盾構(gòu)隧道縱向長(zhǎng)期不均勻沉降及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)方法研究.pdf

1、隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地鐵逐漸成為解決城市公共交通的主要手段之一。但是在已建地鐵的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，盾構(gòu)隧道的縱向沉降尤其是縱向不均勻沉降的問(wèn)題逐漸凸現(xiàn)，隧道的縱向變形直接影響到列車(chē)運(yùn)營(yíng)的舒適性、安全性，因此研究隧道在荷載作用下的長(zhǎng)期縱向變形、建立隧道長(zhǎng)期沉降變形的監(jiān)測(cè)與安全評(píng)估系統(tǒng)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)并消除安全隱患就顯得格外迫切和必要。
　　導(dǎo)致隧道長(zhǎng)期縱向變形的主要因素為下臥土層分布的不均勻性、隧道周?chē)奢d的變化、列車(chē)荷載以及土體的固結(jié)

2、流變，沉降主要包括土體的固結(jié)沉降和隧道的變形。本文采用理論分析、室內(nèi)試驗(yàn)和有限元模擬相結(jié)合的方法，探究運(yùn)營(yíng)期間隧道產(chǎn)生縱向沉降的原因，獲得了長(zhǎng)期循環(huán)荷載作用下下隧道和下臥土體的累積變形及發(fā)展趨勢(shì)，揭示了隧道的長(zhǎng)期縱向變形規(guī)律，為建立科學(xué)有效的隧道安全監(jiān)控體系提供了理論基礎(chǔ)。主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　(1)不均勻地層下隧道的縱向變形。考慮隧道下臥土層的差異性，建立了不均勻彈性地基無(wú)限長(zhǎng)梁和有限長(zhǎng)梁模型，利用疊加原理和奇異函數(shù)法研究了荷

3、載作用下隧道的縱向不均勻沉降，得到了隧道的縱向不均勻沉降曲線(xiàn)方程的精確解，并結(jié)合算例分析了荷載作用下隧道縱向沉降的變化規(guī)律。結(jié)果表明:當(dāng)一側(cè)地基基床系數(shù)減小時(shí)，隧道縱向整體沉降增加，沉降范圍增大，沉降曲線(xiàn)變?yōu)椴粚?duì)稱(chēng)，且隨著基床系數(shù)差異的增大，不對(duì)稱(chēng)愈發(fā)明顯;隨著基床系數(shù)的變化，隧道整體沉降曲線(xiàn)向較弱地基方向移動(dòng)，隆起發(fā)生在土質(zhì)相對(duì)較硬一側(cè)，隧道沉降最大值及發(fā)生位置在較弱地基一側(cè)，且均呈拋物線(xiàn)規(guī)律減小;不同的地層呈現(xiàn)的規(guī)律相同。
　

4、　(2)循環(huán)荷載作用下下臥土層的累積變形。采用DDS-70動(dòng)態(tài)三軸儀，對(duì)不飽和粉質(zhì)粘土進(jìn)行了一系列靜力三軸試驗(yàn)以及高循環(huán)次數(shù)的循環(huán)三軸試驗(yàn)，通過(guò)分析加載頻率、應(yīng)力水平、圍壓、含水率對(duì)土體累積變形特征的影響，得到隧道下臥不飽和粉質(zhì)粘土層在循環(huán)荷載作用下的長(zhǎng)期累積變形規(guī)律。結(jié)果表明:累積應(yīng)變受加載頻率、圍壓影響較小，受應(yīng)力水平和含水率影響較大;當(dāng)加載應(yīng)力水平較高時(shí)，低頻振動(dòng)荷載對(duì)下臥土體的累積變形影響較大;因此適當(dāng)控制列車(chē)行駛速度、隧道埋深

5、和滲水透水將有助于減小隧道縱向沉降。
　　(3)荷載-土體共同作用下隧道的變形?；谀?庫(kù)倫準(zhǔn)則，考慮隧道上方局部荷載和下臥土層共同作用，建立了隧道-土體三維ADNIA有限元模型，討論了隧道下臥土層的彈性模量、長(zhǎng)度、寬度、局部荷載作用的長(zhǎng)度、寬度等因素對(duì)隧道沉降的影響，揭示了隧道在兩種因素下的縱向變形規(guī)律。結(jié)果表明:隧道縱向沉降最大值與軟土夾層彈性模量、縱向長(zhǎng)度以及均布荷載集度呈線(xiàn)性關(guān)系;隧道沉降值隨均布荷載作用長(zhǎng)度和寬度增加而

6、增大。
　　(4)隧道的縱向長(zhǎng)期變形趨勢(shì)。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法預(yù)測(cè)隧道運(yùn)營(yíng)期間多因素引起的沉降，確定了單個(gè)隱含層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的最佳隱層結(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的解析式，提出了與其相適應(yīng)的歸一化方法、最優(yōu)歸一區(qū)間和最優(yōu)隱層神經(jīng)元個(gè)數(shù)的取值范圍;建立了雙隱層的BP網(wǎng)絡(luò)模型，并對(duì)預(yù)處理和歸一區(qū)間進(jìn)行改進(jìn)，克服了以往模型的學(xué)習(xí)效果差、收斂速度慢和預(yù)測(cè)不夠精確的局限性。
　　(5)基于變形規(guī)律的隧道監(jiān)測(cè)方案。利用長(zhǎng)標(biāo)距光纖光柵的特點(diǎn)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，提出了隧道