盾構隧道縱向長期不均勻沉降及實時監(jiān)測方法研究.pdf

1、隨著國民經(jīng)濟的快速發(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期運營過程中，盾構隧道的縱向沉降尤其是縱向不均勻沉降的問題逐漸凸現(xiàn)，隧道的縱向變形直接影響到列車運營的舒適性、安全性，因此研究隧道在荷載作用下的長期縱向變形、建立隧道長期沉降變形的監(jiān)測與安全評估系統(tǒng)、及時發(fā)現(xiàn)并消除安全隱患就顯得格外迫切和必要。
　　導致隧道長期縱向變形的主要因素為下臥土層分布的不均勻性、隧道周圍荷載的變化、列車荷載以及土體的固結

2、流變，沉降主要包括土體的固結沉降和隧道的變形。本文采用理論分析、室內試驗和有限元模擬相結合的方法，探究運營期間隧道產(chǎn)生縱向沉降的原因，獲得了長期循環(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，揭示了隧道的長期縱向變形規(guī)律，為建立科學有效的隧道安全監(jiān)控體系提供了理論基礎。主要研究內容包括:
　　(1)不均勻地層下隧道的縱向變形?？紤]隧道下臥土層的差異性，建立了不均勻彈性地基無限長梁和有限長梁模型，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方程的精確解，并結合算例分析了荷載作用下隧道縱向沉降的變化規(guī)律。結果表明:當一側地基基床系數(shù)減小時，隧道縱向整體沉降增加，沉降范圍增大，沉降曲線變?yōu)椴粚ΨQ，且隨著基床系數(shù)差異的增大，不對稱愈發(fā)明顯;隨著基床系數(shù)的變化，隧道整體沉降曲線向較弱地基方向移動，隆起發(fā)生在土質相對較硬一側，隧道沉降最大值及發(fā)生位置在較弱地基一側，且均呈拋物線規(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動態(tài)三軸儀，對不飽和粉質粘土進行了一系列靜力三軸試驗以及高循環(huán)次數(shù)的循環(huán)三軸試驗，通過分析加載頻率、應力水平、圍壓、含水率對土體累積變形特征的影響，得到隧道下臥不飽和粉質粘土層在循環(huán)荷載作用下的長期累積變形規(guī)律。結果表明:累積應變受加載頻率、圍壓影響較小，受應力水平和含水率影響較大;當加載應力水平較高時，低頻振動荷載對下臥土體的累積變形影響較大;因此適當控制列車行駛速度、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?庫倫準則，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、長度、寬度、局部荷載作用的長度、寬度等因素對隧道沉降的影響，揭示了隧道在兩種因素下的縱向變形規(guī)律。結果表明:隧道縱向沉降最大值與軟土夾層彈性模量、縱向長度以及均布荷載集度呈線性關系;隧道沉降值隨均布荷載作用長度和寬度增加而

6、增大。
　　(4)隧道的縱向長期變形趨勢。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡方法預測隧道運營期間多因素引起的沉降，確定了單個隱含層神經(jīng)網(wǎng)絡的最佳隱層結點個數(shù)的解析式，提出了與其相適應的歸一化方法、最優(yōu)歸一區(qū)間和最優(yōu)隱層神經(jīng)元個數(shù)的取值范圍;建立了雙隱層的BP網(wǎng)絡模型，并對預處理和歸一區(qū)間進行改進，克服了以往模型的學習效果差、收斂速度慢和預測不夠精確的局限性。
　　(5)基于變形規(guī)律的隧道監(jiān)測方案。利用長標距光纖光柵的特點和技術優(yōu)勢，提出了隧道