地铁盾构施工地表沉降变形分析与预测模型研究

发布时间：2020-11-14 01:33

　　 随着城市化的快速发展,地铁盾构法施工建设也得到了广泛的运用,为保护城市地表众多的构筑物的安全,对盾构施工提出了更高的要求,所以对地铁施工地表沉降变形的监测及数据处理也愈发重要。本文依托合肥地铁1号线某盾构施工区间地表沉降监测工程实践,进行了地表隆降监测的方案设计,同时根据实测数据对地表的横向和纵向沉降进行了分析。得到地表最大下沉值为-20.33mm,横向由Peck经验公式法进行拟合,相关系数大于0.9,符合高斯曲线的规律。纵向沉降分为开挖的不同阶段,得出在距离开挖面25m时,地表开始受到扰动影响,盾构在通过了掌子面15～20m左右时,地表沉降才慢慢趋于稳定。根据工程地质数据,利用有限差分软件FLAC3D建立地铁盾构施工开挖模型,进行模拟计算。通过在模型表面布设监测点,得到了不同开挖距离的地层变化以及地表沉降的数据,对几个断面的模拟数据进行了横向分析。得到的模拟值与实测值较为吻合,证明了 FLAC3D数值模拟在地铁盾构施工中的可行性。利用了小波变换的方法对沉降监测点H122-6的实测数据进行降噪处理。分别通过不同的小波基函数、不同阂值、不同分解层次以及Scal的选取对实测数据进行处理。最后得出了,当选择软阈值值、db2小波、rigrsure阈值、level1、scal=sln时去噪效果最好,此时均方根误差RMSE=0.2118,信噪比SNR=36.0610。在利用小波变换去噪的实测数据基础上,分别使用了灰色GM(1,1)模型、BP神经网络模型以及灰色GM-BP神经网络组合模型对小波去噪后的地表沉降变形时间序列进行预测,通过三种模型预测结果对比发现,灰色系统GM(1,1)模型和BP神经网络模型在本次工程实例预测中都有较好的效果,GM(1,1)模型在数据的随机性上表现不是很明显。总的来说GM-BP神经网络组合模型的预测精度最高,预测效果很好,可以利用该组合模型对地铁盾构施工地表变形进行预测。
【学位单位】：山东科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U231.3;U455.43;TU433
【部分图文】：

山东科技大学硕士学位论文?绪论??１．３．２技术路线??论文的主要研究内容如下：??１．根据实际工程进行盾构区间地表沉降监测方案的设计，获取监测数据。??２．利用Ｐｅｃｋ经验公式法，对盾构区间地表进行横向和纵向沉降分析。??３．根据地质情况建立ＦＬＡＣ３Ｄ数值模型，分析不同盾构阶段地表变形情况。??４．对盾构区间Ｈ１２２－６号沉降监测点的实测数据选择合适的小波参数进行小??波降噪处理，得到小波去噪后的数据。??５．基于小波去噪后的数据基础上分别利用ＧＭ（１，１）模型、ＢＰ神经网络模型、??ＧＭ－ＢＰ组合模型进行预测结果分析对比。??本文的技术路线图如图１．１??

?地铁盾构施工地表变形监测??地质纵断面图如图２．１所示。??图２．丨工程地质纵断面图??Ｆｉｇ?２．１?Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ?ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ?ｐｒｏｆｉｌｅ??本区间段隧道地层较为单一，地质条件较好，主要位于③粘土层，土体渗透??性比较差，近似认为不渗水，具体参数如表２．３所示：??表２．?３盾构段地层地质参数??Ｔａｂ?２．３?Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ?ｐａｒａｉｎｅｔｅｒｓ?ｏｆ?ｓｈｉｅｌｄ?ｆｏｒｍａｔｉｏｎ??基床系数?承载力特??天然容?固结快剪?渗透系数??地层岩性?Ｋ（ＭＰａ／ｍ）?征值??重????代号名称?粘聚力内摩擦??（ＫＮ／ｍ３）?垂直水平?Ｑｓｉｋ（ｋｐａ）?水平?竖直??Ｃ（ＫＰａ）角?ｃｐ??③?粘土?１９．６?５０?１３?５０?５５?２００?０．０００１?０．０００２８??２．水文地质条件??研宄区段内地下水主要为：??第四系孔隙潜水和上层水，埋藏深度一般在０．５？１．５ｍ左右，水位的年变化??幅度约１．０？３．０ｍ。??基岩裂隙水主要存在粉砂岩中，较基岩面高约１．０？２．０ｍ。地下水出露高程??为２４．５０？２９．３０ｍ?（水位埋深大致在０．５？１．５ｍ范围内）间。隧道盾构通过地层??主要以③粘土层为主，该土体渗透性较差，可以认为近似不透水。??２．?２监测项目与方案??在地铁盾构施工开挖掘进过程中，由于盾构机推进对土体的扰动从而导致地??面和隧道不同程度的沉降，造成了隧道地表一定范围内的建筑、地下的管线等设??施的变形。故而

布设一个辅断面，辅断面上布设１个变形监测点。该路段共布设２５个主断面和??３８个加密辅断面，每条主断面上布设了?１１个监测点，共布设变形监测点３１３个，??每个监测点之间的间距为３ｍ。断面布设示意图和横断面测点布设示意图如图２．３、??２．４所示。??盾构推进方向??Ｈ１３４?＜?Ｈ１１３?Ｈ１１０??终点▲?起点??ｖ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?｜Ｐ?｜?▲?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?Ａ?＊?Ａ?▲??图２．３盾构区间断面监测点布设示意图??Ｆｉｇ?２．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ?ｐｏｉｎｔｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｈｉｅｌｄ?ｉｎｔｅｒｖａｌ?ｓｅｃｔｉｏｎ??１１??
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本文编号：2882901