1、年 月第 卷 第 期长 沙 铁 道 学 院 学 报沉 管 隧 道 竖 井 基 槽 开 挖 时 沉 降 的 灰 色 预 测陈 东 霞 王 星 华长 沙 铁 道 学 院 土 建 院 , 长 沙 , 。 。摘 要 通 过 对 模 型 试 验 中 竖 井 沉 降 浏 童 数 据 进 行 一 定 的 处 理 , 按 最 佳 维 数 建 立 等 维 新息 模 型 一 , 模 型 对 沉 降 进 行 预 测 , 预 测 值 与 试 验 值 吻 合 较 好 建 议 将 此法 应 用 到 实 际 工 程 中 , 以 期 能 指 导 施 工 , 确 保 竖 井 的 稳 定关 键 词 灰 色 模 型 竖 井 沉 降
2、 预 测分 类 号, , ,前 言某 高 速 铁 路 越 江 沉 管 隧 道 设 计 时 设 有 两 座 竖 井 一 江 南 竖 井 和 江 北 竖 井 经 初 步 勘 测 , 北 岸竖 井 上 部 穿 越 的 土 层 为 淤 泥 质 土 , 下 部 穿 越 土 层 为 粉 细 砂 , 井 底 基 础 为 中 砂 层 , 均 为 饱 和 透 水层 南 岸 竖 井 主 要 穿 越 的 土 层 为 砂 粘 土 、 软 塑 、 软 塑 偏 近 流 塑 , 属 弱 透 水 性 土 层 在 这 种 地 质 条件 下 , 由 于 竖 井 是 大 型 建 筑 物 , 对 地 基 的 作 用 力 较 大 ,
3、加 上 土 压 力 作 用 下 , 将 使 竖 井 产 生 较 大 的沉 降 竖 井 的 不 均 匀 沉 降 将 直 接 影 响 竖 井 与 沉 管 的 连 接 , 而 且 会 导 致 竖 井 、 沉 管 和 暗 埋 隧 道 的较 大 变 形 , 也 会 给 今 后 的 运 营 留 下 致 命 的 隐 患 , 所 以 竖 井 沉 降 量 的 控 制 问 题 至 关 重 要 设 计 时 , 对 沉 井 在 下 沉 过 程 中 及 构 筑 过 程 中 沉 降 和 偏 位 进 行 严 格 验 算 和 预 估 是 很 关 键 的但 在 实 践 中 常 常 会 发 现 , 与 设 计 预 估 值 相 比
4、 , 实 际 工 程 的 工 作 状 态 往 往 存 在 一 定 差 异 , 有 时 差异 程 度 还 相 当 大 , 主 要 原 因 在 于竖 井 工 程 设 置 于 地 层 之 间 , 而 地 层 性 质 存 在 着 相 当 大 的 变 异 性 和 离 散 性 地 质 勘 察 所获 得 的 数 据 很 难 准 确 代 表 土 层 的 全 面 总 体 情 况 , 钻 探 取 样 对 土 样 的 扰 动 和 应 力 释 放 亦 会 对 试收 稿 日 期 一 一 第 一 作 者 陈 东 霞 , 女 , 岁 , 硕 士 生第 期 陈 东 霞 等 沉 管 隧 道 竖 井 基 槽 开 挖 时 沉 降
5、的 灰 色 预 测验 造 成 一 定 程 度 的 误 差在 对 竖 井 沉 降 偏 位 预 估 时 , 对 土 层 及 竖 井 作 分 析 , 模 型 构 筑 、 计 算 简 化 假 定 以 及 参 数选 用 等 , 与 实 际 状 况 相 比 存 在 一 定 的 近 似 性 和 相 对 误 差在 竖 井 构 筑 及 基 槽 开 挖 中 , 随 土 层 开 挖 标 高 变 化 、 地 下 水 位 变 位 等 因 素 影 响 , 其 受 力处 于 经 常 性 的 动 态 变 化 , 一 些 随 机 因 素 使 得 结 构 荷 载 作 用 时 间 、 范 围 难 以 预 料基 于 上 述 情 况
6、可 以 认 为 , 严 格 设 计 预 估 能 大 致 描 述 正 常 施 工 条 件 下 竖 井 沉 降 与 受 力 范 围 ,但 必 须 在 竖 井 施 工 中 进 行 监 测 , 为 顺 利 施 工 及 时 提 供 反 馈 信 息 , 以 保 证 工 程 顺 利 进 行由 于 较 复 杂 的 工 程 地 质 因 素 及 竖 井 受 力 状 况 未 能 完 全 查 明 , 且 其 沉 降 量 与 所 受 力 之 间 的关 系 无 法 用 确 切 的 表 达 式 表 示 在 这 种 情 况 下 , 试 图 通 过 对 其 力 学 机 理 的 研 究 而 建 立 完 全 符 合客 观 实 际
7、的 正 确 力 学 模 型 进 行 准 确 的 分 析 是 困 难 的 针 对 信 息 的 不 完 全 性 , 可 将 竖 井 沉 降 视 为灰 色 系 统 应 用 灰 色 系 统 的 分 析 方 法 , 先 对 试 验 数 据 处 理 , 再 对 其 用 , 建 模 , 根 据 已 建好 的 模 型 对 未 来 时 刻 竖 井 的 沉 降 量 进 行 预 测 , 求 得 的 预 测 值 与 实 测 值 吻 合 较 好 因 此 , 在 实 际的 工 程 中 , 对 已 设 计 好 的 竖 井 在 施 工 中 的 水 平 位 移 及 沉 降 进 行 监 测 后 , 也 可 采 用 灰 色 系 统
8、 理 论对 其 进 行 建 模 预 测 , 并 据 预 测 的 数 据 指 导 工 程 施 工 这 对 确 保 竖 井 稳 定 有 一 定 的 现 实 意 义监 测 点 的 布 置 与 观 测 方 法 川我 们 结 合 某 高 速 铁 路 越 江 沉 管 隧 道 场 址 的 工 程 地 质 条 件 , 对 三 种 不 同 的 基 础 埋 深 的 竖 井进 行 了 模 型 试 验 , 测 试 竖 井 在 基 槽 开 挖 时 竖 井 的 水 平 位 移 和 沉 降 量 首 先 对 竖 井 与 沉 管 连 接 一侧 基 础 开 挖 后 , 影 响 竖 井 沉 降 的 各 因 素 进 行 分 析 ,
9、用 量 纲 分 析 法 根 据 相 似 理 论 推 导 出 相 似 判 据来 模 拟 系 统 考 虑 影 响 竖 井 沉 降 的 主 要 因 素 有竖 井 基 础 底 面 尺 寸 ,基 础 底 面 以 上 土 的 超 载 , 即 土 的 有 效 容 重 ,基 础 的 埋 深竖 向 荷 载竖 井 侧 壁 摩 阻 力地 基 土 的 压 缩 模 量 , 或 变 形 模 量用 数 学 表 达 式 表 述 为 一 , , , , , , ,采 用 指 数 法 , 得 出 相 似 判 据一 金 汀 一 会 万 一 丫 万 一 岁 一 罕 汀 一 会从 而 得 出 相 似 指 标鱼 一 鱼 一、 又呈刀呈
10、模 型 试 验 时 采 用 缩 尺 比 例 为 熹 的 几 何刁相 似 模 型 即 一 责 , 而 土 体 采 用 与 现 场 土 同 样 容 重 的 相 似 土 样 , 即 、 一 , 从 而 可 知 相 似比 二 一 吞 一 一 蠢 , 、 一 , , 一 一 , 一 二 整 个 试 验 过 程 模 拟 沉 井 施 工 进 行 在 已 建 竖 井 模 型 的 上 方 固 定 一 根 工 字 钢 作 为 梁 , 水 平 、 竖 直 位 移 量 测 的 百 分 表 都 固 定 在 测试 梁 上 试 验 过 程 中 , 测 试 梁 保 持 不 动 在 竖 井 模 型 的 四 个 角 上 各 装
11、一 个 百 分 表 以 量 测 竖 直 位移 , 沿 着 开 挖 侧 和 暗 挖 侧 的 不 同 深 度 各 装 个 百 分 表 以 量 测 水 平 位 移模 型 试 验 测 试 的 主 要 项 目 有 竖 井 的 水 平 侧 向 位 移 、 沉 降 及 土 压 力 水 平 位 移 及 沉 降 用 百长 沙 铁 道 学 院 学 报 年分 表 量 测 模 拟 基 础 时 , 试 验 测 点 的 布 置 如 图 所 示竖 井 沉 降 变 形 的 灰 色 模 型 的 建 立由 于 建 筑 结 构 及 其 地 基 岩 土 质 结 构 的 复 杂 性 , 力 学 机制 的 不 清 晰 以 及 建 筑 区
12、 域 的 地 形 、 水 文 和 气 象 等 诸 多 因 素的 影 响 , 导 致 建 筑 物 或 构 筑 物 变 形 呈 现 为 多 种 因 素 综 合 作用 的 结 果 多 数 情 况 下 , 这 种 变 形 总 体 上 属 单 调 递 增 的 时 间序 列 , 呈 现 出 从 渐 变 到 突 变 的 发 展 过 程 , 这 种 变 形 系 统 可 称为 灰 色 系 统 本 文 所 述 的 竖 井 沉 降 变 形 亦 是 如 此 据 此 , 以模 型 试 验 量 测 的 数 据 为 基 础 , 建 立 灰 色 预 测 模 型 是 可 行 的数 据 处 理建 立 , 模 型 要 求 原 始
13、数 据 列 , , 为 光 滑 离 散 函 数 , 光 滑 离 散 函 数 的 主 要 条 件 是上 一一一 刁 下 一一一一一一一一一一一 甘甘甘甘甘甘甘甘甘已已 水 平 位 移 侧 点图 试 验 测 点 布 置 图 单 位 卜 , 日 。 卜 , 卜 。 时 , ,一 下 共 下 二 二 二 万 、 左 一 少艺 。 , 对 有 限 的 数 据 列 也 就 是 说 。 艺 。 , 是 的 递 减 函 数 而 工 程 上 的 大 部 分 监 测 数 据都 带 有 较 大 的 随 机 性 , 并 非 严 格 的 光 滑 离 散 函 数 如 果 不 对 监 测 数 据 进 行 必 要 且 适 当
14、 的 处 理 ,是 不 宜 采 用 , 模 型 建 模 因 此 , 我 们 可 以 用 开 次 方 对 量 测 的 数 据 进 行 变 换 , 提 高 离 散数 据 的 光 滑 度 一 般 可 取另 外 , 根 据 原 始 监 测 数 据 的 特 点 , 如 原 始 数 据 一 部 分 呈 递 增 趋 势 , 一 部 分 呈 递 减 趋 势 , 则可 对 原 始 数 据 分 段 , 递 增 部 分 为 一 段 , 递 减 部 分 为 另 一 段 , 对 各 段 分 别 建 立 灰 色 模 型 进 行 预 测这 样 较 整 组 数 据 建 一 个 模 型 , 预 测 精 度 会 大 大 提 高灰
15、 色 预 测 模 型 , 的 建 立对 等 时 间 序 列 原 始 监 测 数 据 , , , , 建 立 , 模 型 , 其 离 散 化 后 可得,、 、 ” , 一 一 一 十 一式 中 系 数 , 为 待 辨 识 参 数 , 可 用 最 小 二 乘 法 求 得对 上 式 进 行 一 次 累 减 还 原 , 即 可 得 到 预 测 值 “ ,六 , 工 一 对 已 量 测 到 的 数 据 建 立 , 模 型 , 若 有 新 的 监 测 数 据 , 则 将 新 数 据 添 入 数 据 列 , 同 时去 掉 一 些 老 的 数 据 对 比 预 测 精 度 找 出 等 维 新 息 模 型 的 最
16、 佳 维 数 最 后 用 最 佳 维 数 的 ,模 型 对 以 后 的 沉 降 进 行 预 测对 于 非 等 时 间 间 距 的 数 列 , 可 以 对 原 数 列 进 行 插 值 , 使 其 变 为 等 时 间 间 距 数列 , 再 按 照 上 述 的 方 法 建 模 预 测沉 降 灰 色 模 型 的 精 度 检 验第 期 陈 东 霞 等 沉 管 隧 道 竖 井 基 槽 开 挖 时 沉 降 的 灰 色 预 测本 文 采 用 后 验 差 检 验 法 对 模 型 的 精 度 进 行 检 验 具 体 计 算 方 法 在 一 般 关 于 灰 色 系 统 理 论的 书 中 都 有 详 尽 介 绍 ,
17、在 此 不 赘 述 根 据 后 验 差 比 值 和 小 误 差 概 率 , 可 将 模 型 预 测 精 度 分 为 以下 几 个 等 级表 模 型 精 度 等 级 划 分 表预 测 精 度 等 级 尸 小 误 差 概 率 后 验 差 比 值好合 格勉 强不 合 格 一 。 “竖 井 的 沉 降 变 形 及 预 测在 模 拟 开 挖 过 程 中 , 由 于 开 挖 侧 的 土 被 挖 掉 , 开 挖 侧 及 两 侧 壁 的 摩 阻 力 逐 渐 减 小 , 开 挖 侧的 土 压 力 也 逐 渐 消 失 , 导 致 作 用 在 基 底 的 应 力 逐 渐 增 大 , 所 以 , 沉 降 随 开 挖
18、深 度 的 增 加 而 增 加表 模 拟 , 基 础 时 , 各 测 点 在 不 同 时 段 内 , 竖 井 沉 降 实 测 值 与 预 测 值 比 较 表测 点时 间实 测 值预 测 值残 差相 对 误 差实 测 值预 测 值残 差相 对 误 差 八实 测 值预 测 值残 差相 对 误 差实 测 值预 测 值残 差相 对 误 差一一一一测 点一一一一测 点测 点一一一一一一一一测 点 、 、 、 沉 降 数 据 均 为 非 等 时 距序 列 本 文 采 用 插 值 法 将 其 变 为山 一 的 等 时 间 间 距 序 列 其 中 测 点 、取 维 进 行 建 模 预 测 测 点 、 中 前
19、个 数据 为 递 增 , 后 个 数 据 为 递 减 , 则 将 数 据 分两 段 分 别 建 模 预 测 将 表 中 模 型 灰 色 预 测值 与 实 际 量 测 值 相 比 较 , 最 小 残 差 为 。, 最 大 残 差 为 , 预 测 的 相 对 误差 在 以 内 根 据 后 验 差 检 验 , 小 误 差 概河 岸 侧开 挖 侧注 图 中 、 、 、 为 百 分 表 安 装 的 位 置图 沉 降 观 测 时 百 分 表 的 布 置 图率 一 , 后 验 差 比 值 , 关 联 度 , 固 模 型精 度 为 一 级模 拟 基 础 时 , 在 开 挖 至 设 计 标 高 后 , 竖 井
20、两 侧 总 沉 降 为 , 根 据 相 似 比 推 算 ,长 沙 铁 道 学 院 学 报 年 实 侧 值 , 侧 值胜蟋橄幽布时 间 时 间 丫图 测 点 的 沉 降 实 测 值 与 预 测 值 比 较 图 图 测 点 之 的 沉 降 实 测 值 与 预 测 值 比 较 图,二仙 睡沉胜匕帐目 , , , 二 “ 一 , 一 ,几惬订世蜷妆幽时 间 丫 心一 训图 测 点 的 沉 降 实 测 值 与 预 测 值 比 较 图 图 测 点 的 沉 降 实 测 值 与 预 测 值 比 较 图竖 井 原 型 将 产 生 的 沉 降 这 与 文 献 中 用 三 维 有 限 元 计 算 的 最 大 沉 降
21、 量 相近 , 并 与 其 它 类 似 工 程 的 相 应 量 值 相 当 , 故 用 模 型 试 验 指 导 实 际 施 工 具 有 一 定 的 可 行 性结 束 语竖 井 沉 降 的 大 小 受 到 各 种 因 素 的 影 响 前 面 已 述 , 其 内 涵 丰 富 因 此 , 灰 色 预 测 形 式 上 是单 因 素 预 测 , 实 际 上 考 虑 了 其 它 因 素 影 响 且 灰 色 理 论 建 模 较 用 概 率 统 计 方 法 分 析 处 理 监 测 数据 资 料 更 优 越 , 前 者 需 要 数 据 少 , 建 模 精 度 高 , 符 合 现 场 工 程 实 际 需 要 通
22、过 对 量 测 数 据 进 行 开次 开 方 、 分 段 等 处 理 , 按 最 佳 维 数 建 立 等 维 新 息 模 型 一 , 模 型 , 据 此 模 型 对 未 来 时 刻竖 井 沉 降 进 行 短 期 预 测 由 于 模 型 试 验 指 导 实 际 施 工 具 有 一 定 应 用 的 可 能 性 , 因 此 , 可 根 据 预测 值 大 小 , 采 取 相 应 的 防 治 措 施 , 进 行 信 息 施 工 , 控 制 竖 井 的 沉 降 变 形 , 确 保 竖 井 稳 定 , 防 止 由于 竖 井 的 沉 降 而 影 响 竖 井 和 沉 管 及 暗 埋 隧 道 连 接 , 以 至 对 隧 道 的 安 全 和 功 能 造 成 不 良 影 响参 考 文 献刘 志 勇 高 速 铁 路 水 底 沉 管 随 道 竖 井 工 程 变 形 沉 降 问 题 研 究 随 道 及 地 下 工 程 ,阮 波 沉 管 隧 道 竖 井 在 基 糟 开 挖 时 其 稳 定 性 的 试 验 研 究 硕 士 论 文 长 沙 长 沙 铁 道学 院 ,邓 聚 龙 灰 色 系 统 理 论 教 程 武 汉 华 中 理 工 大 学 出 版 社 ,于 德 江 灰 色 系 统 建 模 方 法 的 探 讨 系 统 工 程 , 一
