地铁隧道施工对地表沉降影响的优化控制分析.pdf

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1、第40卷第3期现代隧道技术Vol.40No.32003年6月ModernTunnellingTechnologyJun.2003文章编号:1009-6582(2003)03-0042-05地铁隧道施工对地表沉降影响的优化控制分析吴　波　高　波　蒋正华　　　　仝学让　周振强　　　　(西南交通大学土木工程学院地下工程系,成都610031)(中铁四局集团,合肥230023)摘　要　基于控制理论,建立了城市地铁隧道工程地表沉降的理论控制模型;结合动态规划原理,提出了城市地铁隧道工程地表沉降动态最优控制策略制定程序。文章对深圳地铁大剧院站～科学馆站区间

2、三连拱隧道工程地表沉降的控制问题进行了理论探索,取得一些有意义的成果,为该工程的顺利实施提供了重要的依据并具有一定的指导作用。关键词　地铁隧道　地表沉降　三连拱隧道　动态优化控制中图分类号:U455;P642.26文献标识码:A响应,即单位作用下的变形,反映系统的能控性;1　引　言G———系统的响应空间,G={取决于系统发生在人口密集、建筑设施密布的城市中进行地铁环境e的性态,即围岩的性态、地下结构的空间形工程施工,由于岩土开挖不可避免地产生对岩土体态、支护体系设计、地层加固状态等};的扰动并引起洞室周围地表发生位移和变形,当位e=hUg移和

3、变形超过一定的限度时,势必危及周围地面建h———代表围岩,h={在地铁隧道工程施工过筑设施、道路和地下管线的安全。因此,研究城市地程中产生应力及应变重分布的所有地层};铁工程开挖过程中地表沉降的有效控制问题,对于g———代表结构,g={地下人工构筑物,包括地层加固部分};地表环境保护具有十分重要的意义。本文通过对城ΔF(k):F———代表系统在施工工序k时的输入市地铁隧道工程施工中各种影响因素的综合分析,作用变化。运用系统论的方法,结合动态规划原理,建立了城市对于实现相同功能的地下结构,可能有l个施地铁工程环境目标的理论体系,提出了城市地下工

4、工方案,l个施工方案对应着l个方案响应,记为:程施工动态最优控制策略的制定方法。最后,对深圳地铁大剧院站～科学馆站区间隧道工程施工时的G(1,k),G(2,k),⋯,G(l,k)(2)地表沉降影响问题进行了理论分析,取得了一些有针对一个具体的地铁隧道工程,在施工设计中益的成果。可以利用计算机仿真手段,用数值方法模拟各施工2地铁隧道工程地表沉降影响的系统阶段k=1,⋯,N时不同施工方案的方案响应:G(1,控制模型1),G(2,2),⋯,G(l,N),从而构成方案响应矩阵G(1,1)G(1,2)⋯G(1,N)2.1　地铁隧道工程地表沉降影响的状态

5、模型G(2,1)G(2,2)⋯G(2,N)通过极小化系统的总位能,可得系统的状态方G(i,k)=(3)　┇┇┇　　┇[2,4]程为:G(l,1)G(l,2)⋯G(l,N)X(k)=X(k-1)+G(k)ΔF(k)(1)一般情况下,无法一开始就得到一组最优方案3(i,k),而只能给出一个初步方案的响式中　X(k)———代表系统在施工工序k时的状态;响应矩阵G0G(k):G———代表系统在施工工序k时的方案应矩阵G(i,k)。但是在施工进行到第k步工序时,收稿日期:2003-01-13作者简介:吴　波,男,博士研究生。·42·©1995-2005

6、TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.地铁隧道施工对地表沉降影响的优化控制分析通过修改初步方案,即利用k-1时刻的系统输出W(0)=0W(k-1)的反馈信息,来修正响应G0(i,k),使之达3G(i,k)=η[W(k-1),G(i,k)](13)到预定的环境目标,以实现方案响应矩阵(G(i,k))的1

7、G1

8、对于系统输出,在任意时刻k常常无法获得(1)最后一步系统的全部状态,只可得到系统的部分输出。系统[3]设εN为最终可以接受的环境目标限定值,一般的输出方程可表示为: