基于人工神经网络的盾构隧道施工期地表沉降预测方法

盾构隧道施工过程中会引起周边土体的扰动,导致隧道周边的土层发生变形,地表发生沉降,对周边临近建筑物基础产生不利的影响。为了研究盾构施工引起的地表沉降,文中基于光纤传感技术对盾构施工期的地表沉降进行实时监测,得到地表沉降规律,提出基于人工神经网络的方法进行沉降预测,预测结果具有较高的精度。研究表明文中所提出的基于实测数据的土体沉降预测方法可以为盾构施工过程中土体的变形控制提供有价值的参考。     

基于FLAC 3D地铁盾构施工地层竖向变形研究

盾构隧道施工会对周围土体产生扰动,当土体沉降和变形过大时,会对邻近地下管线产生危害。采用统一土体移动模型解计算盾构隧道施工引起的土体自由位移场,通过能量方法建立变分控制方程,得到盾构隧道施工引起地下管线竖向位移的计算方法。为了预测盾构施工地铁隧道时隧道地层变形情况,采用FLAC3D岩土模拟软件对地铁穿越富水砂卵石地层进行模拟分析,可对类似工程有所助益。     

重叠盾构施工引起土体变形的随机介质理论计算

对现有的随机介质理论进行拓展,引入适用范围更广的沉降槽宽度系数取值方法,通过对上线和下线盾构隧道分别计算再叠加的方法,建立重叠盾构隧道施工引起的土体变形计算方法,可以计算地表沉降、深层土体沉降和水平位移,将实测数据与计算结果进行对比。结果表明文中方法计算结果与实测数据比较吻合,具有可靠性;重叠盾构隧道施工引起的地表沉降呈V形;重叠盾构隧道施工引起的土体变形都在隧道轴线处达到最大值;随着深度增加,在隧道上方处的土体变形增大;盾构机在离开开挖面1.5倍上线隧道埋深后,沉降基本稳定,离开开挖面2倍上线隧道埋深后沉降不再增加;由于重叠盾构隧道上下线隧道埋深不同,两条隧道的关键参数取值也不同。     

软土地区盾构掘进引起的深层位移场分布规律

 在城市环境中,如何预测和控制盾构掘进引起的地层移动以保证地下既有构筑物的安全,是设计和施工亟待解决的技术问题。以上海某盾构隧道施工段为工程背景,应用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究盾构掘进施工引起周围地层位移场的分布规律。研究结果表明：盾构掘进对周围地层位移场的影响主要分为接近、穿越和远离测孔3个阶段。在盾构掘进接近和穿越阶段,隧道侧向土体以隆起、沿盾构掘进方向向前和向隧道外侧的位移为主;在远离阶段,侧向土体则发生沉降、向前和向隧道内的三维运动趋势。由于该工程隧道埋深大,隧道中心上方土体主要发生沉降和向前的位移趋势。根据数值计算所得隧道上方不同深度土层的横向沉降槽曲线,建立用于预测隧道上方深层土体沉降的修正Peck公式,计算结果与数值结果吻合较好。     

大直径盾构下穿越导堤数值分析

以上海沿江通道隧道工程为背景,采用有限差分法模拟超大直径盾构隧道开挖对上海吴淞导堤的影响,评价堤身加固在控制导堤变形、沉降差、堤顶地表沉降等方面的效果;分析开挖面土体加固对控制地层损失的有利影响程度、及在泥水盾构隧道中谨慎采用土体加固的原因。结合现场实际施工情况与监测数据,得出穿越过程中盾构主要施工参数确定的原则及控制措施。     

软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移仿真模拟

针对软土地层急曲线盾构隧道施工扰动位移及其预测控制问题,采用FEM仿真模拟分析研究。结果表明：急曲线盾构隧道施工工程中,盾构进入及离开曲线段时土体施工扰动位移显著增大,与直线盾构隧道施工相比,曲线盾构尤其应注意扰动位移的变化特征;土体损失率对急曲线盾构隧道施工扰动位移影响显著,施工过程总体峰值位移与土体损失率呈幂指数非线性关系;隧道顶板土体沉降与注浆压力呈反比例线性关系,在合理范围内增大注浆压力对抑制隧道顶板沉降乃至上覆土体沉降有显著作用。     

浅谈地铁盾构隧道监测的方式标准

目前在城市地铁建设中已广泛采用盾构掘进工艺来完成地下区间的施工,盾构掘进过程中不可避免的对周边环境造成影响,在施工过程中,需对周边环境进行监控量测,以便检查施工引起的地表沉降和建(构)筑物是否超过允许范围,为研究地层、地下水、施工参数和地表和土体变形的关系积累数据。文章通过阐述盾构隧道监测项目的内容、布设方法、监控标准等相关工艺,以供类似工程参考。     

盾构隧道施工过程中引起地表沉降的规律分析

随着电力电缆隧道直径逐渐加大、埋深逐渐加深,在施工过程中会对地表周边环境造成较大的影响。本文利用盾构法隧道施工技术对环境影响小且施工快的优点,结合对上海世博北京西路～华夏西路电力电缆隧道工程监测的数据,并考虑盾构施工的相关因素,采用土体扰动机理,得出了盾构隧道施工过程中地表纵向及横向断面沉降的规律。同时,阐述了如何合理使用peek曲线对横向沉降进行预测,控制施工中地表的沉降。     

复杂环境下地铁隧道盾构施工诱发地表土体变形的智能预测

在复杂地质环境下,地铁盾构施工参数会有较大不同,使得施工过程中的地表沉降难以控制.常规的监测手段具有滞后性,难以应对突发情况.基于此,本文提出基于BP神经网络地铁隧道盾构施工诱发地表土体变形智能预测模型,通过与杭富城际铁路11标段盾构施工时的地表沉降、右线沉降和左线沉降的实测数据对比发现,BP神经网络能够准确预测复杂环...     

大直径泥水盾构施工微扰动现场监测研究

盾构隧道施工产生的土体扰动会影响土体强度并使土体产生变形,引起地表沉降。以江阴市澄江西路隧道工程为依托,采用非开挖方法埋设水平测斜管形成沉降监测剖面来实时监测施工面上覆土体变形,进而对盾构隧道施工微扰动进行现场监测研究。数据分析表明,水平测斜监测与施工监测地表沉降的数据符合性较好,可作为类似项目的测试手段。     

超大直径盾构下穿棚户区沉降控制技术研究

超大直径盾构下穿老旧棚户区微扰动施工控制是地下工程实践中面临的重要难题。本文以武汉地铁8号线黄浦路站—徐家棚站区间盾构下穿棚户区项目为工程背景,首先对提出全断面粉细砂层注浆加固工艺并进行浆液配比实验给出最佳浆液配比,并对盾构施工过程进行实时监测监控,根据工程具体情况对盾构机下穿掘进参数进行分析,最后提出超大直径泥水盾构穿越棚户区施工的控制措施。研究结果表明:袖阀管注浆加固工艺对超大直径盾构下穿的老旧棚户区具有较好的保护作用,现场试验确定最佳水灰配比为0.8∶ 1;盾构穿越过程中地表沉降纵向变化呈近似U型分布,横向变形出现明显沉降槽,加固棚户区老旧结构基础最大隆起值为15 mm,建筑结构整体先隆起后减弱,且沉降值控制在15 mm以内;盾构机总推力和刀盘扭矩、盾构机总推力和土舱压力、出土率和土舱压力具有变化规律一致性。研究结果为揭示超大直径盾构下穿老旧棚户区施工过程对地层和地面建筑结构的影响规律提供参考和依据。     

Artificial neural networks for predicting the maximum surface settlement caused by EPB shield tunneling

Numerous empirical and analytical relations exist between shield tunnel characteristics and surface and subsurface deformation. Also, 2-D and 3-D numerical analyses have been applied to such tunneling problems. Similar but substantially fewer approaches have been developed for earth pressure balance (EPB) tunneling. In the Bangkok MRTA project, data on ground deformation and shield operation were collected. The tunnel sizes are practically identical and the subsurface conditions over long distances are comparable, which allow one to establish relationships between ground characteristics and EPB – operation on the one hand, and surface deformations on the other hand. After using the information to identify which ground- and EPB-characteristic have the greatest influence on ground movements, an approach based on artificial neural networks (ANN) was used to develop predictive relations. Since the method has the ability to map input to output patterns, ANN enable one to map all influencing parameters to surface settlements. Combining the extensive computerized database and the knowledge of what influences the surface settlements, ANN can become a useful predictive method. This paper attempts to evaluate the potential as well as the limitations of ANN for predicting surface settlements caused by EPB shield tunneling and to develop optimal neural network models for this objective.     

Shield tunneling and environment protection in Shanghai soft ground

Large scale and intensive metro construction through dense urban area increases sharply the impaction on risk control and environment protection. Three typical cases of shield crossing building above ground (SCBA), shield crossing tunnel from above (SCTA) and shield crossing tunnel from below (SCTB) are studied, respectively, based on field measurements and site investigations of actual projects in Shanghai soft ground. The risks of shield crossing sensitive buildings and subways, ground movement prediction and its control regulations, the settings of shield driving parameters such as earth pressure, driving speed, postures and grouting are demonstrated and summarized in detail. It is proposed that stringent stipulations on controlling ground volume loss (GVL) ratio (GVLR) and strengthened monitoring measures are necessary and substantial for eliminating/reducing potential construction risks. It is urgently decisive to improve the performance of shield machine and to make it more flexible for counteracting complications of geology and environment, as refer to the present status of shields in Shanghai, most of them being overused or out of date.     

地铁施工变形预测与控制的计算机技术管理

在研究地铁施工变形预测与控制方法的基础上,研制了其相应的计算机技术管理系统.基于多媒体视频监控技术,开发了盾构掘进施工监控半自动化系统,然后建立多媒体数字和图像仿真及计算机应用技术的三维动态人工仿真模拟系统.指出盾构施工监控系统数据库的技术参数和工作原理及功能.研制开发了盾构掘进地表沉降变形曲面的多媒体三维动态可视化仿真软件系统.该技术在上海地铁2号线某区间盾构掘进施工中基本实现了施工信息的远程自动监控和指挥.     

遮拦叠交效应下地铁盾构掘进引起地层沉降分析

 地铁隧道施工诱发的土体沉降以及临近地下构筑物变形是我国城市轨道交通施工安全控制和风险评估中较为关心的一类施工问题。目前,针对该领域地层沉降的简化理论研究还仅仅针对自由位移场,没有考虑临近既有构筑物的遮拦效应影响。依托上海在建地铁施工工程实践,采用简化理论方法、三维有限元数值模拟方法以及现场监测方法,分析考虑运营隧道遮拦效应影响的土压平衡盾构施工引起的周围土体沉降规律,并与自由位移场条件下盾构施工引起的地层变形进行对比分析;在此基础上,给出地铁盾构复杂叠交穿越引起的临近地铁隧道的变形规律。研究表明,本文提出的简化理论方法和三维有限元数值模拟方法可以较好地模拟遮拦叠交效应下地铁盾构掘进引起的地层沉降变形;临近既有建(构)筑物施工,盾构施工引起的周围土体沉降较大程度地受到遮拦效应影响,与自由位移场条件下的计算结果对比存在较大差别。最后,结合盾构施工监测数据,提出复杂遮拦叠交效应下的盾构叠交施工变形控制技术措施。成果可为合理制定施工场地存在复杂建(构)筑物工况条件的地铁隧道开挖对周围环境保护措施提供一定的理论依据。     

地铁盾构穿越京广线股道群控制措施及效果分析

研究目的：随着城市地铁建设日渐增多,地铁施工所面临的穿越各种既有运营线路的问题也随之增多。为了进一步了解盾构穿越既有运营线路的影响,本文根据某城市地铁施工实际情况,主要针对地铁盾构穿越既有铁路线时采取的各项控制措施,以及采取控制措施后各项变形情况进行分析。研究结论：地铁盾构穿越京广线股道群时,为减小对铁路运营的影响主要在于施工中采取的各种控制措施,本文通过本区间穿越期间对沉降进行分析,虽然在盾构穿越期间造成地表、轨枕、道床沉降量较大,但通过各种控制措施合理施工,确保了穿越期间铁路运营安全。     

大直径泥水盾构下穿机场的施工控制

 上海仙霞西路隧道穿越虹桥机场绕滑道工程采用直径?11.58 m泥水盾构施工。通过分析盾构穿越的风险,给出相应的控制措施。在盾构正式穿越前,通过现场推进试验研究盾构施工参数的调控规律,指导盾构穿越的施工参数设置,最终沉降达到了机场滑道的控制要求。为解决穿越飞行禁区对地表沉降监测范围和频率的限制,采用非开挖技术设置地层水平测斜监测断面,该方法可以及时、准确地了解盾构推进对上方土体的扰动情况。监测数据分析表明非开挖水平测斜监测方法可以在飞机不停航条件下反映盾构穿越机场的土体变形规律,通过该方法可避免监测对机场运营的干扰,对类似工程有重要借鉴意义。     

盾构隧道施工多媒体监控与仿真系统

介绍了盾构隧道施工中,以光纤通信为基础,形成的多媒体监控系统的硬件组成与实现方法,在此基础上,利用PECK理论、随机介质理论等建立预测盾构施工的地表变形的数学模型,形成了三维仿真软件系统.     

大型全断面盾构掘进试验台的监控系统设计

开发完善的监控系统是实现盾构自动化施工的重要手段。采用模块化设计方法搭建大型盾构掘进试验台控制系统,由PXI仪器实时采集水土压力信号,PLC控制器对盾构掘进试验过程进行逻辑控制。系统基于Profibus现场总线技术,采用主从式通讯网络实现上位机、控制器及设备间的数据交互,完成现场试验控制。采用LabVIEW编程软件设计用户程序,实现状态监测、参数设置、数据管理及故障报警等功能。测试结果表明此监控系统运行稳定,具有数据传输速度快,抗干扰能力强,可靠性高等优点。     

地铁的发展及其盾构施工环境岩土工程问题

简要介绍了地铁的发展,针对地铁工程修建过程中盾构施工引起的环境岩土工程问题,阐述了盾构施工的地表变形机理,介绍了地层移动的影响因素,并提出了地面沉降的预计方法,以确保地铁建设的顺利进行。