倪健 陳甦 王彬 周丹 陳潔瑤

摘要：

軟土地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道在運(yùn)營(yíng)期間會(huì)產(chǎn)生一定的長(zhǎng)期沉降，過(guò)大的長(zhǎng)期沉降將對(duì)地鐵的正常運(yùn)營(yíng)和安全使用產(chǎn)生不利的影響。為了分析、解決長(zhǎng)期沉降帶來(lái)的地鐵列車運(yùn)營(yíng)安全問(wèn)題，準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)盾構(gòu)隧道長(zhǎng)期沉降顯得尤為重要。本文結(jié)合蘇州地鐵一號(hào)線的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，從中選取4個(gè)相鄰的隧道沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并借助Matlab工具建立灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型和灰色預(yù)測(cè)模型，分別對(duì)蘇州地鐵一號(hào)線盾構(gòu)隧道的長(zhǎng)期沉降進(jìn)行了預(yù)測(cè)分析。結(jié)果表明，灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型的平均擬合精度為0.44，比灰色模型的擬合精度高，且其預(yù)測(cè)結(jié)果更接近于沉降實(shí)測(cè)值?；疑P(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型整體性強(qiáng)，可用于預(yù)測(cè)盾構(gòu)隧道的長(zhǎng)期沉降，為深入研究蘇州及其它地區(qū)地鐵盾構(gòu)隧道長(zhǎng)期沉降預(yù)測(cè)方法提供了重要的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：

地鐵盾構(gòu)隧道；長(zhǎng)期沉降；灰色關(guān)聯(lián)模型；灰色模型

中圖分類號(hào)：TU 196.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1001-005X（2018）01-0071-04

Abstract：

Metro shield tunnel in soft soil area will have a certain longterm settlement during operation.The excessive longterm settlement will have a negative impact on the normal operation and safe use of the subway.In order to analyze and solve the problem of metro train operation safety caused by longterm settlement，it is very important to predict the longterm settlement of shield tunnel accurately.Based on the measured data of Suzhou Metro Line 1，4 adjacent tunnel settlement monitoring points are selected in this paper.With the help of Matlab，grey correlative model and grey model are established respectively to forecast and analyze the longterm settlement of Suzhou Metro Line 1.The results show that the average fitting precision of gray correlative model is 0.44，which is more precise than gray model.And its predicted results are more close to the measured values of the settlement.Due to its advantages of good integrity，gray correlative model can be used to predict the longterm settlement of shield tunnel.This article aims to provide important reference for further studying the longterm settlement of metro shield tunnel in Suzhou and other regions.

Keywords：

Metro shield tunnel；longterm settlement；gray correlative model；gray model

0引言

任何建（構(gòu)）筑物在施工及使用過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生沉降，使用過(guò)程中發(fā)生的沉降也稱工后或長(zhǎng)期沉降。過(guò)大的長(zhǎng)期沉降可能會(huì)影響建（構(gòu)）筑物的正常使用甚至危及其安全性。諸多學(xué)者發(fā)現(xiàn)，地鐵盾構(gòu)隧道在運(yùn)營(yíng)期間也會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期沉降，特別是置于軟土中的地鐵盾構(gòu)隧道，其長(zhǎng)期沉降量可占到總沉降量的30%～90%[1-6]。當(dāng)盾構(gòu)隧道存在過(guò)大的沉降或者縱向變形曲率（也即不均勻沉降）達(dá)到一定量值時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致環(huán)縫張開過(guò)大從而引起漏水漏泥現(xiàn)象，或是管片受拉破壞，引起地鐵軌道產(chǎn)生扭曲變形，影響列車運(yùn)營(yíng)時(shí)的舒適性和安全性。準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)盾構(gòu)隧道長(zhǎng)期沉降，可為分析、解決其帶來(lái)的地鐵列車運(yùn)營(yíng)安全問(wèn)題提供重要依據(jù)，因此如何選用適當(dāng)模型從而準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)盾構(gòu)隧道長(zhǎng)期沉降，已成為當(dāng)前重要的研究課題?，F(xiàn)有的長(zhǎng)期沉降預(yù)測(cè)模型種類較多，其中大多數(shù)模型都局限于單點(diǎn)時(shí)間序列的建模與預(yù)測(cè)[7]，而實(shí)際工程中，建（構(gòu)）筑物地基各點(diǎn)的沉降變形不是孤立的，它們之間相互影響、相互關(guān)聯(lián)，單點(diǎn)的處理方法沒(méi)有充分利用沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)間相互關(guān)聯(lián)的信息，不足以反映變形體的整體變形趨勢(shì)和規(guī)律[8-14]。因此，本文在灰色理論的基礎(chǔ)上建立灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型，并結(jié)合蘇州地鐵一號(hào)線的沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證該模型預(yù)測(cè)盾構(gòu)隧道長(zhǎng)期沉降的可行性與合理性。

1灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型

灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型是一種多因素分析方法，其基本原理是通過(guò)對(duì)統(tǒng)計(jì)序列幾何關(guān)系的比較來(lái)分清系統(tǒng)中多因素的關(guān)系的緊密程度，序列曲線的幾何形狀越接近，則它們之間的灰關(guān)聯(lián)度就越大，反之越小[15]?；疑P(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型既保持了灰色模型利用較少數(shù)據(jù)即可預(yù)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，又充分考慮了不同監(jiān)測(cè)點(diǎn)之間的相關(guān)性。

2應(yīng)用實(shí)例

本文以蘇州地鐵一號(hào)線的沉降數(shù)據(jù)為依據(jù)，從中選取鄰近的4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（Y922、Y923、Y926、Y927），共8次（2012年4月～2017年1月）沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模和預(yù)測(cè)。為了驗(yàn)證灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型的可行性，本文利用前7次沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，并用第8次沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)預(yù)測(cè)結(jié)果的正確性。本文借助MATLAB工具，分別建立灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型和灰色預(yù)測(cè)模型進(jìn)行盾構(gòu)隧道長(zhǎng)期沉降預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)結(jié)果見表1，如圖1所示。根據(jù)表1中殘差序列并結(jié)合公式（8）計(jì)算出兩種模型的平均擬合精度，見表2。

由表1～表2和圖1可以看出，灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型的平均擬合精度為0.44，而灰色模型的平均擬合精度則為1.44，因此灰色關(guān)聯(lián)模型比灰色模型擬合的精度更高，灰色關(guān)聯(lián)模型曲線比灰色模型曲線更加接近原始數(shù)據(jù)；灰色模型曲線對(duì)前期實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的擬合尚具有一定的精度，但是對(duì)后期的擬合與預(yù)測(cè)結(jié)果已經(jīng)偏離了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)精度下降很快，這也符合灰色模型適用于短期預(yù)測(cè)的特點(diǎn)[18-20]；相比于灰色模型，灰色關(guān)聯(lián)模型無(wú)論是擬合值還是預(yù)測(cè)值都更加接近于實(shí)測(cè)值，表明灰色關(guān)聯(lián)模型由于考慮了隧道相鄰沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)內(nèi)在的相互制約與相互影響等因素，使得預(yù)測(cè)結(jié)果更接近于其沉降變形的實(shí)際值，在預(yù)測(cè)時(shí)能保持較高的精度；采用灰色關(guān)聯(lián)模型，結(jié)合MATLAB工具，可較為準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)地鐵盾構(gòu)隧道的長(zhǎng)期沉降。

3結(jié)束語(yǔ)

（1）地鐵盾構(gòu)隧道運(yùn)營(yíng)期間的長(zhǎng)期沉降將引起道床和隧道管片的開裂以及隧道和車站的滲漏水等問(wèn)題，從而影響隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和列車運(yùn)行安全性。因此，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)盾構(gòu)隧道長(zhǎng)期沉降十分重要。

（2）本文基于灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型，并結(jié)合蘇州地鐵一號(hào)線沉降實(shí)測(cè)資料，計(jì)算分析了模型的預(yù)測(cè)值，同時(shí)與灰色模型預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，驗(yàn)證了灰色關(guān)聯(lián)模型的合理性和可行性。

（3）灰色關(guān)聯(lián)預(yù)測(cè)模型建模方法簡(jiǎn)單，整體性強(qiáng)，可避免單點(diǎn)建模的不足和提高預(yù)測(cè)精度，適用于蘇州地區(qū)地質(zhì)條件下的盾構(gòu)隧道長(zhǎng)期沉降預(yù)測(cè)。

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