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北京市隧道下穿施工引起城市路面沉降的影响规律回归分析

伍毅敏 刘延安 王恒 韩大有 陈子凡 王超

伍毅敏, 刘延安, 王恒, 韩大有, 陈子凡, 王超. 北京市隧道下穿施工引起城市路面沉降的影响规律回归分析[J]. 交通运输工程学报, 2022, 22(2): 176-186. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2022.02.013
引用本文: 伍毅敏, 刘延安, 王恒, 韩大有, 陈子凡, 王超. 北京市隧道下穿施工引起城市路面沉降的影响规律回归分析[J]. 交通运输工程学报, 2022, 22(2): 176-186. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2022.02.013
WU Yi-min, LIU Yan-an, WANG Heng, HAN Da-you, CHEN Zi-fan, WANG Chao. Regression analysis of influence law of urban pavement settlement caused by underpass tunnel construction in Beijing[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2022, 22(2): 176-186. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2022.02.013
Citation: WU Yi-min, LIU Yan-an, WANG Heng, HAN Da-you, CHEN Zi-fan, WANG Chao. Regression analysis of influence law of urban pavement settlement caused by underpass tunnel construction in Beijing[J]. Journal of Traffic and Transportation Engineering, 2022, 22(2): 176-186. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2022.02.013

北京市隧道下穿施工引起城市路面沉降的影响规律回归分析

doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2022.02.013
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51978668

详细信息
    作者简介:

    伍毅敏(1980-),男,江西赣州人,中南大学副教授,工学博士,从事隧道智能建养研究

    通讯作者:

    刘延安(1980-),男,山东济宁人,北京市交通委员会三级主任科员,管理学硕士

  • 中图分类号: U455.43

Regression analysis of influence law of urban pavement settlement caused by underpass tunnel construction in Beijing

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 51978668

More Information
  • 摘要: 以朝阳区某热力工程顶管隧道引起路面沉降问题为例,对比分析了现场实测值与仅考虑自然因素的理论计算值;以北京市279个隧道下穿道路工程为样本,应用Stata 14.0统计软件对影响路面沉降的4项设计因素、3项施工因素和9项人为因素开展了多元回归分析,并采用替换施工方法、增减解释变量的方法验证了回归分析的稳健性,获得了各因素影响路面沉降的弹性系数、标准误及置信等级。研究结果表明:实际工程路面沉降的实测值与理论计算值相差很大,与路面是否有移动荷载、隧道上覆土体厚度等相关,最大可达3.75倍;在自然因素中,地层条件、施工方法、路面移动荷载和隧道直径的影响显著,影响程度依次降低;在人为因素中,监理旁站的影响极为显著,而施工人员工作年限、是否有技术交底等也有明显影响;在采用非开挖技术施工下穿道路工程时,不仅要通过减少人工顶管、加快施工速度、加强同步注浆来减小路面沉降,还应当高度重视施工方法与工艺、人员组织、过程监管。研究结果可为隧道下穿城市道路施工的技术管理、安全评估和行政审批提供参考。

     

  • 图  1  隧道与道路平面关系位置

    Figure  1.  Location of plane relationship between tunnel and road

    图  2  数值分析模型

    Figure  2.  Numerical analysis model

    图  3  路面沉降对比分析

    Figure  3.  Comparative analysis of pavement settlements

    图  4  实测值与计算值对比

    Figure  4.  Comparison between monitored and calculated values

    表  1  设计工况

    Table  1.   Design conditions

    工况编号 作业井号 区段长度/m 覆土深度/m 移动荷载/kPa
    1 1#→2# 100 10.5 0
    2 2#←3# 130 10.0
    3 3#→4# 169 9.5
    4 4#←5# 69 9.0
    5 5#→6# 20 9.0 5.0(辅道荷载)
    6 6#←7# 30 9.0 22.5(城-A车辆荷载)
    7 7#→8# 166 8.7
    8 8#←9# 156 8.4
    9 9#→10# 120 8.1
    10 10#←11# 78 7.7
    11 11#→12# 20 7.4
    12 12#←13# 20 7.0
    13 13#→14# 199 6.7
    14 14#←15# 138 6.3
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    表  2  土层参数

    Table  2.   Soil parameters

    土层类别 厚度/m 重度/(kN·m-3) 弹性模量/MPa 黏聚力/kPa 内摩擦角/(°) 泊松比
    路面基层 0.55 21 35 27 35 0.22
    素填土层 1.00 18 15 9 12 0.30
    粉质黏土 4.50 19 18 25 15 0.29
    砾砂层(含卵石) 5.00 21 35 0 32 0.22
    重粉质黏土层 10.95 20 17 28 14 0.29
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    表  3  样本构成及其路面沉降总体特征

    Table  3.   Composition of samples and general features of pavement settlement

    施工方法 样本数 均值/mm 中位数/mm 最小值/mm 最大值/mm
    定向钻 57 2.36 2.47 0.37 6.73
    泥水平衡机械顶管 100 5.56 4.80 1.10 12.69
    浅埋暗挖隧道 53 5.53 5.50 1.97 10.45
    人工顶管(手掘式顶管) 69 16.70 12.69 1.81 59.40
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    表  4  引起路面沉降因素变量的描述统计

    Table  4.   Descriptive statistics of variables leading to pavement settlement

    变量(确定规则) 均值 标准差 中位数 最小值 最大值
    设计因素 地层条件 0.47 0.14 0.45 0.29 0.70
    覆土深度/m 7.14 2.21 7.20 0.70 13.50
    直径/m 1.35 0.72 1.35 0.25 3.20
    路面移动荷载(有为1,无为0) 0.43 0.50 0.00 0.00 1.00
    施工因素 施工方法 人工顶管(是为1,否为0) 0.25 0.43 0.00 0.00 1.00
    泥水平衡机械顶管(是为1,否为0) 0.36 0.48 0.00 0.00 1.00
    浅埋暗挖(是为1,否为0) 0.19 0.39 0.00 0.00 1.00
    定向钻(是为1,否为0) 0.20 0.40 0.00 0.00 1.00
    管内注浆(是为1,否为0) 0.71 0.45 1.00 0.00 1.00
    施工速度/(m·h-1) 3.46 5.39 1.00 0.11 15.00
    施工人为因素 技术交底(是为1, 否为0) 0.58 0.49 1.00 0.00 1.00
    监理旁站(是为1, 否为0) 0.73 0.44 1.00 0.00 1.00
    施工人员 年龄/岁 人工顶管 41.29 6.05 42.00 25.00 57.00
    泥水平衡机械顶管 33.97 6.15 33.00 23.00 42.00
    浅埋暗挖隧道 34.90 4.62 37.00 26.00 42.00
    定向钻 28.12 2.55 28.00 22.00 38.00
    总样本 34.76 6.89 36.00 22.00 57.00
    学历 人工顶管 1.64 0.75 1.00 1.00 3.00
    泥水平衡机械顶管 3.71 0.49 4.00 3.00 4.00
    浅埋暗挖隧道 2.79 0.41 3.00 2.00 3.00
    定向钻 3.77 0.42 4.00 3.00 4.00
    总样本 2.88 0.95 3.00 1.00 4.00
    月收入/千元 人工顶管 6.21 1.51 5.50 5.10 11.00
    泥水平衡机械顶管 11.87 2.03 11.00 7.80 15.40
    浅埋暗挖隧道 9.35 1.25 9.00 5.70 12.30
    定向钻 11.54 1.19 11.90 8.20 12.90
    总样本 9.92 2.83 10.20 5.10 15.40
    工作年限/年 人工顶管 3.45 3.19 3.00 0.00 9.00
    泥水平衡机械顶管 5.70 2.69 6.00 0.00 11.00
    浅埋暗挖隧道 5.58 2.14 5.00 2.00 9.00
    定向钻 6.05 2.16 6.00 3.00 10.00
    总样本 5.19 2.81 5.00 0.00 11.00
    施工经验(有为1, 无为0) 人工顶管 0.18 0.39 0.00 0.00 1.00
    泥水平衡机械顶管 0.59 0.49 1.00 0.00 1.00
    浅埋暗挖隧道 0.50 0.51 1.00 0.00 1.00
    定向钻 0.68 0.13 1.00 0.00 1.00
    总样本 0.49 0.37 0.00 0.00 1.00
    是否接受技能培训(是为1, 否为0) 人工顶管 0.17 0.38 0.00 0.00 1.00
    泥水平衡机械顶管 0.78 0.46 1.00 0.00 1.00
    浅埋暗挖隧道 0.49 0.50 0.00 0.00 1.00
    定向钻 0.71 0.13 1.00 0.00 1.00
    总样本 0.56 0.49 1.00 0.00 1.00
    是否取得职业资格(是为1, 否为0) 人工顶管 0.03 0.16 0.00 0.00 1.00
    泥水平衡机械顶管 0.72 0.45 1.00 0.00 1.00
    浅埋暗挖隧道 0.11 0.31 0.00 0.00 1.00
    定向钻 0.65 0.36 1.00 0.00 1.00
    总样本 0.42 0.49 0.00 0.00 1.00
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    表  5  所有样本参与回归分析的结果

    Table  5.   Results of regression analysis with all samples

    变量名 路面沉降
    (回归步1)
    路面沉降
    (回归步2)
    路面沉降
    (回归步3)
    路面沉降
    (回归步4)
    路面沉降
    (回归步5)
    路面沉降
    (回归步6)
    路面沉降
    (回归步7)
    路面沉降
    (回归步8)
    是否为人工顶管 12.019 2***
    (0.995 3)
    12.288 2***
    (0.970 6)
    10.801 1***
    (0.979 8)
    8.750 1***
    (0.993 0)
    8.441 3***
    (0.994 1)
    6.780 8***
    (1.091 2)
    7.460 3***
    (1.050 8)
    5.247 0***
    (1.063 8)
    直径 2.374 4***
    (0.582 2)
    1.426 2**
    (0.591 3)
    1.156 0**
    (0.561 5)
    0.880 1(0.569 6) 0.445 1(0.573 4) 2.050 8***
    (0.629 2)
    1.273 9**
    (0.609 5)
    路面移动荷载 4.389 6***
    (0.891 1)
    4.058 7***
    (0.845 1)
    3.853 8***
    (0.843 1)
    2.901 2***
    (0.873 5)
    2.266 8**
    (0.843 6)
    1.437 9*
    (0.809 8)
    管内注浆 -5.262 1***
    (0.913 4)
    -5.914 2***
    (0.948 8)
    -6.103 0***
    (0.932 6)
    -5.080 6***
    (0.912 7)
    -3.382 7***
    (0.910 8)
    覆土深度 -0.425 9***
    (0.183 5)
    -0.305 4***
    (0.183 5)
    -0.380 3**
    (0.175 9)
    -0.322 7*
    (0.166 5)
    地层条件 11.398 9***
    (3.356 4)
    6.550 5**
    (3.340 5)
    6.367 2**
    (3.156 5)
    工作年限 -0.867 1***
    (0.167 1)
    -0. 606 0***
    (0.164 2)
    监理旁站 -6.169 5***
    (1.064 9)
    常数 4.681 6***
    (0.494 9)
    1.413 6
    (0. 934 9)
    1.171 8
    (0.899 2)
    5.920 1***
    (1.184 6)
    9.959 3***
    (2.100 0)
    5.320 2**
    (2.472 4)
    8.993 0***
    (2.466 2)
    12.822 3***
    (2.422 1)
    样本量 279 279 279 279 279 279 279 279
    决定系数 0.344 9 0.382 1 0.432 2 0.493 5 0.503 3 0.523 5 0.566 6 0.614 5
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    表  6  不同回归方案的弹性系数、标准误及置信等级

    Table  6.   Elastic coefficients, standard errors and confidence levels of different regression schemes

    所有样本(4种施工方法) 泥水平衡机械顶管+人工顶管样本 浅埋暗挖+人工顶管样本 定向钻+人工顶管样本
    有效自变量/影响因素 因变量/路面沉降 有效自变量/影响因素 因变量/路面沉降 有效自变量/影响因素 因变量/路面沉降 有效自变量/影响因素 因变量/路面沉降
    是否为人工顶管 5.247 0***
    (1.063 8)
    是否为水泥平衡机械顶管 -5.481 4***
    (1.694 4)
    是否为浅埋暗挖 -11.237 4**
    (3.855 4)
    是否为定向钻 -0.330 5**
    (0.153 5)
    直径 1.273 9**
    (0.609 5)
    直径 2.979 0*
    (1.562 1)
    顶进速度 -31.060 3**
    (11.633 8)
    覆土深度 -0.053 8***
    (0.015 6)
    路面移动荷载 1.437 9*
    (0.809 8)
    路面移动荷载 1.873 7*
    (1.108 1)
    路面移动荷载 1.081 3
    (2.057 2)
    路面移动荷载 0.258 7*
    (0.138 9)
    管内注浆 -3.382 7***
    (0.910 8)
    管内注浆 -3.468 3***
    (0.828 2)
    管内注浆 -5.249 9**
    (2.141 5)
    直径 0. 933 2***
    (0.175 2)
    覆土深度 -0.322 7*
    (0.166 5)
    覆土深度 -0.372 5**
    (0.173 0)
    覆土深度 -0.760 8**
    (0.375 6)
    地层条件 0.229 7
    (0.379 2)
    地层条件 6.367 2**
    (3.156 5)
    地层条件 6.518 5*
    (3.615 8)
    地层条件 11.186 0*
    (6.698 5)
    监理旁站 -0.586 3**
    (0.191 1)
    工作年限 -0. 606 0***
    (0.164 2)
    是否取得职业资格 -0.572 3
    (2.293 6)
    工作年限 -1.194 8***
    (0.272 9)
    工作年限 -0.112 0*
    (0.060 2)
    监理旁站 -6.169 5***
    (1.064 9)
    监理旁站 -2.263 4*
    (1.203 9)
    监理旁站 -0.027 7
    (2.202 4)
    技术交底 -0.665 8***
    (0.189 6)
    顶进速度 -0.262 4
    (0.460 1)
    学历 -0.137 0
    (0.124 5)
    常数 12.822 3***
    (2.422 1)
    常数 9.853 2**
    (3.133 6)
    常数 32.344 9***
    (7.940 4)
    常数 4.565 3***
    (0.586 2)
    样本量 279 样本量 169 样本量 122 样本量 126
    决定系数 0.614 5 决定系数 0.597 1 决定系数 0.677 7 决定系数 0.930 3
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  • 收稿日期:  2021-12-09
  • 刊出日期:  2022-04-25

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