[发明专利]一种邻近基坑工程的既有地铁隧道水平位移的预测方法

说明书

本发明公开了一种邻近基坑工程的既有地铁隧道水平位移的预测方法：以隧道轴向为x轴方向，取第一个监测点位置为x轴零点，以各监测点的监测数据为数据点，绘制S_w、S_m随隧道轴向位置的分步曲线；记基坑围护结构与邻近上、下行隧道的水平距离L；得到不同的开挖深度以及各开挖深度对应的累积水平位移；得到不同的支撑轴力以及各支撑轴力对应的累积水平位移；数据输入BP神经网络模型，进行训练；利用训练后的神经网络模型对同一基坑开挖深度产生的地铁隧道水平位移预测，或者对同一区域其他基坑开挖导致的地铁隧道水平位移预测。本发明为地铁隧道的监测方案设计和优化提供有效依据，同时作为一种方法可对隧道的监测结果进行验证和补充。

技术领域

本发明涉及一种方法，更具体地说，是涉及一种邻近基坑工程的既有地铁隧道水平位移的预测方法。

背景技术

随着地下空间的开发与城市轨道交通的发展，邻近地铁隧道的深基坑工程比比皆是。这些邻近开挖会对地铁隧道造成不利影响，故也成为国内外学者普遍关注的问题。基坑的开挖过程即土体的卸荷过程，会造成坑底土体的回弹与隆起，打破地层原有应力场的平衡，引起周围土体的应力重分布，对邻近地铁隧道产生了附加应力与附加位移，坑壁周围土体会向坑内移动，同时带动隧道结构产生附加位移，由于目前城市轨道中的隧道类型多为盾构型，是由混凝土管片拼接而成，其接缝部分较为薄弱，过大的附加位移会使管片产生错台、裂缝等磨损，出现隧道大范围的破坏与倒塌现象，从而影响隧道结构的稳定与运行安全。因此有必要针对基坑开挖对邻近地铁隧道的变形情况进行研究与分析。

目前，对于邻近基坑工程一侧的地铁隧道变形预测的方法主要有两种：数值模拟和实测分析。数值方法能够模拟基坑开挖过程中土体变形特性及深基坑工程的复杂性，可以反映基坑开挖及支护结构施工顺序，但是，数值计算存在以下主要问题，一是土体的本构模型的选择，这种复杂应力路径条件下的本构关系目前尚在探讨中，远没有达到工程应用的阶段。二是这一问题还涉及复杂的边界效应，结构物与土边界面设定等等问题，使得在没有足够多的工程经验以及熟练掌握相关有限元程序的条件下，利用数值方法获得具有足够精度的结果的可能性较小。

实测分析预测是指基于各类监测手段，由实测资料与工程记录经过数学处理，得出适合于工程应用的结论，对施工具有较好的指导作用。相比于数值方法，实测方法基于实测数据，能更好的反映工程现场的综合条件。但实测方法是基于已有数据的分析，由于无法建立确定的数量关系，由某一工程得到的结果，对于其他工程，往往只能对不同因素对邻近隧道变形的影响进行定性的判断，而无法获得相应的定量预测结果。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，基于基坑的各类监测数据，采用机器学习的方法提出一种邻近基坑工程的既有地铁隧道水平位移的预测方法，一方面可以优化地铁隧道的监测点布置，另一方面也可以对地铁隧道监测的可靠性做出评估。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明邻近基坑工程的既有地铁隧道水平位移的预测方法，基坑开挖过程中，对基坑和侧邻基坑的隧道结构进行三维监测，根据监测结果，分析靠近隧道一侧基坑围护结构和隧道结构的水平位移特征，具体过程如下：

(1)记基坑围护结构的累计水平位移实测值为S_w，隧道结构的累计水平位移实测值为S_m；以隧道轴向为x轴方向，取第一个监测点位置为x轴零点，以各监测点的监测数据为数据点，绘制S_w、S_m随隧道轴向位置的分步曲线；

(2)记基坑围护结构与邻近上、下行隧道的水平距离L，如果基坑围护结构在平面上与隧道轴线不平行，或者基坑围护结构在平面上不规则，即沿为x轴方向不为一条直线，则需考虑L的不一致性，记为L₁、L₂、L₃......L_n；