超大直径盾构隧道施工过程中地表沉降预测及控制研究.pdf

摘要

摘要

盾构隧道施工法凭借地面作业少、自动化程度高以及施工速度快等优点，

成为了隧道工程建设中强有力的工具。然而盾构隧道施工不可避免地会引发土

体变形和应力变化，尤其是大直径盾构掘进过程中对土体的剧烈扰动，极有可

能造成土体塌陷、临近管线破裂，以及周边建（构）筑物的不均匀沉降等诸多

不利影响。目前对于大直径盾构施工过程中地表沉降的发展规律、超前预测以

及沉降控制上的认识尚未清晰，有必要对此展开研究。

本文依托于深圳市在建超大直径盾构隧道工程——春风隧道，首先依据洞

身地层特性将本线路划分为六类典型地层，并以此为基础对隧道中轴线和隧道

横断面两方向上的监测点位数据进行分析，根据盾构机在各点位靠近、经过和

驶离的全过程地表沉降数据，揭示了大直径盾构施工过程中地表沉降的历时演

化规律及沉降影响范围。

在此基础上，以盾构掘进过程中的最大地表沉降值为目标，施工参数和地

质参数作为影响因素，利用随机森林、长短期记忆神经网络和门控循环单元神

经网络三种机器学习算法，构建多元输入、单一输出的非线性映射模型，实现

对最大地表沉降值的超前预测。三种模型预测结果显示门控循环单元算法预测

性能更好。因此，进一步发展了门控循环单元算法，实现了对地表沉降历时发

展规律的预测。

最后，基于门控循环单元算法构建了沉降实时预测模型，对春风隧道的最

大地表沉降值进行了实时预测，并成功预警触发沉降临界值的的三环点位，进

而提出具有针对性的地表沉降控制措施。最后基于沿线六类典型地层下各施工

参数的均值统计结果，提出大直径盾构施工过程中泥水舱压力、总推力和刀盘

转速三个驾驶参数的建议值。本研究实现了对超大直径盾构施工过程中地表沉

降的预测及控制分析，所得成果不仅可用于春风隧道后续施工的工程指导，也

可为今后同类型大直径盾构工程提供宝贵的参考资料。

关键词：盾构隧道；地表沉降；历时演化规律；机器学习；沉降控制

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Abstract

Abstract

Theshieldconstructionmethodhasbecomeapowerfultoolintunnel

constructionbyadvantagesoflessgroundwork,highdegreeofautomationandfast

constructionspeed.However,theconstructionofshieldtunnelwillinevitablylead

tosoildeformationandstresschanges,especiallytheseveredisturbancetosoilin

theprocessoflarge-diametershieldtunneling,whichmayleadtounevensettlement

ofsurroundingstructures,ruptureofnearbyburiedpipelinesandmanyother

adverseeffects.Atpresent,thepropagationlawofstratumdisturbance,advance

predictionandcontrolofsurfacesettlementintheprocessoflarge-diametershield

constructionhavenotbeenclearlyunderstood,soitisnecessarytocarryout

researchonthis.

ThispaperisbasedonChunfengtunnel,whichisunderconstructio