5、隧道施工引起地表沉降的预测方法

隧道施工引起地表沉降的预测方法

1 引言

随着人口的快速增长和土地空间的有限性，对交通基础设施的需求日益增加，隧道建设成为解决交通问题的重要手段。隧道可以通过多种方法建造，如明挖法、沉管法、顶管法、钻爆法和机械化掘进法等。不同的隧道施工方法和地质条件会带来各种问题和挑战，尤其是在城市地区和人口密集区域进行隧道施工时，控制地表沉降是设计此类结构的关键因素，因为它会影响地表结构的完整性。

目前，确定地表沉降的常用方法可分为经验法、半经验法、数值统计法和机器学习法。其中，机器学习是一个新兴领域，具有较高的预测能力，但在行业中用于预测地表沉降的应用并不普遍。机器学习是一种计算算法的分支，旨在根据从周围环境学习到的数据来模拟人类智能。本文将讨论和比较现有的估算隧道引起地表沉降的技术，解释其优缺点，并为工程师提供未来评估地表沉降的建议。

2 隧道施工引起的沉降和体积损失

不同的隧道配置对地表沉降有不同的影响。早期隧道建设多为单隧道，随着技术的进步，双隧道在许多城市中越来越常见。下面将分别描述单隧道和双隧道对沉降的影响。

2.1 单隧道引起的地表沉降

Peck 是早期提出隧道引起地表横向沉降经验公式的研究者之一，该公式基于现场观察和对 Litwiniszyn 公式的简化，在行业中得到广泛应用。公式表明，地面损失是地表沉降的主要来源，地面损失与施工方法、土壤类型、地下水条件、隧道几何形状和深度有关。地表沉降模式可近似为高斯概率曲线，经验公式如下：
[S = S_{max}e^{-\frac{x^2}{2i^2}}]
其中，(S) 是横向截面在距离 (x) 处的地表沉降，(x) 是距隧道中心线的距离，(i) 是