北京地铁盾构法施工引起地表沉降的分析与预测研究

摘要

盾构法是修建隧道的一种施工方法，与明挖法和暗挖法相比，它具有自身稳定性好，对地面影响较小等特点。采用盾构法修建地铁等城市地下工程时，如何预测控制因开挖造成的地表沉降，是盾构法施工的一个非常重要的问题。为此，本文结合北京地铁五号线盾构试验段施工项目，对北京地区特有地质条件下盾构隧道施工引起的地表沉降进行研究，并得出以下主要结论： (1)盾构施工引起的地表沉降既与地层情况、岩土性质、隧道埋深等客观因素有关，也与施工方法、技术水平等主观因素密切相关。因此在盾构法施工时，应加强监测和信息反馈，及时调整施工方案。 (2)除盾构推进时正面压力导致地层隆起外，盾壳与土体之间的摩擦力也是导致地层隆起的重要因素之一。 (3)Peck公式的基本假设是认为沉降槽是正态分布和严格对称的，而现有监测资料表明，北京地区盾构施工隧道产生的沉降槽只近似服从正态分布。 (4)盾构技术应用于北京地区地铁隧道施工中，其产生地表沉降过程主要可划分为三个阶段，各阶段产生的地表沉降量所占的比重分别为：盾构机到达前，地表产生的沉降仅占总沉降量的5～15％，盾构机通过过程中产生的沉降占总沉降量的45％～50％，通过后的后续沉降占40～45％。 (5)提出了北京地区盾构法隧道施工引起地表最大沉降量和地表沉降槽预测公式 Wmax=-1.0969K'exp(34.891-h/4h/D)Wx=Wmaxexp(-x2/2i2)(6)通过实测资料分析，考虑多个因素同时相互作用，建立了盾构施工地表沉降的神经网络预测模型，为工程实践提供了有益的参考。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究问题的提出

1.2国内外研究现状及发展趋势

1.2.1隧道工程引起地层移动和变形的研究现状

1.2.2盾构施工对土体的扰动研究

1.2.3存在的问题

1.3本文的主要研究内容

第二章盾构施工对土体扰动及地表沉降的机理分析

2.1土体扰动的基本理论

2.1.1地层损失理论

2.1.2孔隙水压力变化理论

2.1.3初始应力状态的改变

2.2施工扰动引起地层移动的时空效应理论

2.2.1地层移动的时间效应

2.2.2地层移动的空间效应

2.2.3盾构施工地层移动的影响因素

2.3纵向沉降曲线形成机理

2.3.1纵向地层沉降机理的传统解释

2.3.2现场实测的纵向地层沉降曲线与传统曲线的比较分析

2.3.3纵向地层变形的机理分析

第三章盾构施工地表沉降的影响因素分析——以北京地铁五号线盾构试验段为例

3.1北京地铁五号线盾构试验段施工资料

3.1.1工程概况

3.1.2监测方案及测点布置

3.2地表沉降与地层关系的研究

3.2.1粘性土层的地表沉降曲线分析

3.2.2砂卵石层的地表沉降曲线分析

3.2.3砂性土层的地表沉降曲线分析

3.3地表沉降与时间关系的研究

3.3.1实测横向沉降槽随时间的演化特征

3.3.2纵向沉降槽与时间的关系

3.4地表沉降与覆土厚度关系的研究

3.5地表沉降与施工参数关系的研究

3.5.1地表沉降与推力的关系

3.5.2地表沉降与推进速度的关系

3.5.3地表沉降与回填注浆时间和注浆量的关系

3.6盾构施工引起地表沉降的曲线回归分析及预测

3.6.1盾构施工产生地表沉降曲线回归分析

3.6.2地表沉降预测

3.7本章小结

第四章盾构施工引起地表沉降的神经网络预测

4.1人工神经网络概述

4.2误差反传网络算法

4.2.1误差反传算法的原理

4.2.2 BP人工神经网络的学习过程

4.3基于BP算法的人工神经网络变形预测建模

4.3.1网络的输入、输出层设计

4.3.2隐层数和隐层结点数的确定

4.3.3训练样本数的确定

4.3.4数据的预处理

4.4盾构施工地表沉降的神经网络预测模型

4.4.1盾构施工地表沉降的神经网络模型

4.4.2盾构施工地表沉降的神经网络训练与测试

4.5地表沉降神经网络预测的进一步分析

第五章地表沉降的控制与评价

5.1合理设定舱内压力保持开挖面的稳定

5.2同步及二次注浆

5.3地表沉降控制的效果评价

5.3.1土压的控制

5.3.2注浆量的控制

第六章结论与展望

6.1主要结论

6.2进一步研究的展望

参考文献

致谢