第期伍振志等基于随机介质理论的大型泥水盾构施工地表变位预测及控制出减少大直径泥水盾构施工不良影响的技术措施针对隧道施工引起的地层位移与变形各国学者开展了大量的研究工作其研究方法大致可概括为经验公式法解析法数值分析法和人工神经网络预测法等其中随机介质理论和方法全面给出了隧道

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费麻
5 years ago
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1 第卷第期年月东南大学学报自然科学版!"#$%#%'$$ " '$ $ 基于随机介质理论的大型泥水盾构施工地表变位预测及控制伍振志杨国祥杨林德王吉云上海隧道工程股份有限公司上海同济大学地下建筑与工程系上海摘要给出了采用随机介质理论计算隧道施工引起地表位移和变形的公式及相应参数反分析方法结合上海长江隧道超大型泥水盾构推进工程采用随机介质理论对上行线隧道穿越民房段前试验段的地表沉降监测数据进行了计算分析预测了条隧道单独及共同施工引起的横向地表变形和位移评估隧道施工对周围环境的影响程度及分析了地表变位主要影响因素据以合理地制定了民房段施工地表变位控制措施包括泥水压力同步浆量和推进速度通过实例分析证明了预测方法和控制措施的科学性和有效性具有一定的实用价值关键词大型泥水盾构地表变形随机介质理论中图分类号文献标志码文章编号 ((! "!! ) *+%,+$ -. /$- - $'% )- $0 +-+$%"-$%%!$- 1 ' +-+$ 1+$ %!%.%%#+$#"-$%%!$- -$$%!$0 +-+$ 1+$ #" +%"0$#"! "$!-! ' %%' % %"$- +%$#+( $#%'$ +%!0 '!%"%#("0$%+'!%!%%%'1$%' 2$+ +-+$( -,%!$%!%"!%#+%-! '!#%%%%%#$!#+ $"'$-!%$( ' #%' 0 $-"%%"%/#$ 2%"# "$%%%' % 2!"%"%"%/#( $ 2%!%##!%"0!%'$#%' $- #+$#%'$+%!03%' -! ' %%!%'$#( $ ' %"$ $$"%#%! '$- %$!% %!%!!#%%%#(!"$#"'$- "!0!%!% 0#+! -! $- "%' '#$- %%'!%"$- $ $"'$-!%!%!%%%'+%'0 +2++%!%'$#$ %+' '%%"%' ' %!%!%%%'!-! ' %%#!"!%!%"%'!%"$"%' +%!#$#""% $ % "!-%"!0 +$%"' -! ' '%!$ ' '$"#%% #+$#%'$ +%!0 由于在饱和软黏土层滞水砂层高承压水地层等不良地质条件下掘进时在保持开挖面稳定性方面具有优势近年来泥水盾构越来越多地应用于隧道工程尤其是越江隧道工程的建设然而在采用大型泥水盾构进行隧道洞口段施工时由于隧道埋深浅大直径盾构开挖面土层自立性差上下断面土体性质差别较大或穿越复合地层往往会导致地层的过大扰动而引起较大的地表位移及变形从而对隧道施工及周边环境如穿越陆域段房屋管线大堤道路等构筑物的安全产生不利影响因此需在地表移动和变形预测的基础上评估隧道施工对周围环境的影响程度并针对性地提收稿日期 (( 作者简介伍振志男博士工程师!"$2 # 基金项目上海市科委人才计划资助项目国家高技术研究发展计划计划资助项目 * 引文格式伍振志杨国祥杨林德等基于随机介质理论的大型泥水盾构施工地表变位预测及控制东南大学学报自然科学版 '$ $

2 第期伍振志等基于随机介质理论的大型泥水盾构施工地表变位预测及控制出减少大直径泥水盾构施工不良影响的技术措施针对隧道施工引起的地层位移与变形各国学者开展了大量的研究工作其研究方法大致可概括为经验公式法解析法数值分析法和人工神经网络预测法等其中随机介质理论和方法全面给出了隧道施工引起的地表位移垂直及水平和变形倾斜曲率水平应变的全套计算公式并可根据实测位移进行反分析据以精确预测隧道施工导致的各种地表位移与变形因此是一种较为合理适用的方法 ' 随机介质基本原理随机介质理论认为岩土体的运动为大量已知及未知因素所控制将岩土体视为随机介质这样由于隧道开挖所引起的岩土体便可采用随机方法加以研究设在距离地面一定深度处的地下开挖任意形状断面的隧道见图隧道中心埋深为对开挖岩土单元采用局部坐标系对地表采用全局坐标系图 ' 隧道开挖地层变形断面收缩假定隧道开挖初始断面为隧道建成后开挖断面由收缩为则根据叠加原理地表沉降应当等于开挖范围引起的沉降与开挖范围引起的地表沉降之差即 %/ 式中为地层影响角取决于开挖所处地层条件同理隧道施工引起的地表水平位移为 %/ 隧道施工所引起的地表变形主要指不均匀沉降导致的地表倾斜不均匀水平变形分别可表示为 %/ '' %/ '' 地表沉降曲线的曲率可近似表示为 %/ 对圆隧道设开挖初始半径为隧道建成后断面半径为断面均匀收缩则开挖影响范围为距地表半径为的圆形面积为距地表半径为的面积将积分区间代入式即可得圆形隧道横向地表变位预测公式对双孔平行隧道假定叠加原理仍适用则开挖引起的地表移动和变形可视为单孔隧道开挖所引起的地表移动及变形的线性叠加因此对圆隧道只需确定隧道的中心埋深开挖初始半径以及就可计算隧道施工引起的地表变位同样根据横向地表沉降曲线也可通过反分析获得参数和为此本文采用 $"3$# 编制了相应的程序用于计算隧道单孔和平行双孔开挖引起的地表移动和变形的正分析程序及根据隧道单孔和平行双孔横向地表沉降监测数据反演参数和的反分析程序进行反分析时设隧道地表变形稳定后实测地表沉降值为! 采用程序计算所得的地表沉降值为! 定义目标函数为 " #! 式中 # 为地表沉降测点数!! 由于地表下沉计算公式是不可积的积分表达式因而在优化算法中梯度计算很复杂同时分析所需要计算的参数较少变量 # 最优化算法中的方向加速法 42%" 共轭方向法是一种适应于复杂函数极小化的先进优化方法其迭代过程是由初始点出发沿一系列共轭方向求目标函数的极小值这组共轭方向的形成仅使用迭代点的目标函数值不需计算目标函数的梯度故对于目标函数复杂时尤为适用因此根据地表沉降反分析的计算特点最优化方法采用方向加速法

3 东南大学学报自然科学版第卷 ' 工程实例上海长江隧道南起浦东五好沟北至长兴岛共设东线和西线条隧道单线全长约隧道采用台超大型泥水加压平衡盾构平行施工在长兴岛陆域段将穿越民房地段见图这些民房均为长条形砌体结构基础及结构刚度差有些老民房的承重墙和横梁在盾构穿越前已出现轻微结构损伤由于盾构穿越土层为灵敏度高的饱和软土上覆土层浅且开挖面上下土性差别较大上部为层砂质粉土下部为层灰色淤泥质黏土盾构推进极易导致地层的过大扰动引起隧道周围地表发生大的位移和变形从而危及穿越民房结构安全由图可见 5 横断面沉降值要小于 5 断面两断面地层损失率分别为 6 和 6 采用编写的程序对其地表沉降监测数据见图进行反演计算计算结果见表可见计算的精度较高反演参数具有较好的应用价值表 ' 反演参数断面后验差比值 $ 5 5 ' 地表位移与变形计算采用以上反演参数对上行线隧道施工引起的地表变位及上下行线隧道两隧道中心距为施工导致的累计地表变位进行了预测计算计算时假定同一横断面上下行线隧道施工对地层的扰动相同计算结果如图图所示上行线施工产生的地表变位曲线横轴原点取隧道中心上下行线施工引起的累计地表变位曲线横轴原点取为两隧道中心连线的中点图 ' 隧道与穿越民房相对位置示意图由于穿越工程难度大风险高本文将位于民房穿越段前与民房段下卧地层条件相同的农田段作为试验段对上行线隧道施工引起地表沉降监测数据进行计算分析由于穿越民房均为长条形结构且走向近似与隧道轴线正交故仅对横向地表沉降数据进行分析预测条隧道单独及共同施工引起的横向地表变形和位移评估隧道施工对周围环境的影响程度在此基础上制定民房段施工地表变位控制措施 ' 地层位移反分析以个典型横断面 5 和 5 为例地层变形稳定后其地表横向沉降槽曲线见图图 ' 横向地表沉降图 ' 地表倾斜图 ' 地表横向沉降槽曲线图 (' 地表曲率

4 第期伍振志等基于随机介质理论的大型泥水盾构施工地表变位预测及控制 ' 地表变形分析见图 )' 地表沉降与注浆量的关系表列举了各种情况下的地表变位最大值可上下行线穿越后 5 断面地表变位值均相应小于 5 断面断面 5 5 表 ' 各种工况下地表变位最大值比较工况地表沉降倾斜曲率上行线通过下行线通过上行线通过下行线通过由于条隧道中心距较大下行线施工产生的最大地表沉降值增量很小 5 和 5 断面仅分别增加了和可忽略不计但下行线穿越后 5 和 5 断面的最大地表倾斜均增加较大分别增加了 6 和 6 与此同时两断面地表曲率均稍有减少分别减少了 6 和 6 参照规程上行线穿越后 5 断面地表沉降值已超过且地表曲率大于达到破坏等级级水平墙壁上出现宽的裂缝门窗严重变形墙身倾斜梁头有抽动现象室内地面开裂或鼓起即地表变位将对房屋结构安全构成严重威胁下行线穿越后地表倾斜超过达到破坏等级级墙上出现宽的裂缝门窗略有歪斜墙皮局部脱落梁支承处稍有异样房屋将发生显著结构损伤而 5 断面在上下行线穿越后地表倾斜和曲率均处于破坏等级级水平墙壁上不出现或仅出现少量细微裂缝即隧道施工对民房的影响很小因此可参考 5 断面对隧道民房段的施工参数进行匹配 ' 地表变位控制措施采用大型泥水盾构在复杂环境条件下施工时需采用相应措施减少盾构对地层的扰动避免盾构对周围环境的不良影响结合上海长江隧道民房段推进工程依据以上地表变位计算分析结果提出以下控制措施泥水压力保持开挖面的土水压力平衡可以减少开挖面土体的坍塌变形土体损伤等试验段监测数据表明泥水压力对地表沉降的影响比较明显如 5 和 5 断面的泥水压力分别为和 74 其他施工参数相同但两断面的地表沉降值相差近其他断面的对比情况也反映出类似规律考虑到房屋超载本次泥水压力按静止土压力水压力 4 设置约为 74 使切口前方产生微量隆起以减小土体的后期沉降同时保证切口水压的稳定避免压力波动过大以减少对土体的扰动同步浆量采用适当增加注浆量及注浆压力的方式使地层发生少量上抬减少最终地表沉降通过对试验段地表沉降值和注浆量进行对比分析见图制定民房段注浆量为约为建筑空隙的 6 注浆压力略大于泥水压力推进速度宜优化工序衔接快速通过尽量减少对地层的扰动此外由于开挖面上部土层为砂质粉土地层为避免泥浆渗透导致的泥水压力损失及波动也应适当快速推进试验段试推表明盾构推进速度控制在 $ 比较合理此外还应尽量减少纠偏量减少地层损失并控制衬砌拼装偏差减少施工后期沉降与此同时加强对隧道施工影响范围内的地表房屋位移以及房屋结构损伤情况的监测通过采取以上措施最终民房段累计最大地表沉降值为地层损失率约为 6 与预测的结果比较吻合同时盾构施工未对穿越民房结构构成显著损害说明采取的措施是合理的 *' 结语基于随机介质基本原理结合上海长江隧道工程长兴岛民房段推进工程难题对其上行线隧道穿越民房段前试验段的地表沉降监测数据进行了分析预测了单条隧道及条隧道平行施工引起的横向地表变形和位移评估隧道施工对周围环境的影响程度及分析了地表变形主要影响因素据以制定

5 东南大学学报自然科学版第卷民房段施工的地表变位控制措施实例分析证明了预测方法和控制措施的科学性有效性可为相似工程借鉴和参考参考文献 + 刘建航侯学渊盾构法隧道 7 北京中国铁道出版社 -+ 4 "."0$#"!%'$#$! %"$-($' #%' -! ' %%$ #"0 %' #()#!(#* #+!'#,##-!#'!#- * 卢海林赵志民方秡等盾构法隧道施工引起土体位移与应力的镜像分析方法岩土力学 $"$ *+ *+$$ - 4%- %""0$#" %+' $-%+%!0 %' #"#"%+$%"' %( "$- $' #%' $"'$"#%%'!%%.(/ #* 0!1()#!( ( $ 1+$( %% 3%"0$#""$!+"2%"$ (!%' -! ' %'##-!#'!#- 1()#!( 4! 5"$#"$!%"$-($' #%' -! ' %%$ #"0 #'#!#%'#,()#!( * - $ 31 )- 7 17'%"$- %( "$-($' #%' -! '!#%%% $- #+$# %'$ +%!0 ##!#- #* #*'-'#* 0( ()#- ) 阳军生刘宝琛城市隧道施工引起的地表移动与变形 7 北京中国铁道出版社缪林昌王非吕伟华城市地铁隧道施工引起的地面沉降东南大学学报自然科学版 7$ $#+- )- %$ 8 )%$+.! '!#% %"%%' %! %"#!#$ %'# 0)#!+'! '0(!#(*!!# ( $ 1+$%% 于宁朱合华盾构隧道施工地表变形分析与三维有限元模拟岩土力学 $- *+ %+ "0$%!+ '%!$ #%' 0 +$%"' %"#!#$ ' (7 $ ( "$.(/#* 0!1()#!(, $ 1+$%% 7! %+ ++!!$"$$%' '%"!( %"#!#$ $- %"!$- #+$%# #!#- #* #*'-'#* 0(()#- +$!$- 3$7' "!%!"%( 2!!!%'$#$- %"%%'!$- %"$- %'#()#!(#* #+!',##-! #'!#-* 22$%$!$$#$"%!"%2!!!%'$#$- +%/$!#%%"%%#%' $%"' %"$- ##!#- #* #*' -'#* 0(()#- 中华人民共和国煤炭工业部建筑物水体铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程北京煤炭工业出版社

自然科学版预处理视盘粗定位视盘垂直坐标的粗定位视盘水平坐标的粗定位

自然科学版预处理视盘粗定位视盘垂直坐标的粗定位视盘水平坐标的粗定位自然科学版文章编号视网膜图像中视盘的快速自动定位方法赵晓芳林土胜李碧摘要基于眼底视网膜血管的分布结构及视盘本身的特点提出一种快速自动定位视盘的方法首先根据视网膜血管的网络分布结构大致定位视盘的垂直坐标然后根据视盘的亮度信息及视盘与血管的关系来定位视盘的水平坐标最后把视盘限定在以粗定位的视盘为中心的一个小窗口内用变换精确定位视盘中心该方法不需要事先分割视网膜血管也不需要对算法进行训练