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基于GA-BP的地下工程穿越既有地铁施工安全风险预控研究

孟江  
【摘要】:随着城市地下交通网络的不断密集以及建设用地的日益稀缺,地下工程穿越既有地铁隧道的情况越来越常见。在这类工程施工过程中,会对周围土体造成扰动,进而导致地铁隧道的变形,而一旦变形过大,不仅会导致管片破裂和隧道渗漏等问题的发生,还会给列车的运营带来极大的安全风险。因此,施工时除了事先采取一定被动控制措施外,及时了解地铁隧道的变形发展状况也很重要,以便为后续采取主动控制措施赢得宝贵时间。为此,论文通过对地下工程施工过程中影响既有地铁隧道变形的因素分析,建立相应的预测指标体系,并在此基础上建立地下工程穿越既有地铁施工的安全风险预测模型。再利用实例工程对模型进行验证分析,肯定了预测模型的有效性,之后通过现场试验对注浆和反压等控制技术进行研究,为制定相应的预控措施提供依据。首先根据影响因素来源之间的差异,分别从地下工程开挖、水纹地质条件和既有地铁隧道自身状况三个方面,分析地下工程穿越既有地铁施工过程中,各因素对地铁隧道变形的影响,再通过对各影响因素的量化研究和归类分析,建立了地下工程穿越既有地铁隧道的施工安全风险预测指标体系。其次根据地下工程穿越既有地铁隧道施工的特点,利用遗传算法优化BP神经网络,建立地下工程穿越既有地铁隧道施工安全风险预测模型,并通过“新陈代谢”的方法实现实时预测。再对模型进行实证分析,其结果表明:第一,预测模型具有良好的预测精度;第二,遗传算法对预测模型起到了很好的优化作用;第三,预测模型具有良好的泛化能力和实用性;第四,延长预测时间后模型仍具有较好的预测能力。最后根据实例工程和现场试验,研究地下工程明挖顺作和盖挖逆作施工对地铁隧道的影响,以及“分区跳仓”施工等被动控制技术和“注浆反压”等主动控制技术的控制效果,并在此基础上制定了安全风险预控措施。研究结果表明:第一,明挖顺作施工对隧道的影响要显著大于盖挖逆作施工,明挖顺作施工利用“分区跳仓”开挖的方式能够有效利用开挖过程中的“时空效应原理”,减少开挖对隧道的影响,盖挖逆作施工将地连墙兼做地下侧墙,能够有效减小地连墙侧移。第二,适时的主动注浆能够有效减少隧道的收敛变形,并且能够显著地抑制收敛变形的后续发展。第三,隧道上方适时进行主动反压能够有效降低隧道隆起速率,但会引起隧道收敛变形持续增加,这种反压仅适用于隆起变形过大而收敛变形很小的断面。


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