地铁盾构施工中的地表沉降及其控制技术研究

地下盾构穿过复杂的富水地层时地层极易失水而造成地面沉陷。结合工程实例，阐述了采用注浆技术解决此类问题的技术思路、方法及具体实施工艺。     

基于DEACO-WNN的盾构施工地表沉降预测

研究目的:近年来,我国地铁建设飞速发展,全国有近四十个城市在修建地铁。盾构施工是地铁建设的主要施工方式,由于盾构施工引起的地表沉降问题,为施工安全带来很多的困扰。为了减少施工过程中的安全隐患,提高施工质量和效益,对盾构施工引起的地表沉降进行研究意义重大。研究结论:本文通过对盾构施工地表沉降的影响因素和预测模型进行研究,得到以下结论:(1)在研究了对于盾构施工地表沉降较为敏感的参数中选取了覆土厚度、压缩模量、凝聚力、天然密度、内摩擦角、千斤顶推力、注浆压力,并将其作为输入层建立了小波神经网络预测模型;(2)用差分进化蚁群算法以相对熵为标准对小波神经网络的初始权值、伸缩参数和平移参数进行优化,使得预测模型的收敛速度和预测精度都有显著提高;(3)通过北京地铁6号线实地工程数据进行验证,预测模型的最小误差仅为0.5%,预测精度在实际工程所允许的范围内;(4)本文所建立的模型对盾构施工安全防护领域具有指导意义,通过对地表沉降的有效预测来改进施工工艺,进而增强施工的安全性。     

城市地铁盾构施工引起的地表沉降分析

地层损失是盾构施工产生土体变形的主要原因.以成都地铁1号线某盾构区间隧道为工程背景,根据现场前期监测结果,提出了基于地层损失概念的"约束一释放"法来模拟土压平衡盾构开挖过程,运用三维有限差分模型对不同地层损失量下的地表沉降横向分布和地表土层水平横向应变进行了研究.结果显示,最大地表沉降值与地层损失量基本呈线性关系;地表土层水平横向应变存在拉压分区,其拉压分界正好与横向沉降槽的反弯点吻合;且不同地层损失量下沉降槽的反弯点不变;结合现场监测结果,认为地层损失量取1%的计算值与实测值较为吻合.     

南京地铁盾构施工引起的地表沉降分析

结合南京地铁某区间的盾构施工,分析实测的断面数据,得出盾构推进对地表影响的主区域和次区域,明确了盾构推进时对地表的影响范围。通过对比Peck法计算值和实测值,验证现有的经验参数是否适合南京地区的实际情况。通过对实测曲线的拟合和数值计算得到沉降槽半宽度,改进了地表沉降槽宽度系数的取值范围,有助于盾构法在南京地区的推广和应用。     

黏性土地层曲线盾构施工地表沉降预测研究

研究目的:小半径曲线盾构隧道施工引起的地表变形规律与盾构直线掘进差异明显,易造成地层损失加剧、地表非对称性沉陷等问题。本文以济南厚冲积黏性土地层盾构曲线施工为研究对象,探究隧道埋深及曲率半径对地表变形的影响规律,基于Peck公式结合现场实测数据,建立曲线盾构施工地表沉降预测公式。研究结论:(1)曲线盾构掘进受转弯段刀盘超挖、主动铰接盾壳挤压土体、千斤顶不平衡推力等因素的影响,致使隧道两侧地层差异扰动、地表变形非对称性;(2)在1.5~3倍隧道直径的埋深范围内,地表峰值沉降、沉降槽宽度系数及地层损失率随埋深的增大呈线性递增,地表沉降槽偏移量随曲率半径的减小呈线性递增;(3)修正Peck公式与现场实测数据吻合较高,修正系数取值范围为α=0.46~0.52,β=0.43~1.16;(4)该研究成果对黏性土地层曲线盾构施工地表变形预测及灾害防控具有指导意义。     

黄土地层地铁盾构施工地表变形规律预测研究

研究目的:西安地铁是我国首次在黄土地层修建地铁,黄土地层具有湿陷性等特殊的物理力学特性,盾构是西安地铁隧道的主要施工方法之一,但有关西安地铁盾构施工诱发的地表沉降特性预测的研究成果目前还很少,急需开展黄土地层地铁盾构施工诱发的地表变形规律预测方法研究,目的是为盾构施工地表沉陷监测方案的制定和盾构施工参数的确定提供理论依据,以保证隧道盾构安全施工。研究结论:通过理论预测计算得到的沉降值与西安地铁某区间隧道的地表沉降实测数据进行了对比分析,研究结果表明:(1)给出的地表沉降预测公式预计的地表沉降趋势和数据与实测值基本一致;(2)盾构施工时,正面附加推力可以维持开挖面前方土体的稳定,但正面附加推力的大小对地表竖向位移量的大小会产生影响;(3)盾构施工时,影响地表竖向位移因素很多,而盾尾间隙的大小对地表竖向位移影响最大;(4)盾构施工时,地表沉降量随着距隧道轴线距离的增加变形量逐渐减小,在隧道轴线上方变形最大。     

成都地铁盾构隧道地表沉降分析

结合成都地铁某区间盾构隧道施工情况,根据实测的地表沉降数据,分析了盾构推进时对地表的横向沉降影响。通过实测数据得出Peck法计算参数,用实测值来验证Peck曲线预测沉降的吻合程度。分析表明:当沉降槽宽度系数k在0.13～0.31之间时,可以较好地反映出横向沉降规律。     

基于小波神经网络的地铁基坑地表沉降随机预测

通过南通地铁软土层基坑降水模型试验发现,降水引发的基坑地表沉降随着监测点距基坑支护桩距离的增大而减少,工程中距离支护桩越远,沉降量越小.在不同的监测点沉降量的监测值与公式计算值总体变化规律相似,但受降水因素、施工扰动和地下多变的岩土环境等影响,存在一定的随机性.利用权值参数对小波神经网络的激励和输出函数进行修正,利用梯度下降的方法对伸缩和平移参数进行优化.在此基础上,以水位降深、土层的压缩模量、厚度、固结度和监测点方位为输入参数,基坑总沉降量为输出参数建立改进后的随机小波网络基坑地表沉降预测模型.工程实例表明,改进后的随机小波网络模型能使基坑地表沉降预测值较好地拟合工程实测值,误差均小于±8％,相比传统公式的计算值更具合理性.     

地铁隧道盾构施工参数对地表沉降影响的试验研究

以南京地铁2号线某区间隧道为背景,研究了盾构法施工中的盾构施工参数（包括推进力、工作面土压力、刀盘扭矩等）对地表沉降的影响,通过对现场监测结果的分析,总结了地表沉降规律,对后续工程施工具有指导意义。     

双线地铁盾构施工引起的地表沉降分析及施工控制

为了研究双线隧道盾构施工对周围土体的扰动规律及其控制措施,在讨论双孔平行隧道地表沉降计算公式在厦门地铁某区间隧道适用性的基础上,采用双孔平行隧道地表沉降计算公式、数值模拟及现场监测3种方法,揭示双线地铁隧道盾构施工引起的地表沉降分布规律和地表动态变形特性,分析影响地表沉降的施工控制参数的效果。结果表明:(1)双孔平行隧道地表沉降计算公式具有较好的适用性,双线隧道盾构施工完成后,地表形成非对称的"W"形沉降槽;(2)地表沉降本质上是盾构施工引起的土体损失累积造成的,在开挖面到达目标面时,实测地表沉降达到最终沉降值的45%;(3)设置合理的同步注浆、土舱压力和推进速度参数,可以有效控制地表沉降,建议增加同步注浆量作为控制地表沉降的首选措施。     

武汉长江隧道盾构施工引起的地表沉降预测

研究目的:盾构隧道施工会对周围土体产生扰动,进而影响到周围建筑物和地下管线.因此,准确预测武汉长江隧道工程盾构施工引起的地表沉降对保护周围建筑物和地下管线有着重要意义. 研究结论:研究结果表明,沿隧道轴线盾构开挖面后方40 m以外,土体的沉降可以达到稳定状态,地层损失率不超过2.0%时,由于土体塑性变形引起的地表沉降占总沉降量的比例较小.     

非均匀收敛随机介质模型对浅埋隧道施工引起地表沉降预测研究

针对软弱土层中的浅埋大跨隧道在施工过程中出现的初支变形、断面底部隆起等现象,通过对原有的断面收敛模式进行修正,提出考虑初支变形与断面底部收敛的统一收敛模式,并以单洞及双洞椭圆隧道为例,推导出该种收敛模式下隧道施工中产生地表沉降的随机介质法预测公式,应用遗传-蚁群混合算法(GA-ACA)解决该预测模型的参数反演计算问题。为验证该模型对浅埋隧道地表变形预测的准确性,以乌鲁木齐地铁1号线三—新区间某典型断面为例,分别使用均匀收敛、底部为0、底部非0以及统一收敛模式等4种收敛模式进行参数反演,并将反演结果与现场监测结果做对比,研究结果表明:统一收敛模式与隧道断面实际变形规律更加吻合,其预测精度要比不考虑初支变形与断面底部收敛时的预测精度更高,即对浅埋、超浅埋隧道而言,初支变形以及底部隆起等现象对地表变形预测结果产生的影响不可忽略。     

西安浅埋暗挖隧道地铁施工的地表沉降分析

以西安地铁长延堡站配线暗挖段为依托,对地表沉降实测数据进行统计分析。结果表明,浅埋暗挖隧道台阶法施工时上(下)导对一定断面沉降的纵向影响范围分别为其前后的2D(2D)和1D(3D)(D为隧道跨度),且下导开挖所引起的总沉降量大于上导所引起的,其比值约为3/1;横向影响范围约为10D,横向沉降槽曲线符合Peck公式,且给出了沉降槽宽度参数建议值k=0.66。     

渗流作用下盾构隧道施工过程中地表沉降预测研究

应用数值分析法研究了广州地铁一区间隧道盾构施工过程中渗流对地表沉降的影响。基于Peck横向地表沉降计算理论,将渗流产生的孔隙水压按隧道上覆土的重力归一化处理,且以理论计算所得沉降为标准,对考虑渗流作用的地表沉降进行归一化,提出了耦合渗流作用时最大地表沉降估算方法。与实测及理论计算结果对比分析表明,本文所建立的计算模型和地表沉降修正计算方法合理、有效。     

砂性地层地铁暗挖施工地表沉降预测方法

通过对地层沉降机理和地表沉降空间分布形态的分析,对Peck公式进行了修正,把隧道中轴线处地表沉降z中和地表沉降槽的宽度系数i都拓展成y的函数,得到了适用于砂性地层地铁暗挖施工开挖进程的三维空间地表沉降预测方法。根据沈阳地铁实际工程地表沉降实测值反推出预测公式中z中(y)和i(y)的具体形式及其他系数值,并对不同断面横向地表沉降计算值和实测值进行对比分析,结果证明该预测方法可应用于工程实践。     

武汉地铁盾构施工地表沉降的非等间隔模型分析

研究目的:地铁盾构施工监测数据(特别在盾构始发段)具有数据量小,监测间隔不相等的特点,一般数据拟合与预测方法的应用受到诸多约束。研究结论:本文提出了通过预设阈值的改进非等间隔模型,并基于武汉地铁盾构二号线的积玉桥始发段的监测数据进行了拟合与预测分析。结果表明,本文方法能在数据量小,非等间隔监测数据的前提下,对地表沉降进行较好的拟合与预测,并与传统非等间隔模型的结果进行了比较。     

地铁施工引起的地表沉降规律研究

以地表监测数据为基础，统计了台阶法施工引起的地表沉降规律．分析了隧道覆土厚度（埋深）对地表沉降的影响，拟合了地表沉降随埋深变化的表达式，并根据上述研究提出了区间隧道施工中一些应该注意的事项。     

厦门地铁上软下硬地层盾构施工引起的地表沉降研究

针对厦门地铁1号线莲坂站~莲花路口站盾构区间隧道工程,通过现场监测和数值模拟,研究在上软下硬地层中过渡区盾构法隧道施工对地表沉降变形规律的影响。研究结果表明:上软下硬地层地表横向沉降受硬层比的影响比较明显,基本上表现为随硬层比增大,地表沉降量整体减小且沉降槽变浅的趋势。其中隧道轴线正上方以及轴线附近监测点的沉降量受硬层比的影响相对于远离隧道轴线的监测点要大;上软下硬地层地表纵向沉降受硬层比的影响主要表现在地表纵向沉降量及开始和结束的位置变化上,随着硬层比的变大,盾构施工对地表纵向沉降量及其影响范围都在缩小;通过研究隧道轴线正上方监测点地表最终沉降值与硬层比的关系,建议将硬层比15%~85%视为开展上软下硬地层地表变形研究的阈值。     

大断面隧道分部开挖引起地表沉降的随机介质预测方法研究

大断面隧道在不良地质地段常常采用分部开挖方法，各分部依次开挖，相互作用，地表沉降预测较为困难。应用随机介质理论，首先推导出任意单元开挖引起的地表沉降公式，然后将直角坐标系转换到局部极坐标系下进行积分计算，由此推导出任意一段圆弧收缩引起的地表沉降公式，通过圆弧叠加最终得到大断面隧道分部开挖引起的地表沉降预测公式。该方法应用于国内第一条三车道大断面海底公路隧道厦门翔安隧道陆域全强风化地段分部开挖引起的地表沉降预测，与实测数据对比，效果较好。