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近距离交叠隧道盾构法施工变形预测及模糊控制研究
| 论文题名： | 近距离交叠隧道盾构法施工变形预测及模糊控制研究 |
| 关键词： | 近距离交叠隧道;盾构法施工;变形预测;隧道施工;施工变形控制;盾构施工;模糊控制器;神经网络模型;已建隧道;预测与控制;盾构法隧道;边界单元法;隧道工程;施工控制;控制方法;控制对象;地表变形;稳定性;人工神经网络;模糊控制系统 |
| 摘要： | 随着近距离交叠盾构法隧道工程与日俱增，对其施工变形的预测与控制显 得越来越迫切与重要。而从传统机理分析的角度，将难以得到盾构隧道施工变 形的模型，也难以对其进行定量的控制。 本文首先总结分析了盾构施工引起地层移动的机理和规律，针对近距离交 叠隧道工程制定了施工方法与流程，建议采用简单有效的变形预测与控制方法 指导工程施工。 其次，采用边界单元法对交叠隧道施工变形进行了静态的数值模拟分析， 考虑了隧道间的相互影响，分析了交叠隧道施工时土体位移的特点，为指导施 工总结出了若干有意义的规律。 第三，对交叠隧道施工变形进行了动态的预测分析。针对盾构施工与监测 过程为一时间序列的特点，从滚动优化思想出发，建立了神经网络模型，预测 盾构掘进一定距离后产生的已建隧道变形及地表变形。采用了包含主元分析思 想的部分最小二乘神经元网络方法，解决了神经网络输入变量之间和输出变量 之间的耦合问题。得出的模型基本能得到与实测较为接近的预测结果，并起到 对变形进行监控的效果，不失为一种有效且实用的变形预测方法。 最后，以一环为采样周期，将盾构施工控制对象表达为动态模型。针对交 叠隧道施工时正面土压力差、同步注浆参数在不同穿越施工阶段对已建隧道变 形和地表变形的影响做了模型辨识，用一系列的分段二阶线性模型来描述该控 制对象的复杂非线性。利用钝性定理分析了TS-PID模糊控制系统的稳定性，得 出了针对盾构施工控制对象的TS-PID模糊控制器闭环系统IO稳定的充分条件。 根据所得模型的不同特点，提出了一种基于内模控制的PID参数整定方法和 TS-PID模糊控制器相结合的新的盾构施工变形控制方法。将近距离交叠隧道施 工变形控制系统简化为盾前变形控制器和盾后变形控制器两个子系统，引入协 调控制模块，将地表和已建隧道的施工变形控制相结合。仿真结果显示，此结 构控制器具有很好的稳定性和鲁棒性。 关键词：盾构法隧道，地层位移，边界单元法，人工神经网络，TS-PID模糊控制器 |
| 作者： | 汪敏 |
| 专业： | 岩土工程 |
| 导师： | 侯学渊;廖少明 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 同济大学土木学院 |
| 学位年度： | 2005 |
| 正文语种： | 中文 |
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