地铁隧道施工变形预测研究综述
地铁盾构隧道施工对地层变形及邻近管线的影响研究
地铁盾构隧道施工对地层变形及邻近管线的影响研究随着城市公共交通的不断发展,地铁俨然成了解决城市交通问题的有效法宝,作为城市地下隧道的新型施工方法,盾构施工优势明显。
然而,地下隧道的施工难免扰动地层,造成地层的沉降变形,进而引发地下管线的变形,甚至破坏。
本文以南京地铁玄武门站—新模范马路站盾构隧道区间的现场实测数据为基础,通过对盾构隧道施工工序和计算参数的反演,确定了盾构隧道模拟的流程,并利用FLAC<sup>3D</sup>软件对隧道盾构施工引发的地层变形及管线变形进行了精细模拟,最后对大连地铁二号线某区间双隧道施工引发的地表沉降和管线变形进行了预测,得出如下结论:（1）盾构隧道施工诱发的地层横向沉降变形,随着地层埋深的增加,最大沉降值逐渐增大,沉降槽宽度逐渐减小。
土仓压力控制了掌子面的稳定,减小了地表沉降变形,随着土仓压力的增加,地表横向沉降变形逐渐减小,减小幅度逐渐减小。
注浆压力的增加,地层沉降逐渐减小,影响效果明显。
（2）地下管线的存在明显抑制了附近地层的变形,且越靠近地下管线,影响程度越大。
随着地层埋深的增加,影响程度逐渐减小。
（3）管线材质、壁厚的不同均反映了管线刚度对管线沉降变形的影响,管线直径的不同可以理解为不同管线刚度和埋深的结合情况。
无论管线与隧道垂直或平行,在设计合理范围内,管线材质、壁厚、直径、埋深的变化对管线的受力和变形影响均不大。
（4）大连地铁二号线某区间隧道盾构工程实例中,右线隧道贯通后,地表最大沉降值为10.0mm。
双线隧道贯通,横向地表沉降槽并不符合叠加理论,最大沉降值为11.26mm,盾构隧道地层体积损失率为1.46%,地表沉降槽宽度系数为0.81。
右线隧道贯通后,右线隧道仰拱部位所受拉应力最大,最大拉应力为1.37MPa,最大压应力部位为侧向管片内部,最大压应力为2.65MPa。
左线隧道贯通后,隧道最大拉应力为1.13MPa,最大压应力为2.63MPa,相比右线隧道贯后的应力,均发生了减小。
地铁区间隧道基坑的变形分析的开题报告
地铁区间隧道基坑的变形分析的开题报告
一、研究背景和意义
地铁建设是城市基础设施建设中的重要组成部分，隧道作为地铁建设中的核心部分，工程质量的稳定性和安全性对城市交通运营和城市居民的生活质量具有重大作用。
然而，隧道建设过程中会遇到地质条件恶劣、复杂多变的难题，以及项目本身技术难度的挑战，都会对隧道的稳定性和安全性产生不利的影响，因此开展隧道变形分析具有重要的现实意义。
本文以地铁区间隧道基坑为研究对象，分析基坑变形特征和规律，并提出相应的分析方法和改进措施，以达到提高隧道工程质量和安全性的目的。
二、研究内容和方法
本文将围绕以下几个方面进行研究：
1.地铁区间隧道基坑建设中存在的问题及其影响；
2.隧道基坑变形特征、规律及影响因素；
3.基坑变形数值模拟及其分析方法；
4.基于数值模拟结果的工程改进措施与仿真验证。
本研究将采用室内试验、数值模拟和实地观测等方法，基于实际工程案例进行验证和分析，最终得出可靠的研究结论。
三、预期成果
1.分析地铁区间隧道基坑变形特征和规律；
2.提出数值模拟的基坑变形分析方法；
3.总结地铁隧道基坑建设过程中常见的问题和应对措施；
4.为隧道建设工程提供参考依据。
四、研究计划
第一年：
1.调研相关文献；
2.进行地铁隧道基坑的实际观测；
3.分析基坑变形特征和规律；
4.撰写开题报告。
第二年：
1.建立基坑变形的数值模型；
2.分析数值模拟结果；
3.提出改进措施。
第三年：
1.开展改进措施的仿真验证；
2.总结研究结果；
3.编写论文。
南宁地铁盾构隧道施工引起邻近建筑物沉降预测及控制研究
南宁地铁盾构隧道施工引起邻近建筑物沉降预测及控制研究随着盾构法在地铁建设中的广泛应用,盾构隧道施工对建筑物造成变形沉降的问题受到越来越多的关注。
因此,对于建筑物沉降进行预测,以便在设计和施工中采取有效控制沉降的措施,从而防止事故的发生显得非常重要。
南宁地铁的建设在如火如荼的进行,盾构法的应用在南宁地铁建设中的应用日趋普遍,因此有必要对此进行深入研究。
本文通过监测数据的统计分析及数值模型的计算,研究盾构过程中地表、建筑物沉降在不同地层条件影响下的变化规律以及不同基础型式的建筑物沉降变化规律,分析结果表明:(1)由Peck经验公式拟合得到地表沉降的沉降槽宽度系数、地层损失率的大小排序为:粉土层>砂砾石层>泥岩及粉砂质泥岩层。
由有限元分析得到建筑物沉降曲线沉降槽宽度变化与天然地表沉降规律一致,但同地层条件下其沉降槽更扁平,地层损失率Vl较地表要小。
(2)盾构隧道侧穿不同基础型式建筑物的沉降情况,计算得到沉降数值与监测数据水平接近,桩基础深入下部土层与地层结合情况好,沉降值及最大倾斜度约为浅基础50%。
盾构对于深基础建筑物影响同时表现在桩身横向变形上,变形最大值发生在靠近隧道第一排桩身中部,桩身变形距离隧道越远数值越小。
基于南宁地铁一号线白苍岭～火车站区间建筑物工程实例,根据盾构隧道施工引起的建筑物沉降曲线基本符合Peck经验曲线的特点,结合不同地质条件类别下的建筑物基础埋深、刚度及与隧道的相对位置等因素,对地表沉降Peck公式的地层参数进行修正,得到各地质条件下的建筑物沉降预测公式。
并以区间内部分建筑物为实例,将建筑物沉降预测公式计算值与实际监测值进行对比,预测计算值与监测值接近,预测拟合相关系数为82%,误差率在15%左右,结果表明预测方法具有一定的准确性。
本文基于实测沉降数据变化规律分析及盾构施工参数的设置,利用灰色关联分析方法分析施工参数与地表、建筑物沉降值的关系,分析得到地表沉降的施工参数对沉降敏感性从大到小依次为:掘进速度、注浆量、气垫仓压力、刀盘扭矩、总推力、开挖仓压力,建筑物沉降的施工参数对沉降敏感性从大到小依次为:注浆量、掘进速度、总推力、气垫仓压力、开挖仓压力、刀盘扭矩。
地铁隧道施工地层变形规律及其灾害减控技术
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地铁施工变形预测与控制的智能方法探讨 王宇
地铁施工变形预测与控制的智能方法探讨王宇摘要：地铁施工变形关系与工程周边土木环境的稳定与维护、工程安全具有非常密切的关系，地铁车站地铁盾构施工、深大基坑施工通过模糊逻辑法则以及人工智能神经网络等方式，可以智能的预测土工环境以及土体变形情况，一旦变形情况准备超过预定的现值，采用变形控制智能方式使地铁施工的相关参数得到明显调整，对施工变形情况进行合理控制。
本文对地铁施工变形预测、控制的智能方式进行全面分析，旨在验证变形预测智能方法的可行性。
关键词：地铁施工；变形预测；控制；智能方法一、前言目前，我国大部分软土地区城市地铁施工过程中需要采用针对性的措施来控制变形关系，确保工程周边土工环境、工作安全的稳定性、维护得到有效维护，使目前城市地铁施工研究的主要方向[1]。
通过智能的方法、智能的理念对地下工程、隧道工程施工变形情况进行处理，与传统数值控制的方式对比得知，也是具有一定的有效性、可行性。
由于工程施工扰动造成地表、土层变形位移量准备超过规定的标准值之前，需要智能系统作有效的险情预防以及预测预报，以施工变形智能预报、智能预测作为前提，对工程的相关施工参与进行调整，有效的完成智能控制施工变形的工作，确保对于工程险情能有效防治，使周边环境得到有效保护。
二、深大基坑施工土地变性的智能控制与智能预测地铁工程中深大基坑在进行开挖施工之前，会因为坑内外深层降水、基地塑性隆起、围护墙体水平位移不符合标准等因素，造成坑体周边土体出现超限沉降以及变形的情况，在一定程度上影响工程周边环境以及自身环境，严重的还会出现地下管线裂损、建构筑物裂损等质量问题，上述情况常见于市区内深基坑工程的施工工作中，并急需采用针对性的措施进行处理。
通过智能方式有效的控制、预测施工变形情况具体包括两方面：一方面，通过监测现场工程的实际情况，可以获得地表变形位移以及土层位移的实际数值；另一方面，通过监测现场工程的实际情况可以获得水文地质参数以及工程地质参数。
隧道变形监测及灰色模型预测分析
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２ 监测方案及监测数据分析
２ 一 监 测 方 案 原有 的 “ ７ ３ ８ｌ ” 人 防 工 程 建
度 。原 有 人 防工 程 长年 未 曾使 用 ，
部 分 区 间 布 满 垃 圾 、淤 泥 ，扩 挖 施
０ 多 年 以 来 ，长 年 未 曾 使 用 ，年 工 时 应 严 密 监 测 原 有 受 力 体 系破 坏 成 ３ 后 的受 力 状 况 。 哈 尔 滨地 区处 于 季 久 失 修 ，原 有 洞 体 存 在 施 工 缝 较
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Ｌ ２ ７ 处 点 变化 值 的２ 倍， 大 、社 会 活 动 频 繁 地 区 ，路 面 两 侧 变化 值约 为Ｓ
到 知 之 较 多 。 隧道 拱 顶 下 沉 参数 具
有 灰 色 性 ，变 形 过 程 也具 有 灰 色 过 建 筑 物 密 集 ，地 下 管 线 繁 多 ，施 工 可 见 多 一 个 方 向 的开 挖 造 成 围 岩 的 程 ，所 以 围岩 体 属 于 本 征 性 灰 色 系 安 全 显 得 格 外 重 要 。然 而 人 防 工 程 扰动 近乎成 倍数 增 长 。 统 。 因此 ，灰 色 模 型在 拱 顶 下沉 的 改造成地铁 技术在我 国尚不成熟 ， 在 施 工 监 测 方 面 没 有 现 成 经验 ，只 ３ 隧道风险源灰色模型预测分析 模 拟 中具 有普 遍 的适用性 。 ３ ． ２ 灰 色 模型 建模
基于监测数据的地铁施工变形预测方法探讨
基于监测数据的地铁施工变形预测方法探讨摘要：影响地铁工程施工及其周围建筑物等基础设施安全的因素较多，其中地表沉降就是其中之一。
本文依据工程实际需要，分析探讨了回归分析法、灰色理论分析法、指数平滑法三种地表变形预测方法，并进一步比较了三种变形预测方法的优缺点，并分析了三种方法的适用性。
关键词：地表沉降；回归分析法；灰色理论分析法；指数平滑法中图分类号：tu74 文献标识码：a 文章编号：引言伴随着我国经济的快速发展，地铁由于其具有载客量大、安全便捷、环保低能耗而被越来越多的城市作为交通运输工程发展。
而地铁建设要求较高的安全系数，一旦地铁施工出现安全故障极大可能的危机到周边的建筑物尤其是附近的地下管线的安全。
地表沉降是影响地铁安全施工的主要因素，如何在地铁施工中精确的预判地表沉降，及时采取有效的措施。
将是确保地铁安全施工的重要途径。
本文着重分析了回归分析法、灰色理论分析法以及指数平滑法三种预测方法在实际地铁施工中的应用，并进一步探究了三种地表沉降预测方法在施工应用中的优缺点，探讨了三种方法在不同地质条件和施工方法下的使用性。
地表沉降预测方法的分析在地铁施工过程中，施工技术人员对地表沉降的准确、有效的预测将大大降低地铁施工过程中由于地表沉降而造成的事故发生率，提高地铁安全施工系数。
预测地表沉降的方法较多，在工程实际应用中主要包括回归分析法、灰色理论分析法和指数平滑法。
本文从施工方法与地质条件的基础上，分析了三种地表沉降预测方法，为地铁安全施工提供一定的参考依据。
回归分析法分析回归分析法是建立在预测模型基础上的预测方法，依据数理统计理论建立自变量与因变量之间的回归方程式，即回归关系函数表达式。
一般而言，回归分析法包括线性回归法和非线性回归法，其中线性回归法因其表达式和应用较为简单，被广泛应用于工程施工中地表沉降的预测。
通常而言，当自变量是时间，因变量为建筑物或地下管线的变形值时，则是基于对监测数据的变形预测。
浅谈地铁施工过程中的变形监测技术
浅谈地铁施工过程中的变形监测技术地铁施工过程中的变形监测技术主要是通过对地铁隧道周围的地下结构进行监测，以确保施工过程中的安全和有效性。
该技术的应用范围非常广泛，几乎覆盖了所有类型的地铁施工，包括切削隧道、盾构隧道、开挖隧道等，下面就来浅谈地铁施工过程中的变形监测技术。
一、变形监测的目的地铁施工过程中的变形监测主要是为了确定工程进展的情况，预测可能发生的地质灾害，以及为工程周期内的风险管理提供数据支持。
同时，通过监测桥梁、管道、建筑物等邻近结构的变形情况，可以及时发现和解决地铁施工对周边结构造成的影响和影响程度。
二、监测方法地铁地下隧道的变形监测技术可以采用多种方式进行，包括传统的物理监测、遥感监测、激光扫描监测、全站仪测量等。
1. 物理监测物理监测是指通过固定标志物、测量点或安装应变计等传统方法进行的地下隧道变形监测。
这种方法的优点是简单、直观，适用于场地不大的小型工程。
同时，这种方法对测量点的密集程度要求相对高，会带来一定的人力和耗时成本。
2. 遥感监测遥感监测是指通过卫星遥感、航空摄影等手段对地铁隧道周围区域进行监测，获取相关数据和图像。
这种方法的优点是可用于大范围的监测，但需要具备一定的软硬件技术支持和数据处理能力。
3. 激光扫描监测激光扫描监测是一种高精度、全自动的监测方法。
它通过使用激光测距仪对地铁隧道周围区域进行扫描，获取相关变形数据，并利用软件进行分析和处理。
这种方法的优点是高精度、全自动，同时可以获取大量数据，对地铁隧道周围区域进行三维模型建立。
4. 全站仪测量三、结论在地铁施工过程中，地下隧道的变形监测技术是非常重要的，它可以保证施工的安全性和有效性，提高工程的质量和效率，最终使得地铁工程更好地服务于社会。
以上所述的几种监测方式都具有自己的优点和适用范围，具体落实时应根据实际情况选取。
地铁隧道施工对地层变形的影响
地铁隧道施工对地层变形的影响地铁隧道施工对地下地层的变形影响可能导致一系列的问题，如建筑物倾斜、灾害发生等。
因此，深入研究隧道在地层中施工对地层变形的影响，有助于提高隧道施工的安全性和可靠性，避免可能的地质灾害，保障城市的安全和发展。
地铁隧道施工对土体变形的基本影响隧道施工时，为了保证隧道的稳定性，需要对土体进行挖掘，切断土体原有的构造体系，影响土体的初始应力状态，从而导致土体变形。
根据土体中孔隙水的状态不同，土体变形可分为一维水平和垂直变形、二维平面变形和三维可压缩变形。
下面从三个方面来分析地铁隧道施工对地层变形的影响。
(1) 孔隙水压力的变化隧道施工过程中，隧道周围土体的孔隙水压力会发生改变，随着施工的进行，挖掘隧道的深度越来越大，孔隙水压力的变化也越来越显著。
孔隙水压力的变化将直接影响土体的应力状态和应变状态，对地层变形产生重要影响，可能引起地面塌陷、危房倾斜等问题。
(2) 应力的重新分布隧道开挖过程中，周围土体承受应力状态的突变，导致应力的重新分布，治理上需要在隧道周边设置支护结构来承受重新分配的应力。
如果支护的效果不佳，则会造成土体刚度降低、地面下陷等问题。
(3) 土体的破坏隧道施工期间，周围土体受到了一定的压应力，可能会导致土体破坏。
一般来讲，土体的破坏会在隧道表面和边缘出现，如果控制得当，不会造成严重后果。
但是，如果破坏范围较大，可能会损害地下管道、邻近建筑物以及城市基础设施。
防治地铁隧道施工对地层变形的措施为了预防地铁隧道施工所带来的地层变形问题，以下是一些有效的措施。
(1) 选择合适的隧道施工方式根据地层环境和项目需求可以选择合适的施工方式来降低土体变形影响，如盾构法和喷射法等施工方式既可以降低地层变形的影响，也可以提高施工的安全性和效率。
(2) 合理设置隧道支护结构合理设计支护结构可以承担未来地层变形所分配的应力，防止隧道周围土体过度变形，避免地质灾害发生。
支护结构设计过程中要考虑隧道开挖后的应力重分布、地下水脉和地层裂隙等因素。
《地铁站基坑开挖变形规律及影响因素研究》范文
《地铁站基坑开挖变形规律及影响因素研究》篇一一、引言随着城市化进程的加速，地铁建设成为了城市基础设施建设的重点。
在地铁建设过程中，基坑开挖是不可或缺的一环。
然而，基坑开挖过程中往往伴随着土体的变形，这不仅对周边环境产生影响，还可能对施工安全造成威胁。
因此，研究地铁站基坑开挖的变形规律及其影响因素，对于保障施工安全、优化施工工艺、减少对周边环境的影响具有重要意义。
二、基坑开挖变形规律1. 基坑开挖变形类型基坑开挖变形主要包括隆起变形、水平位移和沉降变形等。
其中，隆起变形主要发生在基坑底部，由于土体卸载导致周围土体回弹；水平位移则是基坑边壁土体在开挖过程中的侧向移动；沉降变形则是由于土体固结和外部荷载作用导致的地基沉降。
2. 变形规律特点基坑开挖变形的规律特点主要表现为时空效应。
即，变形的发生和发展与时间、空间密切相关。
在空间上，变形从基坑边缘向内部发展；在时间上，变形的发生和发展具有一定的阶段性。
此外，基坑的尺寸、开挖深度、土质条件等也会对变形规律产生影响。
三、影响因素研究1. 土质条件土质条件是影响基坑开挖变形的重要因素。
不同土质的物理力学性质差异较大，如粘聚力、内摩擦角、渗透性等。
这些性质直接影响土体的稳定性，进而影响基坑开挖的变形。
一般来说，粘性土的变形较小，而砂性土的变形较大。
2. 基坑尺寸与开挖深度基坑尺寸和开挖深度也是影响基坑开挖变形的重要因素。
一般来说，基坑尺寸越大、开挖深度越深，土体的变形越大。
这是因为较大的基坑和较深的开挖会导致土体卸载范围和卸载量增大，从而加大土体的变形。
3. 施工工艺与支护方式施工工艺和支护方式对基坑开挖的变形也有显著影响。
合理的施工工艺和支护方式可以有效地控制土体的变形，保障施工安全。
例如，采用分步开挖、及时支护的施工方式，可以减小土体的暴露时间，从而减小土体的变形。
此外，采用适当的支护结构，如排桩、锚杆等，也可以有效地控制土体的侧向位移。
四、结论与建议通过对地铁站基坑开挖的变形规律及影响因素进行研究，我们可以得出以下结论：1. 基坑开挖的变形具有时空效应，变形的发生和发展与时间、空间密切相关。
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第23卷第5期水利水电科技进展2003年10月作者简介:王铁生(1966—),男,河北定州人,讲师,博士研究生,从事安全监测和工程测量研究.
地铁隧道施工变形预测研究综述王铁生1,张利平2,华锡生1(1.河海大学土木工程学院,江苏南京 210098;2.华北水利水电学院,河南郑州 450045)摘要:在分析总结盾构隧道施工地层变形预测方法的基础上,把变形预测方法分为理论计算法和实测数据分析法两大类,并对各种方法进行了分析,指出其不足之处.认为如何充分利用实测沉降数据和先验信息进一步完善理论模型,以及采用动态数据模型、模糊智能方法预测后续沉降的大小和规律是地铁隧道施工中需进一步研究的内容.
关键词:地铁隧道;盾构法;地表沉降;神经网络中图分类号:TU441
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.6 文献标识码:A 文章编号:1006Ο7647(2003)05Ο0062Ο04
在软土地层中采用盾构法掘进隧道,会引起地层移动而导致不同程度的沉降和位移,由于施工技术质量及周围环境和岩土介质的复杂性,即使采用最先进的盾构法,其施工引起的地层移动也是不可能完全消除的[1].当地层移动和地表变形超过一定的限度时就会影响到盾构隧道和地表建筑物的正常使用和安全运营,尤其对于城市地铁,盾构法区间隧道一般都穿越城市中心地带,因建筑物密集、施工场地狭小、地质情况复杂、地下管网密布、交通繁忙、施工条件受到限制,对环境的控制要求更为严格.正确估计可能发生的地面变形,可以选择最佳的施工技术,制定一套完善的措施以确保施工地区楼房、建筑物与地下管线等重要设施的安全.国内外已有很多学者开展这一方面的研究.纵观地铁盾构隧道施工时地层沉降预测的研究方法,可将其分为理论计算法和基于实测数据的实测数据分析法.1 理论计算法理论计算法主要有以Peck理论为代表而不断发展、完善、改进的经验理论法,以及以有限元法为主的数值预测法等.1.1 经验法1.1.1 地表横向沉降预测Peck[2]通过对隧道地表面沉降槽形状的观察以及对大量的实测数据分析,于1969年在墨西哥土力学及地基基础工程国际会议上首次提出了地表沉降曲线近似呈概率中的正态分布曲线的概念.认为施工中引起的地表沉降是在不排水的条件下发生的,所以沉降槽的体积应等于地层的损失量,并认为地表沉降横向分布的估算公式为
s(x)=δmaxexp-x22i2(1)
式中:s(x)为地面沉降量沿横向的分布,mm;x为所求沉降点距盾构中心线的水平距离,mm;
δ
max=
Vl
2πi
,为沿盾构掘进中线的最大地面沉降,mm,其
中Vl为盾构掘进引起的沿隧道中线单位长度的地层损失量,m
3
/m;i为沉降槽宽度系数,
即隧道中心
线至沉降曲线反弯点的距离.
Attewell[3]和Peck一样也假定沉降槽呈正态分
布,于1981年提出下列最大地表沉降预测量,即式(1)中的δmax预测公式iR=K(z2R
)n(2)
δmax=
Vl
2Ai
(3)
式中:R为隧道开挖半径;z为从地表到隧道中心的深度;δmax为地表最大沉降量;K,n为常数;A为隧道开挖面积.
同济大学岩土工程系对上海饱和软土和软粘土层中地铁盾构隧道试验段进行计算分析,并与现场测试结果对比,提出了考虑到固结因素的Peck修正公式[4]:
δ(x,t)=
Vl+Hkxt
2πi
exp(-x22i2)(4)
式中:δ(x,t)为在任一固结时间t内,距隧道中心
・26・线x处的施工沉降量和固结沉降量之和;kx为隧道顶部土体加权平均的渗透系数,m/d;H为埋深.1982年,O′Reilly2New根据英国粘土和砂性地层的实测数据,提出两种地层情况下的i值计算公式,然后利用Peck经验公式δmax=Vl2πi可计算出地表最大沉降量.1977年,日本的半谷根据地层条件和围岩种类给出了地表最大沉降量范围.1982年,藤田研究了不同盾构型式对地层移动的影响,根据围岩的种类、盾构型式及辅助施工法的不同给出了地表最大沉降量的预测值及其误差.经验法只是粗略给出了预测地表沉降的计算公式或范围,有的甚至有附加条件并需从各自统计表中查取有关参数,计算出的结果与实测值偏差一般较大.当衬砌形式、刚度不同,以及施工条件和地层条件等复杂时,它们的应用将更受到限制.1.1.2 地表纵向沉降预测刘建航等[4]在Peck法的基础上,总结了上海地铁隧道纵向沉降分布的一般规律,提出了负地层损失的公式,得出了地面沉降量的纵向分布估算公式:s(y)=Vl12πi[Φ(y-yii)-Φ(y-yfi)]+Vl22πi[Φ(y-yi′i)-Φ(y-yf′i)](5)式中:s(y)为纵向地表沉降量;y为沉降点至坐标轴原点的距离;yi为盾构推进起始点处盾构开挖面至坐标轴原点的距离;yf为盾构开挖面至坐标轴原点的距离;yi′=yi-l,yf′=yf-l,l为盾构机的长度;Vl1盾构开挖面引起的地层损失(欠挖时为负值);Vl2为开挖面以后因盾尾空隙压浆不足及盾构改变推进方向为主的所有其它施工因素而引起的地层损失.Φ(x)函数可由标准正态分布函数表查得.1.2 数值法对地层移动和地表沉降的预测,国内外都进行了大量的数值模型研究,其主要方法有有限元法、边界元法、半解析元法等.有限元法又分线弹性、非线性弹性、弹塑性、粘弹性、粘弹塑性等几种.Finno和Clough[5]采用了二维平面应变方法分别取纵横剖面,分段模拟了美国旧金山第一座土压平衡盾构隧道的施工过程的地层沉降情况.他们将隧道的开挖过程分为五个阶段,第一阶段用纵剖面的平面应变有限元分析盾构推力使盾构前方土体的变形行为;第二阶段将一个向外的椭圆分布的径向压力施加到未衬砌隧道的周边上,以模拟盾构通过时的鼓起作用;第三阶段则在隧道周边施加一均匀向内的径向压力,模拟盾尾空隙的闭合,当拱顶向内位移等于盾尾空隙的理论值时,即认为空隙闭合,进入第四阶段;第四阶段考虑衬砌的安装;第五阶段考虑空隙水压力消散引起的固结作用.该方法的优点是能直接确定扰动带的范围,且可模拟这部分土体后来的固结.但计算中需凭经验假定径向压力.D.
Rensiondiz和M.P.Romo也采用了二维平面应变分析方法进行了隧道位移非线性有限元计算,并对计算结果数据进行了曲线拟合得出了一套公式.实际隧道掘进是一个三维问题,目前,很多学者进行了大量的三维有限元隧道地层沉降分析.
Ito和Hisatake[6]用三维常量边界元法分析了均
质线弹性地层中的浅埋隧道在开挖面瞬间到达某一位置且隧道周边应力完全释放时,隧道轴线上方地表变形问题,但其对建筑空隙处理问题作了简单假设.Lee和Rowe[7]假定土体具有弹性完全塑性的关系,用三维弹塑性有限元分析了加拿大安大略省的桑德贝隧道,引入总间隙参数G,分析隧道开挖面推进和隧道施工引起的地层损失.总间隙参数定义为G=U3D+ω+2Δ+δ(6)
式中:U3D为开挖面推进引起的等效三维径向位移;
Δ为盾尾壁厚;ω为与施工质量有关的参数;δ为拼
装衬砌的空间.他们认为隧道周边土体自由地向已开挖区内变形,一旦土体的径向收敛达到总间隙参数,环状衬砌单元就开始起作用,且假定土体与衬砌完全接触,并达到平面应变状态.该方法中的等效三维径向位移U3D的物理意义较为含糊,且没有考虑注浆的作用.
刘红洲等[8]采用三维有限元方法对影响地面沉降的各个因素如注浆量、盾体长度、推进步长、开挖面推进力、盾尾建筑空隙等分别进行了讨论,计算了各因素影响的地层沉降大小,并总结了地层沉降的规律,但对于建筑空隙等参数的大小讨论过于简单,
只是凭经验加以确定.李强等[9]假定在不排水的条件下利用弹塑性三维有限元分析了盾构千斤顶推力变化时对盾构隧道地面沉降的影响.施建勇等[10]采用沿轴向和横向解析、竖向离散的半解析方法分析了盾构隧道地表变形问题,虽对衬砌和盾构都进行了模拟,但未考虑超挖和回填注浆等问题,实际测试数据与计算有一定的差距.孙钧等[11]用三维弹塑性有限元分析了上海地铁交叠盾构隧道施工变形问题,其对土体各参数根据实测值进行了不同程度的折减,虽对盾尾空隙进行了考虑,但只是凭经验给予的确定值.张冬梅等[12]考虑随时间不断增大的固结沉降采用了粘弹性有限元法分析了盾构推进引起的地面沉降.田文等[13]利用粘弹塑性有限元法分析了浅埋隧道的稳定性,但模型的选取比较困难,同时模・36・型的参数也不易确定.1.3 随机理论模型预测刘宝琛等[14]在随机介质概念的基础上建立了横向和纵向地表沉降槽预测公式.随机介质理论是把地层移动看成一个随机过程,并用柯莫哥洛夫方程表示.其本质是沿用了矿山开采中引起地面位移的一种方法,预测盾构隧道沉降结果与实际情况难免有一定的差距.尽管已研究了上述多种理论预测方法,但因各地区地基种类繁多,施工方法、施工状态千差万别,同时使用的盾构类别也不同,可以说目前尚未研究出能考虑所有影响因素的地层沉降预测方法.三维有限元数值分析法基本上能够模拟各种工况以及各种因素影响的相互作用,并且可重复性好,无疑是进行上述研究的非常重要的工具.使用数值方法进行计算、预测的研究非常多,虽然可以较为全面的考虑多层地层、盾尾空隙、臂后注浆等施工因素,但数值方法在地层移动和地表变形预测研究中,力学参数的选取和本构关系的确定不完全符合工程实际,尤其是确定合适的弹塑性和粘弹塑性的本构模型和土体的各种参数是很困难的.因此,数值方法尚不能成为较为实用、准确的计算方法.2 实测数据分析法隧道开挖后,周边围岩及支护随之发生位移,该位移是围岩和支护力学行为变化的最直接反映.不管其作用机理如何复杂,其效果均通过位移表现出来.利用已开挖的隧道现场实测变形数据,通过建立数据模型可较好地预测和预报后续开挖地层的变形.2.1 统计分析法统计分析法(回归分析)是目前广泛应用的变形成因分析法.它是以实测数据为基础,利用所测量的影响因素和变形值,用回归分析建立两者之间的函数关系,有了这种函数关系后就能够预报变形,还可进行变形的物理解释.观测资料愈丰富、质量愈高,其结果愈可靠.但由于回归分析中,选用何种因子系用何种表达式有时只是一种推测,而且影响变形因子的多样性和某些因子的不可测性,使得回归分析在某些情况下受到限制.同时,此方法用平均曲线进行拟合、预报,不足以准确地反映观测值的离散性和随机波动性.回归模型是一种静态模型,它只是反映了变形值相对于自变量之间在同一时刻的相关性,而没有体现变形观测序列的时序性、相互依赖性以及变形的继续性.如果以单变量时间为自变量来建立变形预测模型,即进行趋势分析,通常是定量预测的首要一步,可发现主要的变化趋势,预测最终的沉降量.
2.2 时间序列分析随着变形分析研究的全面开展,人们认识到变形体的变形是在各种荷载(力)作用下的动态连续过程,变形体是具有惯性、记忆和时序的动态系统,其变形值,即系统输出(结果)变量不仅依赖于同时刻的,而且还依赖过去输入的变量的值.变形体还不断受到外界环境的影响,在各种荷载的作用下发生着能量的转移和变化.当变形的成因分析不可能把一切因子都赋予清晰的物理概念而始终离不开一个经验性的参数的时候,在许多因子的关系方面普遍存在得到的信息不充分,很难建立清晰函数关系的情况下,利用时间序列分析和灰色系统理论等建立数学模型来逼近、模拟和揭示变形体的变形规律和动态特性成为新的研究方向,在动态变形分析的研究方面已取得不少成果.由于根据地层和地表沉降的实测观测数据可组成一个离散的随机时间序列,因此,可采用基于实测数据的时间序列分析理论与方法来分析、趋势预测或预报地层的沉降规律.