地鐵盾構(gòu)施工地表變形時(shí)空演化規(guī)律與預(yù)警研究.pdf

1、目前，中國已成為世界上地鐵施工領(lǐng)域中使用盾構(gòu)最多的國家之一。近年來，以盾構(gòu)施工過程中產(chǎn)生不允許的土層變形位移和過大的地表沉降所引發(fā)城市環(huán)境土工安全事故呈明顯上升趨勢(shì)，如何掌握復(fù)雜條件下城市地鐵盾構(gòu)施工過程中地表變形的時(shí)空演化機(jī)理和規(guī)律，進(jìn)而準(zhǔn)確預(yù)測(cè)其時(shí)空演化過程，并實(shí)現(xiàn)地表變形預(yù)警系統(tǒng)，已成為盾構(gòu)隧道現(xiàn)代化建設(shè)中的一個(gè)亟待解決的重要課題。
　　本文借鑒國內(nèi)外相關(guān)研究，針對(duì)武漢市軌道交通二號(hào)線越江地鐵盾構(gòu)隧道工程，以時(shí)間序列分析和隨

2、機(jī)介質(zhì)理論為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用巖土工程反分析、人工智能、系統(tǒng)辨識(shí)、信息融合等方法，系統(tǒng)分析了盾構(gòu)隧道施工引起的地表變形時(shí)空演化規(guī)律，成功實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)施工引起地表變形的智能預(yù)測(cè)和預(yù)警。
　　首先，本文以武漢市軌道交通二號(hào)線越江地鐵盾構(gòu)隧道工程為背景，分析指出越江地鐵隧道盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)均與地表變形的程度直接或間接有關(guān)，控制越江地鐵隧道盾構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)的重點(diǎn)和關(guān)鍵之一就是預(yù)測(cè)并控制陸地段和江中段地鐵盾構(gòu)施工引起的地表變形的程度，降低由地表變形導(dǎo)致一

3、系列次生災(zāi)害的可能。
　　盾構(gòu)施工地表變形時(shí)間序列具有非等間距、小樣本、趨勢(shì)性和自相關(guān)性等關(guān)鍵特征，本文提出基于Weibull-ARIMA的盾構(gòu)施工地表變形時(shí)間過程模型，并完整的給出了建模流程和算法。該模型能夠很好的反向解構(gòu)盾構(gòu)施工引起的地表變形時(shí)間序列，特別是在擬合精度和建模效率上，均明顯優(yōu)于單純的Weibull模型或者ARIMA模型。通過該模型的應(yīng)用，可以快速準(zhǔn)確的挖掘盾構(gòu)施工地表變形時(shí)間序列蘊(yùn)含的時(shí)間效應(yīng)特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)

4、施工地表變形時(shí)間過程的描述和刻畫。
　　盾構(gòu)施工引起的地表變形的三維空間位移場(chǎng)也就是變形空間分布的范圍和大小。本文運(yùn)用改進(jìn)的隨機(jī)介質(zhì)理論給出了由盾構(gòu)施工引起的地表變形空間分布計(jì)算過程。在此基礎(chǔ)上，提出基于多重自適應(yīng)變異粒子群優(yōu)化(MAMPSO)算法實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)地表變形空間分布特征參數(shù)的反分析。該算法與傳統(tǒng)的Powell算法、基本PSO算法相比，在盾構(gòu)施工地表變形空間分布特征參數(shù)反演中具有較高的識(shí)別性能和精度，為分析盾構(gòu)施工地表變形空間

5、分布規(guī)律提供了新的方法。
　　盾構(gòu)施工過程是一個(gè)隨時(shí)間和空間不斷演化的復(fù)雜系統(tǒng)。本文提出了盾構(gòu)施工地表變形時(shí)空演化系統(tǒng)建模思路，建立了基于MAMPSO-RBFNN的盾構(gòu)施工地表變形時(shí)空演化智能預(yù)測(cè)模型，并轉(zhuǎn)化為RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型結(jié)構(gòu)及參數(shù)的非線性函數(shù)優(yōu)化問題，利用MAMPSO算法優(yōu)化并實(shí)現(xiàn)了盾構(gòu)施工地表變形時(shí)空演化過程的實(shí)時(shí)智能預(yù)測(cè)。
　　盾構(gòu)施工地表變形預(yù)警系統(tǒng)是信息技術(shù)在地下工程中的重要應(yīng)用之一。本文構(gòu)建了基于多源信息融