用于城市高密集区地铁运营期地面长期沉降的预警方法技术

本发明专利技术提供一种用于城市高密集区地铁运营期地面长期沉降的预警方法，目的是提供用于城市高密集区地铁运营期地面长期沉降的预警方法，该方法具有定量化、可操作性和实用性、代表性的特点，能从不同的角度全方位反映和监测地铁运营期地面长期沉降的优劣程度，实现了用尽量少的预警指标反映地铁运营期地面的长期沉降量。

Pre-warning method for long-term ground subsidence during metro operation in urban high-density areas

The present invention provides an early-warning method for long-term ground subsidence during metro operation in high-density urban areas. The purpose is to provide an early-warning method for long-term ground subsidence during metro operation in high-density urban areas. The method has the characteristics of quantification, operability, practicability and representativeness, and can reflect and monitor the advantages and disadvantages of long-term ground subsidence during metro operation from different angles. In this way, the long-term subsidence of the ground during the operation period of the Metro can be reflected with as few early warning indicators as possible.

【技术实现步骤摘要】
用于城市高密集区地铁运营期地面长期沉降的预警方法
本专利技术涉及一种地面长期沉降预警方法，适用于城市高密集区地铁运营引起的地面长期沉降预警，属城市隧道工程领域和城市地质灾害防治领域。
技术介绍
城市地铁是城市公共交通的主干线，客流量大，是城市的生命线工程，它的安全运营直接关系到乘客的人身安全和财产安全。截至2017年底，中国大陆地区共31个城市已开通地铁，运营线路总长度4407km，以运营地铁的城市分布看，将近90％的营运里程集中在京津冀、长三角和珠三角城市群中的城市高密集区。对上海打浦路越江隧道投入运营16a后的长期沉降进行研究显示，其长期沉降增量达到120mm，而日本大阪地铁4号线在施工结束500d后沉降值达到50mm，因此，地铁运营一段时间后，由于受列车振动荷载引起的地基土振陷、隧道建设期地基土未完成的固结变形、隧道邻近范围的密集建(构)筑物、隧道所处地层水位变化等因素的影响，会导致地面长期沉降。地面长期沉降的发生是一个比较缓慢的过程，但长时间的沉降累计会对地铁的正常运营和使用安全产生重大不良影响，如引起隧道渗漏水、隧道裂缝及损坏、危及邻近建(构)筑物、桩基和地下管线，以及严重影响轨道的平顺性，使轮轨系统的相互作用力增大，增大隧道结构的振动，影响贴近地铁隧道或其上方建筑物的振动和噪声，影响乘客的乘坐舒适度。城市高密集区地铁运营期的地面长期沉降预警，不同于城市低密度建筑区、城市郊区等区域。城市高密集区是整个城市的商业中心、金融贸易中心、娱乐中心、文化中心，是城市人流的汇集点，需监测的项目多，包括基坑主体结构、地铁沿线建(构)筑物、管线、桥梁等，而地铁呈线性走向分布的特点，决定其监测距离长，预警难度大。现有的地铁运营期地面沉降预警体系存在局限性，如对沉降的表征仅考虑累计沉降量、沉降速率等，不能体现地面长期沉降的三维分布，而我国地铁行业相关规范也缺乏明确的地面长期沉降分类分级预警指标体系，很难精确确定地铁运营区域地面长期沉降的变形影响范围，这些都给城市高密集区的地面沉降灾害防治带来一定的困难。因此，亟需一种定量化、系统化、智能化的预警技术以开展地铁运营期地面长期沉降预警研究，为城市高密集区地铁运营期地面长期沉降灾害防治与预警提供决策信息，有效防治城市地面长期沉降灾害。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术的目的是提供用于城市高密集区地铁运营期地面长期沉降的预警方法，该方法具有定量化、可操作性和实用性、代表性的特点，能从不同的角度全方位反映和监测地铁运营期地面长期沉降的优劣程度，实现了用尽量少的预警指标反映地铁运营期地面的长期沉降量。本专利技术的技术方案如下：一种用于城市高密集区地铁运营期地面长期沉降的预警方法，该方法包括以下步骤：首先，基于国内外地面长期沉降规范、专家调查、国内外地面长期沉降案例调查，进行城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警因素分析；第二，设计城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系构建原则；第三，城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系框架结构设计；第四，城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标数据采集，包括地面长期沉降定性指标采集、地面长期沉降定量指标采集；第五，基于国内外地面长期沉降规范、专家调查、国内外地面长期沉降案例等基础数据，采用指标采用率法，进行城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系初选、筛选；第六，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系，包括区域性地面沉降指标、地铁运营指标、工程扰动指标；第七，计算城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标权重；第八，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警分级标准；第九，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警模型；最后，开展城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警应用。所述，基于国内外地面长期沉降规范、专家调查、国内外地面长期沉降案例调查，进行城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警因素分析，归纳出城市高密集区地铁运营引起地面长期沉降的影响因素主要有：地铁运营荷载、隧道渗漏水、地表建筑物荷载、沿线地质条件、隧道施工扰动、城市区域性地面沉降。第二，设计城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系构建原则，主要包括：科学性、可操作性和实用性、定性与定量相结合、代表性和全面性，尽可能科学地反映评价目标的整体概况，使预警指标体系成为一个有机整体，尽可能用尽量少的预警指标反映地铁运营期地面的长期沉降量尽量从不同的角度全方位反映和量测地铁运营期地面长期沉降的优劣程度，不要出现指标遗落和偏差。第三，城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系框架结构设计，主要是利用层次递阶系统结构能解决复杂决策问题的能力，建立了城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系的递进层次结构模型，从而使之能清晰地反映城市高密集区地铁运营期地面长期沉降各相关预警因素的彼此关系。第四，城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标数据采集，包括地面长期沉降定性指标采集、地面长期沉降定量指标采集。地面长期沉降定性指标采集主要是采用现场调查和专家咨询法，针对定性指标的重要性等级进行预警评估，共分5级，其中：1代表非常重要(5分)，2代表比较重要(4分)，3代表一般重要(3分)，4代表不太重要(2分)，5代表很不重要(1分)。地面长期沉降定量指标采集主要是进行去量纲化处理，而不是直接用来进行预警。第五，基于国内外地面长期沉降规范、专家调查、国内外地面长期沉降案例等基础数据，采用指标采用率法，进行城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系初选、筛选。现有地铁运营引起地面长期沉降的影响因素主要有：地铁运营荷载、隧道渗漏水、地表建筑物荷载、沿线地质条件、隧道施工扰动、城市区域性地面沉降。现有研究都是单一研究这些影响因素对隧道地面长期沉降的影响，不能多维度精确反应城市高密集区地铁运营期地面长期沉降的量值，缺乏建立针对地铁运营期地面长期沉降的预警指标体系和预警体系。为全面、客观地预警地铁运营期地面长期沉降，基于以上6个影响因素，通过现场调研和问卷调查，认为要建立多维度精确反应城市高密集区地铁运营期地面长期沉降的预警指标体系，还必须从区域性地面沉降指标、地铁运营指标和工程扰动指标等三方面考虑，主要考虑最大地面沉降量、平均地面沉降量、最大长期沉降速率、地质条件、最大隧道沉降量、平均隧道沉降量、隧道渗漏水程度、地铁运营荷载、地表建筑物密集程度、邻近工程施工扰动程度、隧道施工扰动程度、地表建筑物荷载等12个指标。第六，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系，包括区域性地面沉降指标、地铁运营指标、工程扰动指标。该步骤主要采用现场调查和专家咨询法以及AHP法综合确定预警指标体系，步骤如下：(1)现场调查和专家咨询法基于现场调查和专家咨询法对初定的12个预警指标重要性等级进行评估，共分5级，其中：Ⅰ代表非常重要(5分)，Ⅱ代表比较重要(4分)，Ⅲ代表一般重要(3分)，Ⅳ代表不太重要(2分)，Ⅴ代表很不重要(1分)。根据初选的城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标采用率，当采用率为100％时，预警指标直接采用，如地质条件；当采用率小于30％时，预警指标不采用，如地铁运营荷载、地表建筑物荷载；其他采用率指标均需进行重要性等级评估。(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于城市高密集区地铁运营期地面长期沉降的预警方法，该方法包括以下步骤：首先，基于国内外地面长期沉降规范、专家调查、国内外地面长期沉降案例调查，进行城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警因素分析；第二，设计城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系构建原则；第三，城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系框架结构设计；第四，城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标数据采集，包括地面长期沉降定性指标采集、地面长期沉降定量指标采集；第五，基于国内外地面长期沉降规范、专家调查、国内外地面长期沉降案例等基础数据，采用指标采用率法，进行城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系初选、筛选；第六，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系，包括区域性地面沉降指标、地铁运营指标、工程扰动指标；第七，计算城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标权重；第八，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警分级标准；第九，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警模型；最后，开展城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警应用。

【技术特征摘要】
1.一种用于城市高密集区地铁运营期地面长期沉降的预警方法，该方法包括以下步骤：首先，基于国内外地面长期沉降规范、专家调查、国内外地面长期沉降案例调查，进行城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警因素分析；第二，设计城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系构建原则；第三，城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系框架结构设计；第四，城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标数据采集，包括地面长期沉降定性指标采集、地面长期沉降定量指标采集；第五，基于国内外地面长期沉降规范、专家调查、国内外地面长期沉降案例等基础数据，采用指标采用率法，进行城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系初选、筛选；第六，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系，包括区域性地面沉降指标、地铁运营指标、工程扰动指标；第七，计算城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标权重；第八，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警分级标准；第九，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警模型；最后，开展城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警应用。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，基于国内外地面长期沉降规范、专家调查、国内外地面长期沉降案例调查，进行城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警因素分析，归纳出城市高密集区地铁运营引起地面长期沉降的影响因素主要有：地铁运营荷载、隧道渗漏水、地表建筑物荷载、沿线地质条件、隧道施工扰动、城市区域性地面沉降。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二，设计城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系构建原则，主要包括：科学性、可操作性和实用性、定性与定量相结合、代表性和全面性，反映评价目标的整体概况，使预警指标体系成整体。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第三，城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系框架结构设计，利用层次递阶系统结构解决决策问题，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系的递进层次结构模型，从而反映城市高密集区地铁运营期地面长期沉降各相关预警因素的彼此关系。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第四，城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标数据采集，包括地面长期沉降定性指标采集、地面长期沉降定量指标采集；地面长期沉降定性指标采集主要是采用现场调查和专家咨询法，针对定性指标的重要性等级进行预警评估，共分5级，其中：1代表非常重要(5分)，2代表比较重要(4分)，3代表一般重要(3分)，4代表不太重要(2分)，5代表很不重要(1分)。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第五，基于国内外地面长期沉降规范、专家调查、国内外地面长期沉降案例基础数据，采用指标采用率法，进行城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系初选、筛选；现有地铁运营引起地面长期沉降的影响因素主要有：地铁运营荷载、隧道渗漏水、地表建筑物荷载、沿线地质条件、隧道施工扰动、城市区域性地面沉降。基于以上6个影响因素，通过现场调研和问卷调查，建立多维度精确反应城市高密集区地铁运营期地面长期沉降的预警指标体系，还必须从区域性地面沉降指标、地铁运营指标和工程扰动指标等三方面考虑，主要考虑最大地面沉降量、平均地面沉降量、最大长期沉降速率、地质条件、最大隧道沉降量、平均隧道沉降量、隧道渗漏水程度、地铁运营荷载、地表建筑物密集程度、邻近工程施工扰动程度、隧道施工扰动程度、地表建筑物荷载等12个指标。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第六，建立城市高密集区地铁运营期地面长期沉降预警指标体系，包括区域性地面沉降指标、地铁运营指标、工程扰动指标。该步骤主要采用现场调查和专家咨询法以及AHP法综合确定预警指标体系，步骤如下：(1)现场调查和专家咨询法基于现场调查和专家咨询法...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹宝平，罗战友，杨建辉，刘静娟，陶燕丽，陈永国，
申请(专利权)人：浙江科技学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33