盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化分析研究.pdf

1、目前，盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)多屬于傳統(tǒng)的被動(dòng)優(yōu)化設(shè)計(jì)，也就是設(shè)計(jì)者先列出幾種可行設(shè)計(jì)方案，通過(guò)計(jì)算以及對(duì)比分析找出其中最優(yōu)的方案，這種優(yōu)化方法只能對(duì)比少數(shù)幾個(gè)方案，因此得到的優(yōu)化設(shè)計(jì)往往并不是最優(yōu)的，效率也較低?，F(xiàn)代最優(yōu)化方法是利用計(jì)算機(jī)編程技術(shù)在設(shè)計(jì)變量可行域內(nèi)搜索得到優(yōu)化目標(biāo)的最優(yōu)解，在這種搜索包括了可行的所有方案，不僅全面且效率很高。本文以我國(guó)建設(shè)中的世界上最大直徑(外徑15m)、公軌兼用的上海長(zhǎng)江隧道工程為背景，對(duì)大斷面越江盾構(gòu)隧

2、道襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行深入研究，將現(xiàn)代最優(yōu)化方法應(yīng)用于盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。內(nèi)容及成果如下： 1．管片接頭模型建立 接頭是影響盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)受力與變形的重要因素，在本文結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)中接頭構(gòu)造參數(shù)是優(yōu)化設(shè)計(jì)變量，接頭構(gòu)造參數(shù)影響接頭剛度，接頭剛度又影響結(jié)構(gòu)受力與變形，本文首先建立管片接頭力學(xué)模型，為接頭構(gòu)造參數(shù)優(yōu)化分析以及結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型中考慮接頭影響打下基礎(chǔ)。 2．盾構(gòu)隧道斷面優(yōu)化設(shè)計(jì)方法建立 上海長(zhǎng)江隧道外徑

3、達(dá)15米，內(nèi)徑13.7米，屬于特大直徑隧道，隧道上部為3車(chē)道公路隧道，下部為預(yù)留軌道交通空間，隧道為公路隧道兼預(yù)留軌道交通，內(nèi)部布置較復(fù)雜，本文將通過(guò)對(duì)隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的合理布局及合理設(shè)計(jì)，并利用最優(yōu)化方法在滿足隧道各使用功能的條件下建立減小隧道內(nèi)徑，降低隧道工程造價(jià)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。 3．盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法建立 盾構(gòu)隧道在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)雖然需要設(shè)置很多參數(shù)，但很多都是由工程特性所確定不變的，如荷載工況、土層參數(shù)、隧道位置等

4、，可以人為改變的參數(shù)有管片設(shè)計(jì)厚度與寬度、管片分塊、接頭位置與構(gòu)造參數(shù)、拼裝方式等。本文就此開(kāi)展分析研究，建立以管片厚度、接頭位置以及接頭構(gòu)造參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，以管片造價(jià)為目標(biāo)函數(shù)，以結(jié)構(gòu)變形、防水要求為約束條件的結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型。由于模型考慮了接頭剛度、結(jié)構(gòu)內(nèi)力及變形的影響，有變量多、非線性以及動(dòng)態(tài)迭代的特點(diǎn)，本文采用遺傳算法、C++語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型的求解。 4．工程實(shí)例應(yīng)用 本文將盾構(gòu)隧道斷面及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法應(yīng)用

5、于上海長(zhǎng)江隧道，建立了斷面及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，通過(guò)數(shù)學(xué)軟件Matlab以及C++語(yǔ)言編程求得最優(yōu)解以進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)對(duì)比分析可以看出，將數(shù)學(xué)優(yōu)化理論應(yīng)用于盾構(gòu)隧道斷面及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)省了工程造價(jià)。 利用最優(yōu)化方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)際上是把結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問(wèn)題抽象成一個(gè)數(shù)學(xué)最優(yōu)化模型，在滿足約束條件的可行解內(nèi)以目標(biāo)函數(shù)為判斷依據(jù)，搜索出最優(yōu)的設(shè)計(jì)參數(shù)。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者可以參考此方法，根據(jù)具體工程特點(diǎn)合理地選取設(shè)計(jì)變量