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地铁隧道盾构施工地面沉降风险评价与沉降量预警研究

2020-12-02阅读(577)

地铁隧道盾构施工地面沉降风险评价与沉降量预警研究

论文摘要

在地铁隧道施工过程中,盾构法施工由于其机械化程度高、土层适用范围广、施工进度快等优点被广泛采用,但盾构施工刀盘切削土体时,势必会对地层产生扰动,严重时将会引起不同程度的地面沉降。当地面沉降过大时,不仅会对施工安全造成影响,同时也会危及周边建筑物以及地下管线。所以,如何更为有效的进行地面沉降风险评价、实现盾构掘进地面沉降量的超前预警是目前地铁盾构施工过程中急需解决的问题。论文以成都地铁8号线机场快速路站益新大道站区间工程（以下简称机益区间）为背景,对土压平衡盾构施工过程中地面沉降风险因素进行识别,建立风险评价指标体系和定量化风险评价模型,同时,采用智能算法建立地面沉降预测模型,并在预测模型的基础上进行地面沉降预警系统的设计,所做工作对于丰富盾构施工风险管理体系具有重要的理论与实践意义。主要的研究内容和研究成果如下:（1）根据地铁盾构施工工序繁杂且沉降影响因素较多的特点,选择WBS-RBS风险识别法对地面沉降风险因素进行全面的识别,最终确定5个一级风险因素,36个二级风险因素。同时,为了消除各个风险因素之间的相关性和信息重叠,采用主成分分析法对风险因素进行处理,将36个二级风险因素拟合为17个具有独立代表性的风险因素,并在此基础上建立了一套具有普适性的地面沉降风险评价指标体系。（2）将“变权”思想和可拓学理论相结合,构建“变权可拓”地面沉降风险评价模型,并对机益区间地面沉降风险进行评价,评价结果发现:变权模式较常权模式下的风险等级关联系数更加离散,风险等级更容易确定,评价结果更加符合工程实际。同时,根据风险评价指标的权重确定过程得出影响地面沉降的主要风险因子为:地质因子、掘进参数因子、地下水因子、开挖排土因子、浆液因子。（3）为了达到地面沉降量预警的目的,首先需要预知未来的地面沉降量,即对地面沉降量进行预测,论文在沉降风险预评价的基础上构建改进的PSO-RBF神经网络预测模型。将风险评价过程中确定的主要沉降影响因子作为模型的输入变量,地面沉降量作为输出变量,通过施工现场采集的监测数据对模型进行训练与预测,对比预测结果和实际沉降量之间的误差在8%之内,达到了变形监测的要求。在MATLAB（GUI）平台上进行地面沉降预警系统的设计,将改进的PSO-RBF神将网络沉降预测模型嵌入到所设计的预警系统中,通过沉降预警阈值的设定达到施工过程中对地面沉降量进行预警的目的。论文将“变权”和可拓理论结合对地铁盾构施工地面沉降风险进行评价,将改进的PSO算法和RBF神经网络结合进行地面沉降量的预测,并在预测模型的基础上设计沉降预警系统,为地铁盾构施工地面沉降风险管理研究提供了新的思路。

论文目录

  • 摘要
  • abstract
  • 1.绪论
  •   1.1 课题研究背景及意义
  •     1.1.1 课题研究背景
  •     1.1.2 课题研究意义
  •   1.2 国内外研究现状
  •     1.2.1 隧道及地下空间工程风险管理研究现状
  •     1.2.2 地铁隧道施工地面沉降研究现状
  •     1.2.3 存在的主要问题
  •   1.3 研究内容及技术路线
  •     1.3.1 研究内容
  •     1.3.2 技术路线
  • 2.基于WBS-RBS与 PCA的地面沉降风险因素分析
  •   2.1 风险识别方法
  •     2.1.1 风险识别方法对比
  •     2.1.2 盾构掘进地面沉降风险识别方法
  •   2.2 WBS-RBS风险识别流程
  •   2.3 盾构掘进WBS-RBS地面沉降风险识别
  •     2.3.1 盾构掘进施工WBS树的构建
  •     2.3.2 盾构掘进地面沉降RBS树的构建
  •     2.3.3 地面沉降风险矩阵的构建及风险识别结果
  •   2.4 基于PCA的风险因素去信息重叠处理
  •     2.4.1 问卷信度与效度检验
  •     2.4.2 基于PCA的盾构施工地面沉降风险因素处理
  •   2.5 本章小结
  • 3.基于变权理论的地面沉降可拓风险评价
  •   3.1 地面沉降风险评价指标和风险等级的确定
  •     3.1.1 构建风险评价指标体系
  •     3.1.2 地面沉降风险评价指标风险分级
  •   3.2 可拓评价模型和变权理论
  •     3.2.1 可拓评价模型构建
  •     3.2.2 变权原理
  •   3.3 组合赋权法确定评价指标常权向量
  •     3.3.1 基于集值迭代法的主观权重
  •     3.3.2 熵值法确定客观权重
  •     3.3.3 确定组合权重
  • 益区间掘进地面沉降风险评价'>  3.4 机益区间掘进地面沉降风险评价
  •     3.4.1 项目概况
  •     3.4.2 区间地面沉降可拓风险评价
  •   3.5 本章小结
  • 4.基于径向基神经网络（RBF）的地面沉降预警
  •   4.1 径向基（RBF）神经网络技术
  •     4.1.1 RBF神经网络结构模型
  •     4.1.2 RBF神经网络的学习算法
  •   4.2 粒子群（PSO）算法
  •     4.2.1 PSO算法的原理
  •     4.2.2 标准粒子群算法流程
  •   4.3 PSO算法的改进
  •   4.4 构建改进PSO-RBF神经网络
  •   4.5 基于改进PSO-RBF算法的应用
  •     4.5.1 数据采集与处理
  •     4.5.2 改进的PSO-RBF神经网络模型建立
  •     4.5.3 预测结果分析
  •   4.6 本章小结
  • 5.地面沉降预警系统设计
  •   5.1 MATLAB图形用户界面
  •     5.1.1 图形用户界面介绍
  •     5.1.2 GUI设计原则与流程
  •     5.1.3 GUI的 M文件与回调函数
  •   5.2 地表沉降预警系统的建立
  •     5.2.1 预警系统功能介绍
  •     5.2.2 界面草图的设计
  •     5.2.3 添加背景
  •     5.2.4 监测数据录入
  •     5.2.5 历史数据查看
  •     5.2.6 地面沉降量预测
  •     5.2.7 预警功能的实现
  •     5.2.8 退出
  •   5.3 本章小结
  • 6.结论与展望
  •   6.1 结论
  •   6.2 进一步研究方向
  • 致谢
  • 参考文献
  • 研究生期间参与的课题及获得的奖励
  • 附件

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 朱倩倩

    导师: 胡长明

    关键词: 盾构施工,地面沉降,风险评价,沉降预警

    来源: 西安建筑科技大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

    专业: 地质学,地质学,工业通用技术及设备,铁路运输

    单位: 西安建筑科技大学

    分类号: P642.26;U231.3

    DOI: 10.27393/d.cnki.gxazu.2019.001034

    总页数: 117

    文件大小: 4904K

    下载量: 110

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