svr和svr模型分別選取徑向基函數(shù)(rbf)、sigmoid函數(shù)、polynomial函數(shù)作為核函數(shù)對(duì)訓(xùn)練樣本及測(cè)試樣本進(jìn)行回歸預(yù)測(cè)。最后,利用佛山地鐵2號(hào)線南湖區(qū)間上軟下硬地層的20組地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),對(duì)該模型予以試算。研究結(jié)果表明:將選取的影響地表沉降的12項(xiàng)條件屬性約簡(jiǎn)為包含7項(xiàng)的最優(yōu)條件屬性集,分別為硬層比、黏聚力、內(nèi)摩擦角、土倉(cāng)壓力、總推力、刀盤扭矩以及掘進(jìn)時(shí)間,地表沉降分類結(jié)果與約簡(jiǎn)前保持一致；同類模型進(jìn)行橫向?qū)Ρ葧r(shí),rbf作為核函數(shù)的rs-svr模型和svr模型預(yù)測(cè)誤差分別為5.54%、13.10%,均低于以sigmoid函數(shù)和polynomial函數(shù)作為核函數(shù)時(shí)的預(yù)測(cè)誤差；以同種核函數(shù)進(jìn)行縱向?qū)Ρ葧r(shí),rs-svr模型預(yù)測(cè)誤差分別為5.54%、11.48%、13.26%,均低于svr模型預(yù)測(cè)誤差的13.10%、15.71%、19.68%。

通過研究已有盾構(gòu)施工參數(shù)數(shù)據(jù),提出了基于隨機(jī)過程生成盾構(gòu)隧道施工仿真參數(shù)的方法,并建立了施工地表沉降的仿真系統(tǒng),可以得到比基于隨機(jī)參數(shù)仿真更準(zhǔn)確的沉降預(yù)測(cè)數(shù)據(jù),為實(shí)際工程提供參考.

總結(jié)并分析了地鐵區(qū)間隧道采用盾構(gòu)法施工中引起地表沉降的規(guī)律、過程及原因,同時(shí)介紹了以經(jīng)驗(yàn)法為主且目前廣泛應(yīng)用于變形分析的peck沉陷槽預(yù)測(cè)公式,并結(jié)合我國(guó)某城市地鐵隧道的修建過程中產(chǎn)生的地表沉降現(xiàn)象,驗(yàn)證了該分析方法的實(shí)用性和可借鑒性。

盾構(gòu)施工地表沉陷測(cè)量和地面沉降預(yù)測(cè)軟件...

在軟土地層區(qū)域內(nèi)，采用盾構(gòu)施工法進(jìn)行地下作業(yè)時(shí)，難免存在地表沉降等現(xiàn)象。地表沉降過大時(shí)，容易對(duì)周邊構(gòu)筑物造成影響。通過對(duì)地表沉降原因進(jìn)行分析，采用科學(xué)合理的控制措施，有利于提高土體穩(wěn)定性。對(duì)軟土地層盾構(gòu)施工地表沉降原因進(jìn)行了簡(jiǎn)單分析，探討了軟土地層盾構(gòu)施工地表沉降控制措施。

以盾構(gòu)法施工隧道為研究對(duì)象,采用flac3d軟件模擬盾構(gòu)開挖過程,基于摩爾-庫(kù)倫屈服模型,應(yīng)用控制變量法分別對(duì)不同彈性模量、內(nèi)摩擦角、粘聚力、膨脹角和泊松比土體進(jìn)行模擬。結(jié)果表明:地表沉降槽近似正態(tài)分布曲線,隧道圍巖的彈性模量和黏聚力越大,地表沉降越??；泊松比、內(nèi)摩擦角和膨脹角越大,地表沉降也越大,提出通過減少圍巖擾動(dòng)和提高圍巖性質(zhì)兩種控制盾構(gòu)隧道地表沉降的方法。

依托杭州地鐵2號(hào)線某盾構(gòu)區(qū)間段工程,對(duì)軟土區(qū)雙線盾構(gòu)施工引起的地表變形進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),分析地表變形的規(guī)律及雙線peck公式在軟土地區(qū)的適用性,研究土體損失率的取值.分析結(jié)果表明:軟土地區(qū)雙線盾構(gòu)掘進(jìn)引起的沉降絕對(duì)值較大且二次擾動(dòng)效應(yīng)明顯強(qiáng)于其他土質(zhì)；單環(huán)排土量與盾尾注漿壓力的比值與地表最終沉降之間呈現(xiàn)較好的正相關(guān)性；土體損失率與單環(huán)排土量之間滿足玻爾茲曼分布規(guī)律,即在盾構(gòu)正常施工的情況下,土體損失率分布在一個(gè)有限區(qū)間內(nèi),隨著單環(huán)排土量的增加而增大.

分析了長(zhǎng)沙地鐵二號(hào)線沿線地層特征,以及盾構(gòu)施工狀況,基于長(zhǎng)沙地鐵土壓平衡盾構(gòu)穿越典型地層100多個(gè)地表沉降觀測(cè)斷面大量的地表沉降實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析,探討采用peck公式預(yù)測(cè)長(zhǎng)沙地鐵施工引起的地表橫向沉降槽的可行性,得出了預(yù)測(cè)長(zhǎng)沙地鐵土壓平衡盾構(gòu)施工引起的地表沉降基本參數(shù)的取值范圍,即地表沉降槽寬度系數(shù)(k)0.3-0.6,地層損失率0.5%-1.25%。應(yīng)用本文獲得的地表移動(dòng)參數(shù),采用peck公式可以較好預(yù)測(cè)長(zhǎng)沙地鐵施工引起的地表沉降,及其對(duì)于鄰近結(jié)構(gòu)物的影響。

淺談地鐵盾構(gòu)施工地表沉降及其控制——分析了盾構(gòu)施工中出現(xiàn)的地表沉降的機(jī)理和特點(diǎn)，并概括了地表沉降一些主要的影響因素及控制地表沉降的一些常用的方法。

某地區(qū)地鐵盾構(gòu)施工地表沉降規(guī)律分析——通過對(duì)武漢地區(qū)某一地鐵線盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，根據(jù)peck理論，得到漢121地區(qū)盾構(gòu)施工引起縱橫斷面地表沉降的特點(diǎn)：縱向上，盾構(gòu)機(jī)切口前30m以內(nèi)和后50m以內(nèi)為影響區(qū)域，其中又以切口后50m為顯著影響區(qū)，盾構(gòu)...

地下鐵路是現(xiàn)代城市交通體系重要的組成部分，在城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人民生活水平方面發(fā)揮了重要作用。由于地鐵主要設(shè)施位于地面以下，使得地下施工成為地鐵建設(shè)工程的主體。在地鐵地下施工過程中，地面沉降、塌陷和開裂等問題時(shí)有發(fā)生，不僅造成城市環(huán)境破壞，也給地鐵工程自身帶來(lái)巨大安全隱患。本文主要分析了地鐵盾構(gòu)施工地表沉降及其控制措施。

分析了盾構(gòu)施工中出現(xiàn)的地表沉降的機(jī)理和特點(diǎn),并概括了地表沉降一些主要的影響因素及控制地表沉降的一些常用的方法。

通過對(duì)武漢地區(qū)某一地鐵線盾構(gòu)掘進(jìn)施工過程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),根據(jù)peck理論,得到漢口地區(qū)盾構(gòu)施工引起縱橫斷面地表沉降的特點(diǎn):縱向上,盾構(gòu)機(jī)切口前30m以內(nèi)和后50m以內(nèi)為影響區(qū)域,其中又以切口后50m為顯著影響區(qū),盾構(gòu)對(duì)某斷面上影響范圍在沿盾構(gòu)中心軸線10~18m;盾構(gòu)掘進(jìn)引起的地表沉降數(shù)據(jù)累計(jì)變化控制指標(biāo)宜為-40mm,盾構(gòu)機(jī)切口通過監(jiān)測(cè)斷面6~20m范圍內(nèi)單次平均變化速率控制值宜為-15mm/d。

隧道盾構(gòu)施工引起的地層損失所導(dǎo)致的地表沉降變形預(yù)測(cè)和控制,是隧道工程領(lǐng)域重要的研究課題之一.為準(zhǔn)確預(yù)測(cè)盾構(gòu)隧道施工所引起的地表沉降,探求相應(yīng)的沉降控制措施,采用1∶50室內(nèi)模型試驗(yàn)和flac3d數(shù)值分析軟件,在模型隧道縱、橫向設(shè)置位移監(jiān)測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)地面沉降隨開挖過程的變化規(guī)律.結(jié)果表明:沉降量隨隧道深度的增加而減小,隨掘進(jìn)的進(jìn)行而增加;橫向沉降量在隧道正上方最大,沿兩側(cè)遞減,深度越小收斂越快,沉降槽越小;縱向沉降量沿隧道開挖方向沉降值逐漸減小.兩種試驗(yàn)?zāi)M的結(jié)果較為接近,可以保證所獲得的盾構(gòu)隧道施工引起的地面沉降規(guī)律的正確性.

地下鐵路是現(xiàn)代城市交通體系重要的組成部分，在城市建設(shè)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和提高人民生活水平方面發(fā)揮了重要作用。由于地鐵主要設(shè)施位于地面以下，使得地下施工成為地鐵建設(shè)工程的主體。在地鐵地下施工過程中，地面沉降、塌陷和開裂等問題時(shí)有發(fā)生，不僅造成城市環(huán)境破壞，也給地鐵工程自身帶來(lái)巨大安全隱患。在地鐵工程中，盾構(gòu)結(jié)構(gòu)施工往往會(huì)引發(fā)地表沉降現(xiàn)象，針對(duì)地鐵盾構(gòu)施工地表沉降問題進(jìn)行深入研究，制定安全防范措施，對(duì)應(yīng)數(shù)量和規(guī)模不斷呈現(xiàn)上升趨勢(shì)的地鐵工程來(lái)說無(wú)疑是十分重要的。

地鐵盾構(gòu)施工引起的地表沉降對(duì)施工安全影響較大,應(yīng)加以預(yù)防和控制。根據(jù)影響地表沉降的主要參數(shù),建立了基于小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的盾構(gòu)施工地表沉降預(yù)測(cè)模型,分析了預(yù)測(cè)結(jié)果的可行性,對(duì)比了它在收斂速度、預(yù)測(cè)精度等方面較傳統(tǒng)bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)。結(jié)合北京地鐵6號(hào)線實(shí)地測(cè)量數(shù)據(jù),驗(yàn)證了小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于沉降預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性和可行性。

通過對(duì)寧波軟土地區(qū)普通雙圓盾構(gòu)和類矩形盾構(gòu)施工地表沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及變形規(guī)律的總結(jié)分析,結(jié)果表明:在類似地質(zhì)情況及埋深條件下,相對(duì)于普通雙圓盾構(gòu),類矩形盾構(gòu)掘進(jìn)對(duì)周邊土體的擾動(dòng)范圍及幅度更小,橫向地表沉降槽寬度約為普通雙圓盾構(gòu)的70%,地層損失率降低了約30%；避免了冰凍法聯(lián)絡(luò)通道施工和運(yùn)營(yíng)期的地表及管片沉降風(fēng)險(xiǎn)；縱向地表沉降影響范圍及時(shí)程變化規(guī)律基本相同；地表工后沉降均因土體蠕變壓縮呈長(zhǎng)期緩慢固結(jié)沉降趨勢(shì),一般3個(gè)月左右收斂穩(wěn)定。

隧道施工引起的地層損失所導(dǎo)致的地表沉降變形預(yù)測(cè)和控制,是隧道工程領(lǐng)域重要的研究課題之一。以盾構(gòu)隧道開挖引起地表沉降變形為研究對(duì)象,采用有限元數(shù)值分析軟件模擬盾構(gòu)隧道施工過程,分析盾構(gòu)隧道引起的土體應(yīng)力場(chǎng)、位移場(chǎng)變化,對(duì)比分析不同的地層損失、不同的土體本構(gòu)模型、土體排水和不排水條件下隧道施工引起的地表沉降變形規(guī)律,并進(jìn)行了不同影響因素的敏感性分析。結(jié)果表明,地表沉降槽近似正態(tài)分布曲線,地表沉降的主要影響因素依次為隧道埋深、內(nèi)摩擦角、壓縮模量、粘聚力和泊松比;提出了盾構(gòu)隧道施工引起的地表沉降計(jì)算模型,并采取有針對(duì)性的措施來(lái)減少地表沉降,減小對(duì)周圍環(huán)境的不良影響。

本文通過研究盾構(gòu)隧道施工掘進(jìn)過程中地層的位移規(guī)律,分析土層變形原理、了解沉降發(fā)展過程、地表隆沉的分布范圍及影響地表沉降因素,為后續(xù)數(shù)值模擬計(jì)算與研究提供理論根據(jù)。

根據(jù)盾構(gòu)施工引起地表沉降的具體問題,結(jié)合廣州地鐵三號(hào)線某區(qū)間地質(zhì)資料,建立了地表沉降預(yù)測(cè)的bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,并對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了訓(xùn)練和測(cè)試,測(cè)試結(jié)果表明,利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行盾構(gòu)隧道施工的地表沉降預(yù)測(cè)是可行的,可用于工程實(shí)踐。