浅埋暗挖隧道围岩沉降数值分析

作者:季峰;麻凤海; 刊名:辽宁工程技术大学学报(自然科学版) 上传者:乔亮

【摘要】为研究浅埋暗挖隧道引起的围岩沉降,采用Matlab软件建立神经网络的方法.结果表明:当不考虑敏感因素的影响,选取影响较大10个因素进行训练仿真,与现场监测数据对比,发现除DK19+820,DK19+860,DK19+915训练误差较大,其余的样本的最大相对误差为16.67%;当考虑敏感因素的影响,选取2个敏感因素和6个断面进行训练仿真,与现场监测数据进行对比,发现考虑敏感因素的时,预测精度比不考虑敏感因素更高,更符合监测数据.运用Matlab建立的神经网络对隧道开挖引起的围岩沉降进行预测,能很大程度提高现场监测人员的监测效率.

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在中国越来越多的城市进行地铁建设,地铁隧道根据开挖地层环境采用不用的施工工艺,例盾构法、PBA、大型掘进机TBM、还有本文采用CRD和台阶法[1-3].在地铁隧道开挖过程中既要考虑在施工过程中,既要考虑地层扰动对邻近建筑物的影响,又要考虑自身的安全.实测数据回归法和数值模拟法是目前主要研究地表沉降预测的方法.在实测数据回归法研究方面,主要以美国著名科学家Peck[4]提出的,地表横向沉降槽符合正态分布,即Peck公式.接着Schmidt[5],藤田相继采集数据撰文支持Peck公式,验证了Peck沉降槽正态分布曲线,康庄[6]等研究了当盾构以斜交的方式下穿隧道时,对Peck公式进行了修正;在数值模拟法方面,姚爱军[7]等对地铁盾构施工引起建筑物沉降变形进行了实测并运用了利用FLAC3D软件进行数值模拟,漆泰岳[8]利用FLAC3D建立三维模型研究了有建筑物、无建筑物地层沉降槽的特征,再通过Peck公式预测建筑物的变形和受力状态,唐新权[9]研究了大跨黄土隧道并下穿地下行包通道控制地表沉降的施工工序并采用Midas-GTS进行三维数值模拟,李金奎[10]等研究了小净距三线隧道地表沉降规律,提出了CRD工法与优化的施工工序,并用Midas GTS进行模拟结果发现小净距三线隧道群开挖后,各个隧道开挖单独地表呈现槽沉降,沉降最大值在各自隧道轴线的正上方.以上的研究无论是在实测数据回归法还是在数值模拟方面都已经比较成熟,本文主要运用MATLAB对现场监测的地表沉降的数据进行训练和预报,预测的数据通过与现场数据分析比较,发现MATLAB建立的神经网络预测具有简便性、较高的精确性,在很大程度上提高现场监测人员的工作效率.1工程概况1.1海-高区间隧道工程地质和水文基本情况海-高区站区间隧道工程,区间全长990.301双延米.区间线路在高新园区站前面设置单渡线,单渡线长103.783 m.区间最大埋深28.18 m,最小埋深8.02 m.本施工段范围内的自上而下土层依次是人工素填土、第四世纪全新世冲、洪积层和第四世纪晚更新世冲、洪积层.水文地质情况,勘测期间地下水位埋置深度为7~9 m,水位高程8.6~13.62 m.本次海-高区间地铁隧道采取台阶法和CRD法施工工艺.1.2现场监测结果海-高区间渡线段左线纵断面:DK20+671.564-DK20+733.564;右线纵断面:DK20+764.365-DK20+807.074,采取台阶法施工,在高新园区站横通道布置7组监测断面,分别为DB04-DB10断面.监测时长为100 d,在工作面前方,断面每隔20 m设置一组,共设置7组.当隧道开挖断面,等开挖到离掌子面距离为50 m后,沉降到达稳定发展阶段.本文以2010年6月2日公布的DB06断面的各测点沉降情况为例,按照施工要求,于2010年6月23日开始监测记录,DB06断面的施工进度图、历时沉降曲线见图1、图2.掌子面距站的距离/m图1高新园区车站横向通道的施工进度Fig.1 construction progress of horizontal passage in thestation of high tech Park沉降量/mm图2 DB06断面各测点沉降变化曲线Fig.2 settlement of DB06 section of eachmeasuring point由图2可以看出,沉降值比较突出的点主要分布在隧道中线及左右线隧道中线的上方;沉降值比较小的点为隧道边缘的测点,地表的沉降曲线呈现“凹槽”形态,沉降槽特性较为明显,符合Peck公式假定的正

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