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摘 要

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摘要

近年来，随着城市地铁建设的迅速发展及盾构施工方法的广泛使用，盾构开挖导致的各类工程问题也越来越引起关注，其中包括地表沉降，塌陷，周围建筑物变形等。同时，针对不同地区的不同地层条件，施工带来的问题也不一而同，具有很强的地域特点。此前，由于只有在日本地区的地铁施工中遇到该类特殊的砂卵石地层，因此较少引起人们的关注。但是近年来，随着成都和北京某些地区的地铁修建，砂卵石地层带来的工程问题开始为人们所讨论。本文主要以成都地铁1号和2号线的施工资料为基础，以7号线部分区间建设为依托，完成了以下几个方面的任务：

1. 搜集地铁1号线，2号线及7号线建设过程的勘察及施工资料，同时利用成都富水砂卵石地层盾构施工监控体系的网站数据，建立成都砂卵石地层的地层参数及盾构施工的数据库，为之后的神经网络训练预测提供数据源。
2. 根据成都富水砂卵石地层特殊结构，选择合适的人工神经网络结构及算法对前期搜集到的大量数据进行训练学习，从而得到合适的预测模型。
3. 结合预测模型，对盾构施工参数进行合理优化，以最大程度减少盾构施工扰动对地表变形的影响。

关键词： 砂卵石地层 人工神经网络 沉降预测 地表变形

Abstract

With the rapid development of subway construction in urban areas and widespread use of shield construction method, engineering problems (such as ground surface settlement, strata subsidence and nearby buildings deformation) caused by shield construction have raised concern. However, problems differ from different stratum condition in different areas, which has obvious geographical characteristics.

Sandy cobble ground is not common in the tunnel construction except for in Japan, therefore, related problems are ignored by researchers. In recent years, with the metro construction in Chengdu and some areas of Beijing, it is becoming a matter of concern by more and more researchers. Based on Chengdu metro line 1, 2 and 7, three tasks following are completed:

1. Exploration and construction data of metro line 1, 2 and 3 are collected. Also with the monitor system data of shield construction of water-rich sandy cobble ground in Chengdu, databases of ground characteristics and shield parameters are set up.
2. Optimal prediction model is obtained by selecting appropriate ANN structure and algorithm.
3. Optimize shield parameters by using the prediction model to minimize the construction effects on ground surface.

Key words： sandy cobble ground ANN settlement prediction ground deformation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1研究背景及意义 1

1.2 盾构施工引起地层变形的研究现状 1

第二章 成都富水砂卵石地层工程特性 5

2.1 成都地铁富水砂卵石地层的空间分布特征 5

2.1.1 成都砂卵石的地层空间分布 5

2.1.2成都地铁盾构隧道与砂卵石地层分布的空间位置关系 6

2.2成都地铁砂卵石地层的工程地质特征 8

2.2.1 刀具、螺旋机磨损严重，渣土排出困难 9

2.2.2 成都富水砂卵石地层的不均匀性 9

2.2.3 成都富水砂卵石地层中注浆液体的流失 9

2.2.4 成都富水砂卵石地层施工引起的周围建筑物变形 10

2.3 成都富水砂卵石地层的自然稳定性 11

2.3.1 盾构施工诱发开挖面失稳 11

2.3.2 盾构开挖面失稳引发的土层损失 11

2.3.3 地层塌陷的滞后性和突发性 12

2.3.4 地层位移曲线的非连续性 12

2.3.5 土拱自稳性 12

2.4 小结 13

第三章 砂卵石地层在盾构施工扰动下的变形规律和机理 14

3.1 盾构施工诱发地层变形的机理 14

3.1.1 砂卵石地层的力学效应 14

3.1.2 地层变形原因 14

3.2 盾构施工诱发地层变形的规律 15

3.2.1 地层变形的阶段性 15

3.2.2 地层的成拱效应 16

第四章 基于BP神经网络的砂卵石地层地表沉降预测模型 18

4.1 BP神经网络 18

4.1.1 BP神经网络模型 18

4.1.2 BP神经网络模型拓扑机构的确定 18

4.2 成都砂卵石地层盾构施工参数敏感性分析 19

4.2.1 各盾构施工参数与地表沉降关系 19

4.2.2 灰色关联分析法 21

4.2.3 各施工参数敏感性分析 22

4.3 基于BP神经网络的成都砂卵石地层地表沉降预测分析 38

4.3.1 工程背景 38

4.3.2 BP神经网络模型的建立 39

4.3.3 网络训练学习 40

4.3.4 训练结果 40

第五章 研究成果与工程应用 47

5.1 结论与展望 47

5.2 工程应用指导 48

致 谢 49

参考文献 50

第一章 绪论

1.1研究背景及意义

近年来随着城市地上交通压力的增大，各个城市纷纷开始加大了地下交通的建设，即使一些地质环境较差的地区，比如成都，青岛等。到目前为止，成都共有多条线路投入运营，包括地铁1号到4号线，地铁线路全长达百余公里，同时还有多条在建线路，比如本课题的主要研究对象地铁7号线。

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