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原文传递青岛沙崂区间盾构下穿既有建筑物沉降机理及预测研究

论文题名：	青岛沙崂区间盾构下穿既有建筑物沉降机理及预测研究
关键词：	盾构隧道;下穿建筑物;数值模拟;正交试验;神经网络
摘要：	地铁作为城市轨道交通的重要组成部分，在日常公共交通中的作用愈来愈大，而在实际的盾构隧道施工中，难免会穿越城市的商业区、居民区等，在此区域中的建筑物布设相对比较密集，而密集的建筑群会对地铁隧道的施工产生不小的挑战，在下穿既有建筑物施工时，如何减少施工对地层的扰动，保证盾构安全快速的通过是目前亟待解决的问题。本文以青岛地铁4号线沙子口站~崂山六中站盾构区间为工程依托，通过实测数据分析、数值模拟计算、正交试验分析对盾构下穿既有建筑物引起的地层及建筑物沉降变形规律进行研究，最后通过BP神经网络建立先后开挖工况下的沉降预测模型，对地表及建筑物沉降进行相应预测，具体研究成果如下：　　（1）通过对地表及建筑物实测数据进行分析，结果表明：距离开挖侧隧道正上方地表越近，受到该侧盾构开挖的扰动影响也就越大，产生的沉降值也就越大，且后行线隧道施工会对先行线隧道产生二次扰动，使沉降产生一定程度增加。而处于两隧道中轴线附近的测点受两隧道开挖的叠加影响最大，造成的最终地表沉降也就最大。　　（2）利用MIDASGTS有限元分析软件建立盾构下穿既有建筑物数值模型，对先后开挖工况与同时开挖工况下的地表及建筑物沉降规律进行研究，模拟结果表明：1）盾构施工对隧道的影响主要表现为隧道拱顶土体产生一定的沉降，而隧道拱底产生一定的隆起。2）先后开挖工况下，地表在盾构未到达前已受到施工扰动而产生相应沉降，且地表受先行线隧道施工的影响最大。地表最大沉降位置在后行线盾构通过后向两隧道轴线位置发生偏移。盾构隧道施工对地表沉降的影响程度随着断面位置的不同而不同，即建筑物下方地表受盾构隧道施工的影响程度要大于非建筑物下方地表。建筑物各测点距离隧道正上方地表越近，受到该隧道开挖的扰动影响也就越大，而处于两隧道中轴线附近的测点受两隧道开挖的叠加影响最大。通过对测点沉降量计算得知，后行线隧道施工对先行线隧道的影响较小。建筑物在先行线贯通时向先行线隧道方向发生倾斜，在后行线隧道贯通时沿着开挖方向发生倾斜。3）同时开挖工况下，盾构施工对地表及建筑物所造成的影响要更大，地表沉降槽主要影响范围也更大。非建筑物下方地表最大沉降值始终发生在两隧道中轴线处，建筑物下方地表最大沉降值位置随着开挖而不断改变。当盾构接近建筑物时，建筑物向掘进相反方向发生倾斜，当盾构离开建筑物时，建筑物沿着掘进方向发生倾斜。建筑物在各阶段均发生整体下沉。　　（3）通过对影响地表沉降的掘进压力、管片弹性模量及注浆材料弹性模量三个因素进行正交试验分析，结果表明：三因素对地层沉降的影响敏感程度不尽相同，对地层沉降的敏感程度具体表现为：注浆材料弹性模量gt;管片弹性模量gt;掘进压力，且注浆材料弹性模量对地表沉降的影响性为高度显著性影响，其他二者均为显著性影响。利用正交试验得出的最优组合方案，通过数值模拟软件计算并验证了该组合结果的正确性，即最优组合为：掘进压力取200kPa、管片弹性模量取45GPa、注浆材料弹性模量取18MPa。　　（4）利用BP神经网络建立的先后开挖工况下的地表及建筑物沉降预测模型，对14组测试样本进行预测，结果表明：预测结果与数值模拟结果间的误差非常小，吻合度非常高，即该模型对先后开挖工况下的地表及建筑物沉降预测效果很好，可以为相似工程提供一定的借鉴参考。
作者：	韩旭
专业：	建筑与土木工程
导师：	王旭春
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2022