砂性地层盾构法施工对地表沉降的影响研究

论文摘要

根据沈阳地铁一号线的现场监测数据,研究沈阳地区盾构施工对地表沉降影响的规律。建立盾构施工流固耦合三维有限元模型,对地表纵向沉降,横向沉降以及孔隙水压力等做了分析。考虑地下水的渗流作用对地面沉降的影响,对单隧道,双隧道两种情况进行了数值计算。对卡尔曼滤波原理进行分析,总结和推导出自适应卡尔曼滤波的估计方程,并给出自适应卡尔曼滤波的计算步骤。用Matlab软件编制自使用卡尔曼滤波数据处理程序,对自适应Kalman滤波数据处理结果进行验证。根据卡尔曼滤波的特点建立自适应卡尔曼滤波模型,对现场监测数据进行分析。运用软件模拟地铁盾构施工工程的可行性,对地铁盾构施工对地表沉降的影响的的程度进行了分析。基于Peck公式对实测数据进行回归分析并拟合出地表实测沉降曲线,得到地表最大沉降量Smax、和地表沉降槽宽度系数i是Peck公式的两个未知参数参考值。结果表明有限元法和卡尔曼滤波预测法都能适用盾构隧道的横向地表沉降,位移变化趋势基本一致,卡尔曼滤波可较好地用来处理动态变形监测数据,并具有较高的预测精度。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状综述
• 1.2.1 理论计算法
• 1.2.2 模型试验法
• 1.2.3 现场监控数据处理法
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 Kalman滤波模型
• 2.1 离散型卡尔曼滤波
• 2.1.1 离散型卡尔曼滤波基本方程
• 2.1.2 离散型卡尔曼滤波基本方程的使用要点
• 2.1.3 白噪声条件下离散卡尔曼滤波的一般形式
• 2.2 连续型卡尔曼滤波
• 2.3 卡尔曼滤波误差分析
• 2.4 卡尔曼滤波系统的稳定性分析
• 2.4.1 卡尔曼滤波稳定充分条件一
• 2.4.2 滤波稳定充分条件二
• 2.4.3 滤波稳定充分条件三
• 2.5 自适应卡尔曼滤波在动态变形监测数据分析中的程序设计与实现
• 2.5.1 量测数据的相关函数
• 2.5.2 求取最佳稳态增益阵
• 2.5.3 根据平稳序列估计出自相关函数序列
• 2.5.4 输出相关法自适应滤波方程
• 2.6 自适应卡尔曼滤波在动态数据处理中的应用
• 2.6.1 自适应滤波初值的确定
• 2.6.2 自适应卡尔曼滤波的实施步骤
• 2.6.3 自适应卡尔曼滤波仿真程序流程图
• 2.6.4 卡尔曼滤波Matlab程序实现
• 2.7 本章小节
• 第3章 盾构法隧道现场监测研究
• 3.1 工程概况
• 3.2 工程地质和水文地质概况
• 3.3 周边环境
• 3.4 地表沉降监测方案
• 3.5 监测结果分析
• 3.5.1 监测断面的选取及测点布置
• 3.5.2 沈阳地铁区间隧道盾构工程部分监测数据
• 3.5.3 沈阳地铁区间隧道盾构工程横向监测数据分析
• 3.5.4 沈阳地铁区间隧道盾构工程是纵向监测数据分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 盾构隧道开挖有限元模拟
• 4.1 盾构法施工过程流固耦合有限元数值模型的建立
• 4.1.1 盾构法隧道基本原理和特点
• 4.1.2 数值模拟计算模型
• 4.2 盾构隧道开挖过程三维数值模拟
• 4.3 流固耦合模拟结果分析
• 4.3.1 单圆隧道
• 4.3.2 双圆隧道
• 4.4 本章小结
• 第5章 地表沉降综合分析
• 5.1 横向地表沉降规律
• 5.1.1 横向地表沉降规律对比研究
• 5.1.2 横向断面沉降预测Peck公式分析
• 5.2 纵向盾构推进历程沉降规律对比研究
• 5.3 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介