一种实现不同沉降分布保证率的地铁隧道沉降槽生成方法技术

本发明专利技术属于土木工程技术领域，用于地铁暗挖或盾构隧道引起的地表沉降槽曲线的生成和预测。主要包括沉降槽曲线生成；沉降槽包络线生成和沉降预测参数计算三部分，具体为获取各个监测点距隧道中线的距离，以及监测点的沉降值；计算回归沉降槽曲线；给定监测点的包络比例，以回归沉降槽曲线为基础，进行调整得到最大包络线和最小包络线；给定隧道直径和埋深，计算3条曲线的最大沉降槽系数、最小沉降槽系数、回归沉降槽系数、最大面积损失率、最小面积损失率、回归面积损失率。本发明专利技术以实际的监测数据为基础，考虑沉降的概率分布，形成暗挖或盾构隧道引起地表沉降的分布规律和分布范围，形成分布范围的预测参数，具有实用性强，使用方便，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利属于土木工程
，用于地铁隧道施工中引起地表沉降的沉降槽生成。
技术介绍
随着轨道交通建设的发展，其暗挖或盾构施工引起的地表沉降一直为工程界所关注，而目前工程师对地表沉降的预测大多建立在实践经验的基础上，而缺乏系统性和传承性。通过理论或数值模拟(无论是有限元、有限差分还是离散元)，仅能反映出沉降分布范围和分布规律，对数量上的难以预测，参数调整离散度较大，最终还是归结于经验判断。由于岩土工程的复杂性(土体分布不均、城市道路路面结构的影响、地下水的不确定性、环境条件复杂、施工方法各异、施工队伍参差不齐)，通过理论分析、精确预测地表沉降值难度较大。因此，通过对大量实测数据的回归分析，拟合预测公式和曲线分布，就成为预测地铁暗挖或盾构施工引起地表沉降的实用方法。但目前该方法具体实施步骤较为繁琐，实用性不高，无法向工程技术人员推广，且得到的曲线仅为一条，无法真实反映现场实际情况。
技术实现思路
本专利技术专利的目的在于提供一种使用方便，易于操作且经过修正并考虑沉降分布保证率的地铁隧道沉降槽曲线生成方法来解决上述缺点。具体技术方案如下：一、沉降槽曲线生成(1)设定监测点，并获取各个监测点距隧道中线的距离x，以及监测点的沉降值y。(2)对实测数据(x,y)进行回归分析，回归公式为得到常数项并得到曲线公式y=Smaxexp(-x22i2),]]>其中最大沉降值Smax=exp(a‾),]]>沉降槽宽度i=1/(b‾)0.5;]]>沉降槽曲线的实现原理如下：Peck认为在不排水条件下，隧道开挖所形成的地表沉降槽的体积应等于地层损失的体积，并假定地层损失在整个隧道长度上均匀分布，隧道施工所产生的地表沉降横向分布近似为正态分布，并借鉴采矿学中由矿产开采引起地面沉降位移的估算方法，提出了如下预测公式：y=Smaxexp(-x22i2)]]>式中：y-隧道两侧横向上距隧道中心x距离处的地面沉降；x-隧道两侧横向上距隧道中心的距离；Smax-地表最大沉降；i-曲线反弯点距隧道中心距离。曲线示意图见图1。为了能够有效利用实测数据，并保证拟合分析的有效性，以Peck公式为基础，对其进行线性回归，因为Peck公式为非线性函数，首先对其线性转化。对公式(1)两边取对数，得到公式(2)：y=Smaxexp(-x22i2)---(1)]]>lny=lnSmax-x22i2---(2)]]>此时，以ln y和为回归变量进行分析，其中ln Smax为回归常数项，以为回归的线性系数。回归后的公式为由回归得到的参数反求Smax和i，即Smax=exp(a‾),i=1/(b‾)0.5]]>从而返回到(1)式即可得到回归后的Peck曲线。二、沉降槽包络曲线的生成由于沉降槽回归曲线仅为一条曲线，在实际应用中仅能反应暗挖或盾构隧道施工引起地表沉降的分布规律，无法从量上反应地表沉降的实际情况。而实际施工过程中，技术人员更关心的是暗挖隧道开挖引起地表沉降的数值。由于土层条件的复杂性，精确给出沉降预测量比较困难，但可以通过以实际监测结果为基础，在沉降分布规律(沉降槽回归曲线)的基础上进行调整，通过包络比例，即考虑沉降的概率分布，即可预测出地表沉降发生的范围。(3)计算初始最大包络曲线和初始最小包络曲线y2=αminSmaxexp(-x22i2),]]>其中αmax=ymaxSmax,αmin=yminSmax,]]>ymax和ymin分别为隧道中心线上方，即x＝0处的监测点沉降值的最大实测值和最小实测值。(4)计算最大包络曲线和最小包络曲线其中βmin、βmax的计算方法如下：βmin、βmax的初值均为1，对监测点进行遍历，将每一个监测点距隧道中线的距离测量值分别带入初始最大包络曲线和初始最小包络曲线，分别得到两个沉降值y′、y″，如果监测点测得的沉降值在y′、y″之间，则该监测点记录为包络点，且βmax值不变；否则，如果监测点测得的沉降值不在y′、y″之间，则将最大包络线沉降槽宽度βmax增加0.01，同时最小包络线沉降槽宽度βmin减小0.01；监测点遍历结束后，计算所有包络点占监测点数量的比例，如果大于或者等于给定的包络比例，则停止迭代，得到本次迭代βmin、βmax的输出值；否则重新迭代。下一次迭代开始时的βmin、βmax均为上次迭代βmin、βmax的输出值。最终形成曲线图如附图2所示。三、沉降预测参数的计算(5)设定暗挖隧道的隧道埋深H，隧道直径D以及实测沉降数据的包络比例；(6)计算曲线的回归沉降槽系数k和回归面积损失率V，计算公式为：和i＝kH，其中D为步骤(5)设定的隧道直径，H为步骤(5)设定的隧道埋深；计算最大包络曲线的最大沉降槽系数k1和最大面积损失率V1，计算公式为：βmaxi＝k1H；计算最小包络曲线的最小沉降槽系数k2、最小面积损失率V2，计算公式为：βmini＝k2H；(7)通过回归沉降槽系数k、回归面积损失率V、最大沉降槽系数k1、最小沉降槽系数k2、最大面积损失率V1、最小面积损失率V2即可对地铁暗挖隧道产生的地表沉降做出初步的预测和评价。有益效果：本专利技术专利以实际的监测数据为基础形成暗挖隧道引起地表沉降的分布规律和分布范围，形成分布范围的预测参数，具有实用性强，使用方便的特点，可望获得应用推广。附图说明：图1Peck曲线示意图图2回归曲线、修正后最大包络线和最小包络线图图3本专利技术流程图图4监测点数值提取图具体实施例具体方法包括以下步骤，流程图见图3：(1)提取监测点，并获取各个监测点距隧道中线的距离x，以及监测点的沉降值y，如图4所示；(2)设定暗挖隧道的隧道埋深H，隧道直径D以及实测沉降数据的包络比例；(3)对实测数据(x,y)进行回归分析，回归公式为得到常数项并得到曲线公式y=Smaxexp(-x22i2),]]>其中最大沉降值Smax=exp(a‾),]]>沉降槽宽度i=1/(b‾)0.5;]]>(4)计算初始最大包络曲线和初始最小包络曲线y2=αminSmaxexp(-x22i2),]]>其中αmax=ymaxSmax,αmin=yminSmax,]]>ymax和ymin分别为隧道中心线上方，即x＝0处的监测点沉降值的最大实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现不同沉降分布保证率的地铁隧道沉降槽生成方法，其特征在于包括以下步骤：(1)设定监测点，并获取各个监测点距隧道中线的距离x，以及监测点的沉降值y；(2)设定暗挖隧道的隧道埋深H，隧道直径D以及实测沉降数据的包络比例；(3)对实测数据(x,y)进行回归分析，回归公式为得到常数项并得到曲线公式y=Smaxexp(-x22i2),]]>其中最大沉降值Smax=exp(a‾),]]>沉降槽宽度i=1/(b‾)0.5;]]>(4)计算初始最大包络曲线和初始最小包络曲线y2=αminSmaxexp(-x22i2),]]>其中αmax=ymaxSmax,αmin=yminSmax,]]>ymax和ymin分别为隧道中心线上方，即x＝0处的监测点沉降值的最大实测值和最小实测值；(5)计算最大包络曲线和最小包络曲线其中最小包络线沉降槽宽度βmin、最大包络线沉降槽宽度βmax的计算方法如下：βmin、βmax的初值均为1，对监测点进行遍历，将每一个监测点距隧道中线的距离测量值分别带入初始最大包络曲线和初始最小包络曲线，分别得到两个沉降值y'、y″，如果监测点测得的沉降值在y′、y″之间，则该监测点记录为包络点，且βmin、βmax值不变；否则，如果监测点测得的沉降值不在y'、y″之间，则更新βmin、βmax，即将最大包络线沉降槽宽度βmax增加0.01，同时最小包络线沉降槽宽度βmin减小0.01；监测点遍历结束后，计算所有包络点占监测点数量的比例，如果大于或者等于给定的包络比例，则停止迭代，得到βmin、βmax，否则重新迭代；(6)计算曲线的回归沉降槽系数k和回归面积损失率V，计算公式为：和i＝kH，其中D为步骤(2)设定的隧道直径，H为步骤(2)设定的隧道埋深；计算最大包络曲线的最大沉降槽系数k1和最大面积损失率V1，计算公式为：βmaxi＝k1H；计算最小包络曲线的最小沉降槽系数k2、最小面积损失率V2，计算公式为：βmini＝k2H；(7)通过回归沉降槽系数k、回归面积损失率V、最大沉降槽系数k1、最小沉降槽系数k2、最大面积损失率V1、最小面积损失率V2即可对地铁暗挖隧道产生的地表沉降做出初步的预测和评价。...

【技术特征摘要】
1.一种实现不同沉降分布保证率的地铁隧道沉降槽生成方法，其特征在于包
括以下步骤：
(1)设定监测点，并获取各个监测点距隧道中线的距离x，以及监测点的沉
降值y；
(2)设定暗挖隧道的隧道埋深H，隧道直径D以及实测沉降数据的包络比例；
(3)对实测数据(x,y)进行回归分析，回归公式为得到常数
项并得到曲线公式y=Smaxexp(-x22i2),]]>其中最大沉降值Smax=exp(a‾),]]>沉
降槽宽度i=1/(b‾)0.5;]]>(4)计算初始最大包络曲线和初始最小包络曲线
y2=αminSmaxexp(-x22i2),]]>其中αmax=ymaxSmax,αmin=yminSmax,]]>ymax和ymin分别为隧道中心
线上方，即x＝0处的监测点沉降值的最大实测值和最小实测值；
(5)计算最大包络曲线和最小包络曲线
其中最小包络线沉降槽宽度βmin、最大包络线沉降槽
宽度βmax的计算方法如下：βmin、βmax的初值均为1，对监测点进行遍历，将每
一个监测点距隧道中线的距离测量值分别带入初始最大包络...

【专利技术属性】
技术研发人员：张晋勋，金淮，张建全，刘永勤，张建旭，邱德隆，罗华丽，张波，梅图术，马骉，周明科，孟涛，
申请(专利权)人：北京城建集团有限责任公司，北京城建勘测设计研究院有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11