6、隧道开挖引起地表沉降预测的经验、统计与机器学习技术

隧道开挖引起地表沉降预测的经验、统计与机器学习技术

1. 实验室研究

实验室测试是确定隧道开挖引起地表沉降的方法之一。模拟实际现场隧道开挖需要使用离心机实验室模型，泰勒曾描述过岩土离心机缩尺定律。野本等人使用新开发的直径 100 毫米盾构隧道进行离心机模型试验，模拟干砂中的隧道开挖过程。他们进行了三种类型的隧道施工试验：
- 埋管试验 ：测量衬砌应力。
- 尾隙试验 ：模拟尾隙形成过程。
- 盾构试验 ：构建完整的盾构施工过程。

基于这些试验，发现实验室结果与之前相关的现场数据接近，且该结果可应用于实际隧道设计问题。他们还提出了横向和纵向沉降的方程，横向沉降方程为：
$S_v(x) = S_m \cdot e^{-\alpha \cdot x^2}$
其中，$S_m$ 是隧道正上方的平均沉降，$\alpha$ 是每次试验中施工的系数，可表示为：
$\alpha = \beta \cdot (\frac{C}{D})^{-\gamma}$
这里，$\beta$ 和 $\gamma$ 是实验室测试常数。

除了砂土材料，亨特曾对重度超固结黏土样本进行离心机隧道试验，但该研究未得出明确结论。黏土实验室建模困难的原因包括样本制备耗时且劳动强度大。

迪瓦尔对单隧道和双隧道都进行了离心机试验。对于单隧道，他采用空气和水支撑两种方法，发现单隧道离心机模型试验结果能拟合高斯曲线。对于双隧道（并排类型），第二条隧道的体积损失相较于第一条隧道持续增加，这与梅尔和泰勒的研究结果相似。不过，实验室测试确定