地铁隧道施工地表沉降预测模型及实证分析-工程管理专业论文.docxVIP

华中 科技 大学 华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 PAGE PAGE 10 1 绪论 1.1 研究背景及意义 研究背景 随着我国经济的快速发展，城市化进程的加快，城市人口迅速增加，给城市交 通带来了巨大的压力，为了缓解城市的交通压力和提高人们的出行效率，近年来城 市轨道交通的发展非常迅速。 城市轨道交通主要包括地铁和轻轨，而以地铁为主。世界上最早的地铁修建于 1863 年的英国伦敦，随后美国的纽约和法国的巴黎也开始修建地铁。我国在第一个 五年计划就决定在北京修建地铁，直到 1969 年一期工程正式建成通车[1]。随后，上 海、天津、广州、深圳、南京、武汉、杭州、成都、沈阳、重庆、郑州等城市相继 开始修建地铁。目前我国的地下轨道交通的建设速度已居世界首位，1995 年至 2010 年 15 年间，我国建设地下轨道交通的城市，从 2 个增加到 12 个，投资以每年 100 多亿元的速度在推进。2010 年以前中国已经开通运营的城市轨道交通线路总长达到 1200 km。近期，国务院又批复了 22 个城市的地铁建设规划，总投资达 8820.03 亿 元。以北京为例，到 2015 年，北京将形成 561 公里的轨道交通线网，总投资为 1669.6 亿元。在 2009 年召开的北京国际城市轨道交通展览会上，中国各城市轨道交通发 展规划图显示，至 2016 年我国将新建轨道交通线路 89 条，总建设里程为 2500 公 里，投资规模达 9937.3 亿元，我国轨道交通建设未来发展有着巨大潜力[2]。 本文的选题来源于武汉地铁建设项目，2006 年 11 月，贯穿汉口到武昌的地铁 2 号线正式开工建设。武汉是内地第 10 个建设地铁的城市。2008 年 11 月武汉地铁 4 号线工程已通过国家审批，中国国际工程咨询公司评估通过了《武汉市城市快速 轨道交通建设规划(2009-2020)》。根据该规划，到 2020 年，武汉市轨道交通线路总 长达 238 公里，由 8 条线路组成，形成覆盖武汉三镇的轨道交通基本网络体系。 研究意义 随着地铁项目在我国的迅速发展，地铁隧道开挖引起的地表沉降越来越影响人 们的日常生活，在城市中心的地表沉降容易导致附近建筑物的倾斜，隧道上方管线 变形破坏等问题。目前，国内外对地表沉降规律的研究尚不十分成熟，但随着计算 机技术的普遍应用，结合计算机软件研究地表沉降规律，大大提高了研究效率。本 文研究地铁隧道开挖地表沉降预测模型的应用，这一研究的意义在于： 1、通过计算机软件的应用，结合理论模型，预测地表的最大沉降量以及测点 时序沉降量，总结地表沉降规律，为地铁施工的安全预警给予技术支持和理论指导， 对提高地铁施工安全性有重要意义； 2、通过对地表沉降的影响因素分析，可以明确影响因素的影响范围和大小， 为地铁的设计、施工、安全防护给予指导； 3、把时间序列理论应用到地铁隧道开挖地表沉降预测模型研究。将时间序列 理论从经济学科应用到工程实践中，这种学科交叉式的研究必将对目前地表沉降规 律研究水平的提高产生重大影响。 1.2 国内外研究进展 近些年，国内外研究地表变形的相关文献很多，作者根据地表变形原因不同分 为以下几种：由于地下水开采引起的地表变形；矿山、隧道开挖引起的地表变形； 深基坑开挖引起的地表变形和基础、路基引起的地表变形。本文主要研究由于隧道 开挖引起的地面沉降变形，目前的研究方法主要有：经验法、模型试验法、数值分 析法、专家系统、解析法、神经网络等，具体见图 1-1： 经验法 经验法就是利用概率论、数理统计等相关的数学知识，根据现场测得的数据资 料，总结出地表沉降的规律、特点、经验公式的一种方法。 经验法是根据隧道开挖后地表沉降槽的形状，采用一定的曲线形式表示，再根 据地表沉降实测结果或己有的资料，确定曲线的具体特征参数。最常见的是 Peck 法（Peck，1969）[3]，假设地表沉降槽可以近似由正态分布曲线表示： 开采地下水引起的整体 地表沉降 地 矿山开挖、隧道开挖引 面 起的地表变形 变 形 深基坑开挖引起的地表 沉降 经验法 模型试验法 数值分析 专家系统 灰色系统 基础、路基的沉降 图 1-1 地表变形预测方法 ? ??? maxS ??S max x2 ? ?2i2 ? ?  (1-1) 式中 S ——沉降值； Smax ——隧道轴线正上方的最大沉降量； x ——测点到隧道轴线的水平距离； i ——曲线反弯点到隧道轴线的距离。 然而经验法依赖于曲线形式的假设，为了追求对实验数据的拟合效果，往往存 在过拟合现象，得出的曲线参数不能有很强的推广性。 基于 Peck 法的假设，Schmid（t 1969）[4]，Attewel（l 1978）等人[5]，R