地铁隧道施工对地表沉降影响的优化控制分析.pdf

第40卷第3期现代隧道技术Vol.40No.3

2003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
地表环境保护具有十分重要的意义。本文通过对城层加固部分};
Δ()———代表系统在施工工序时的输入
市地铁隧道工程施工中各种影响因素的综合分析,Fk:Fk
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
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模型
G(2,1)G(2,2)⋯G(2,N)
G(i,k)=(3)
通过极小化系统的总位能,可得系统的状态方┇┇┇┇
程[2,4]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
式中X(k)———代表系统在施工工序k时的状态;响应矩阵G3(i,k),而只能给出一个初步方案的响
G(k):G———代表系统在施工工序k时的方案应矩阵G0(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。
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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)=0
0
W(k-1)的反馈信息,来修正响应G(i,k),使之达G3(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<i<l
3
最优化(G(i,k)),因此,需要引入控制作用,即:ηi={μk︳μk:W(k-1)→G(i,k),k=1,⋯,N}

G3(i,k)=η[W(k-1),G(i,k)](4)
1<i<l3动态最优控制策略的制定
η={μ︳μ:W(k-1)→G(i,k),k=1,⋯,N}(5)
ikk地铁隧道工程的开挖过程是一个多阶段决策问
由输入作用ΔF(k)与G(k)的相关式(3),即可得到题,动态规划原理能够很好的解决这类优化控制问
输入作用在各阶段的系统状态为:题。设工程的一个初步设计方案为:{G0(1),G0
(2),⋯,G0(k),⋯,G0(N)},根据动态规划最优化
X(k)=X(k-1)+G(i,k)ΔF(k)(6)
原理,从最后一步开始对原施工方案进行优化。
在地铁隧道工程的施工过程中,常常贯穿着现
3.1方案设计阶段
场量测,对于系统输出,在任意时刻k常常无法获得
(1)最后一步