本发明涉及盾构施工领域，更具体地，涉及一种盾构施工地表沉降形态分类方法及系统。
背景技术：
早在1969年peck就对隧道开挖引起地表沉降进行了研究，认为隧道开挖后引起的地面瞬时沉降是在不排水情况下发生的，沉降槽体积应等于地层损失的体积，可采用高斯分布来描述。1987年，sagaseta在假定土体不可压缩且各向同性的情况下，推导出近地表土体损失时应变场的理论解，且该结果在地基掘进、打桩等不同工况下也拟合良好，可在实际工程中得到应用。1993年2月，国内学者刘建航对数值模拟、经验公式及半理论解析法进行了细致的分析，认为在预测深基坑开挖对土层的影响时，要结合理论与实际监测数据，并辅以经验判断。1996年，金丰年、钱七虎对隧道全断面开挖进行了三维数值模拟，模型采用非线性粘弹性模型，结果表明，2倍隧道直径的开挖面会受到影响。2001年1月，gonza′lez、sagaseta基于马德里1995年至1999年所建地铁工况，推导出盾构穿越所引起的地表沉降的理论解析公式，并分析了各参数在不同土体类型及隧道形状下的取值情况，且该公式与实际监测数据拟合良好。2005年，finno、vossjr.等人以城市环境为背景，基于已有基坑开挖对地表影响的预测公式，提出一种适用于建筑物的预测模型解，该方法介于简单与复杂经验方法之间，较为实用。2007年，suwansawat、einstein认为盾构施工所引起的双孔隧道的沉降槽不仅受地面条件、隧道尺寸等因素的影响，还受到了盾构机参数及操作的影响；二位学者以曼谷地铁为工程背景，基于高斯函数提出了一种叠加方法来预测双孔隧道沉降槽。2008年10月，马可栓以对武汉地铁为背景，通过实测数据与理论分析，对peck公式进行了改进，同时针对双线隧道开挖引起的地表沉降提出了超几何方法，解释了沉降槽不对称的状态。2009年2月，魏纲在盾构法隧道统一土体移动模型以及对loganathan公式研究的基础上，通过对verriujt公式的修正，提出了盾构施工所引起的土体变形的二维解，通过实例验证，该方法在施工阶段应用良好。同年4月，韩煊、standing等人基于理论分析，采用机理研究结合实测数据的方法，建立了刚度修正法，此方法是在考虑建筑物结构刚度的基础上对建筑物沉降曲线进行预测的方法，并在工程实例中得到了验证。2011年3月，丁烈云、李炜明等人采用数值模拟结合实际监测数据的方法，研究了盾构始发施工对地表沉降的影响，将两种方法进行对比得出共同规律，为同类型工程预测提供了参考。2013年6月，gangwei、siyuanpang等人在盾构掘进单孔隧道解析模型的基础上，推导出了双线平行隧道下盾构掘进引起变形的解析解，在与实际监测数据拟合后发现该公式预测准确，且精度较高，具有广泛的适用性。2016年10月，魏纲、周杨侃在其他学者研究的基础上对双线隧道施工地表沉降预测公式进行了简化。2017年2月，魏纲、王霄通过对近距离界定系数的研究，建立了适用于双线隧道近距离工况的盾构法地面总沉降二维解的修正公式，并得出不同界定系数下不同的沉降曲线形式。2018年7月，李间斌、陈健等人以厦门地区某盾构隧道施工为背景，基于蒙特卡洛策略和有限差分模拟，通过研究土体弹性模量、水平波动距离及变异系数对双线隧道开挖的影响，提出了适用于厦门地区盾构开挖的计算参数值。
虽然国内外学者对盾构施工条件下地表沉降的解析解进行了详细研究，但可以发现，仍然受到了地质条件、已有地下结构等周边复杂环境的影响，并未得出适用于所有条件的统一解。因此，有必要开发一种适用于复杂周边环境的盾构施工地表沉降形态分类方法及系统。
公开于本发明背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的一般背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明提出了一种盾构施工地表沉降形态分类方法及系统，其能够通过分析所有测点组单线的地表沉降时空演化规律，实现盾构施工地表沉降形态分类。
根据本发明的一方面，提出了一种盾构施工地表沉降形态分类方法。所述方法可以包括：针对施工区域设置地表沉降观测点组，测量各个观测点组的左、右线地表沉降数据；根据所述地表沉降数据，绘制各个观测点组的左、右线的空间曲线，进而获得所述施工区域的地表沉降的空间演化规律；根据所述空间演化规律，针对沉降槽进行分类；根据所述沉降槽的分类，将所述空间曲线进行分类，分别获得不同类别的时间演化规律，进而获得盾构施工地表沉降的时空演化规律。
优选地，所述施工区域为具有复杂周边环境的区域。
优选地，根据数值模拟与实际检测数据，获得所述空间演化规律。
优选地，通过对所述空间曲线的无复杂周边沉降理论解、无复杂周边环境的数值模型、复杂周边环境下的数值模型、实际工况实测数据依次进行分析，获得所述空间演化规律。
优选地，所述沉降槽包括典型沉降槽、部分规律沉降槽、不规律沉降槽与数据缺失沉降槽。
根据本发明的另一方面，提出了一种盾构施工地表沉降形态分类系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：针对施工区域设置地表沉降观测点组，测量各个观测点组的左、右线地表沉降数据；根据所述地表沉降数据，绘制各个观测点组的左、右线的空间曲线，进而获得所述施工区域的地表沉降的空间演化规律；根据所述空间演化规律，针对沉降槽进行分类；根据所述沉降槽的分类，将所述空间曲线进行分类，分别获得不同类别的时间演化规律，进而获得盾构施工地表沉降的时空演化规律。
优选地，所述施工区域为具有复杂周边环境的区域。
优选地，根据数值模拟与实际检测数据，获得所述空间演化规律。
优选地，通过对所述空间曲线的无复杂周边沉降理论解、无复杂周边环境的数值模型、复杂周边环境下的数值模型、实际工况实测数据依次进行分析，获得所述空间演化规律。
优选地，所述沉降槽包括典型沉降槽、部分规律沉降槽、不规律沉降槽与数据缺失沉降槽。
本发明的方法和装置具有其它的特性和优点，这些特性和优点从并入本文中的附图和随后的具体实施方式中将是显而易见的，或者将在并入本文中的附图和随后的具体实施方式中进行详细陈述，这些附图和具体实施方式共同用于解释本发明的特定原理。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1示出了根据本发明的一个实施例的盾构施工地表沉降形态分类方法的步骤的流程图。
图2示出了根据本发明的一个实施例的典型沉降槽观测组dx-879日沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的典型沉降槽观测组dx-879累计沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图4示出了根据本发明的一个实施例的部分规律沉降槽观测组dx-859日沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图5示出了根据本发明的一个实施例的部分规律沉降槽观测组dx-859累计沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图6示出了根据本发明的一个实施例的不规律沉降槽观测组dx-839日沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图7示出了根据本发明的一个实施例的不规律沉降槽观测组dx-839累计沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图8示出了根据本发明的一个实施例的数据缺失断面槽观测组dx-899日沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图9示出了根据本发明的一个实施例的数据缺失断面槽观测组dx-919累计沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明。虽然附图中显示了本发明的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在该实施例中，根据本发明的盾构施工地表沉降形态分类方法可以包括：步骤101，针对施工区域设置地表沉降观测点组，测量各个观测点组的左、右线地表沉降数据；步骤102，根据地表沉降数据，绘制各个观测点组的左、右线的空间曲线，进而获得施工区域的地表沉降的空间演化规律；步骤103，根据空间演化规律，针对沉降槽进行分类；以及步骤104，根据沉降槽的分类，将空间曲线进行分类，分别获得不同类别的时间演化规律，进而获得盾构施工地表沉降的时空演化规律。
在一个示例中，施工区域为具有复杂周边环境的区域。
在一个示例中，根据数值模拟与实际检测数据，获得空间演化规律。
在一个示例中，通过对空间曲线的无复杂周边沉降理论解、无复杂周边环境的数值模型、复杂周边环境下的数值模型、实际工况实测数据依次进行分析，获得空间演化规律。
在一个示例中，沉降槽包括典型沉降槽、部分规律沉降槽、不规律沉降槽与数据缺失沉降槽。
图1示出了根据本发明的一个实施例的盾构施工地表沉降形态分类方法的步骤的流程图。
具体地，根据本发明的盾构施工地表沉降形态分类方法可以包括：
针对施工区域设置地表沉降观测点组，测量各个观测点组的左、右线地表沉降数据，施工区域为存在大型地下通道、高中压燃气管线等具有复杂周边环境的区域；根据地表沉降数据，绘制各个观测点组的左、右线的空间曲线，根据数值模拟与实际检测数据，获得施工区域的地表沉降的空间演化规律，具体包括：根据数值模拟与实际检测数据，获得空间演化规律包括：通过对空间曲线的无复杂周边沉降理论解、无复杂周边环境的数值模型、复杂周边环境下的数值模型、实际工况实测数据依次进行分析，获得不同情况下的地表沉降的差异，即为空间演化规律；其中，空间曲线的无复杂周边沉降理论解为隧道开挖时所引起的地表沉降的理论peck曲线，无复杂周边环境的数值模型是对简单工况下的隧道进行数值模拟，获得的数值模型；复杂周边环境下的数值模型是对复杂工况的隧道进行数值模拟，获得的数值模型。
根据空间演化规律，即不同情况下的地表沉降的差异，针对沉降槽进行分类，沉降值最大处并不位于隧道线路中心处，但位置偏移较小的沉降槽为典型沉降槽；最大沉降值偏离隧道中心处较远的沉降槽为部分规律沉降槽；隧道中部沉降值较小而两端沉降值较大的沉降槽为不规律沉降槽；由于数据缺失而导致沉降值无明显规律的沉降槽为数据缺失沉降槽；根据沉降槽的分类，将空间曲线进行分类，根据掌子面通过测点的前期、中期和后期时的地表沉降变化，分别获得不同类别的时间演化规律，即每一类沉降槽的掌子面通过测点的前期、中期和后期的地表沉降变化规律，包括典型沉降槽的时间演化规律、部分规律沉降槽的时间演化规律、不规律沉降槽的时间演化规律、数据缺失沉降槽的时间演化规律。典型沉降槽的时间演化规律是对有规律的一组单线空间曲线进行比，把不同时间段规律都较为明显的测点组的单线空间曲线进行时间演化规律分析；部分规律沉降槽的时间演化规律是对沉降槽形成过程较为复杂且空间曲线规律并不十分显著的测点组进行时间演化规律分析；不规律沉降槽时间演化规律是选取沉降槽不规律的测点组的时序值进行绘制与分析，研究其可能存在的规律；数据缺失断面沉降槽的时间演化规律是对数据较为匮乏的测点组的时序值进行绘制和分析，研究其可能存在的规律。
将每一类沉降槽的空间演化规律与时间演化规律相结合，获得盾构施工地表沉降的时空演化规律，实现盾构施工地表沉降形态分类。
本方法通过分析所有测点组单线的地表沉降时空演化规律，实现盾构施工地表沉降形态分类。
应用示例
为便于理解本发明实施例的方案及其效果，以下给出一个具体应用示例。本领域技术人员应理解，该示例仅为了便于理解本发明，其任何具体细节并非意在以任何方式限制本发明。
图2示出了根据本发明的一个实施例的典型沉降槽观测组dx-879日沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图2中测点组dx-879中监测次数1所对应的日期为6月18日，27所对应的日期是7月14日。测点组的日沉降值随着掌子面的通过呈现出的规律：在掌子面通过前，沉降值变化范围较小；掌子面通过时，地表出现微弱回弹；通过之后，沉降值波动范围变大，且整体而言，沉降大于隆起；最后随着掌子面的远离，沉降量波动变小并逐渐趋于零。但日沉降曲线的变化虽然与掌子面的通过存在一定的关系，规律却并不明显，故继续对测点组的累计沉降值进行分析。
图3示出了根据本发明的一个实施例的典型沉降槽观测组dx-879累计沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图3将测点组的累计沉降曲线按照掌子面的通过分为4个阶段，测点组dx-879累计沉降值随着掌子面的通过的规律为：掌子面通过前，曲线出现了微弱的沉降；掌子面通过时，地表出现显著的回弹；在通过之后，沉降曲线斜率迅速增大，沉降值大幅增加，随后沉降增幅减缓，波动范围减小；最后随着掌子面的远离，沉降值逐渐趋于稳。
图4示出了根据本发明的一个实施例的部分规律沉降槽观测组dx-859日沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图中监测次数1所对应的日期为7月27日，次数18对应的日期为8月12日。从图中可以发现测点组的日沉降曲线与掌子面的通过也存在一定的关系：在地表沉降初期及掌子面通过前后，地表沉降值波动范围较大，随着掌子面的远离，波动范围逐渐减小。但整个沉降过程中都有较明显波动，波动幅值始终变化较小。
图5示出了根据本发明的一个实施例的部分规律沉降槽观测组dx-859累计沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
测点组的累计沉降曲线有如下规律：在掌子面通过前，地表出现较大沉降；掌子面通过时，地表出现了较显著回弹。在掌子面通过时的回弹中，测点组dx-859有测点9出现隆起；掌子面通过之后，测点组沉降值始终处于波动状态，波动范围并不大，整体在-2mm～-1mm之间，且波动范围在逐渐减小。
图6示出了根据本发明的一个实施例的不规律沉降槽观测组dx-839日沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图6示测点组dx-839日沉降时序曲线图中监测次数1所对应的日期为6月11日，次数32对应的日期为7月12日。测点组的日沉降曲线波动范围较小，且整个沉降过程与掌子面的通过无关，始终处于无序波动状态，故继续对其累计沉降曲线进行分析。
图7示出了根据本发明的一个实施例的不规律沉降槽观测组dx-839累计沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
根据对图7测点组累计沉降曲线的观察，发现在掌子面通过前出现了较明显的沉降；在掌子面通过初期平稳波动，随后走势上升，出现回弹地表出现了隆起；同时在掌子面通过之后，地表沉降值出现了回弹，且此后沉降值一直处于波动状态，但测点波动范围较集中。
图8示出了根据本发明的一个实施例的数据缺失断面槽观测组dx-899日沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
图8所示测点组dx-919仅测点1～4有数据，监测次数1对应的日期为6月23日，28对应7月20日。由图，忽略数据不全的测点，曲线在沉降前期至中期地表波动较大，且此时波动存在一定规律，即“隆起→沉降→隆起→沉降”，随后波动逐渐减小，曲线整体为隆起趋势，数据不完整的测点3、4除沉降中期出现1至2次变化外，其余时间均无变化。故测点组日沉降演化规律与掌子面的通过无较大关系，因此继续对其累计沉降演化规律进行分析。
图9示出了根据本发明的一个实施例的数据缺失断面槽观测组dx-919累计沉降与掌子面通过该观测组前后的曲线变化示意图。
由图9可知，dx-919中测点3、4在沉降中期下沉，除测点3随后回弹外，其余时间段同样无变化。测点组自监测初始便持续隆起，直至隆起至约7mm时开始下沉，但下沉速率较缓，最终稳定后，依旧为隆起状态。
综上所述，本发明通过分析所有测点组单线的地表沉降时空演化规律，实现盾构施工地表沉降形态分类。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
根据本发明的实施例，提供了一种盾构施工地表沉降形态分类系统，其特征在于，该系统包括：存储器，存储有计算机可执行指令；处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：针对施工区域设置地表沉降观测点组，测量各个观测点组的左、右线地表沉降数据；根据地表沉降数据，绘制各个观测点组的左、右线的空间曲线，进而获得施工区域的地表沉降的空间演化规律；根据空间演化规律，针对沉降槽进行分类；根据沉降槽的分类，将空间曲线进行分类，分别获得不同类别的时间演化规律，进而获得盾构施工地表沉降的时空演化规律。
在一个示例中，施工区域为具有复杂周边环境的区域。
在一个示例中，根据数值模拟与实际检测数据，获得空间演化规律。
在一个示例中，通过对空间曲线的无复杂周边沉降理论解、无复杂周边环境的数值模型、复杂周边环境下的数值模型、实际工况实测数据依次进行分析，获得空间演化规律。
在一个示例中，沉降槽包括典型沉降槽、部分规律沉降槽、不规律沉降槽与数据缺失沉降槽。
本系统通过分析所有测点组单线的地表沉降时空演化规律，实现盾构施工地表沉降形态分类。
本领域技术人员应理解，上面对本发明的实施例的描述的目的仅为了示例性地说明本发明的实施例的有益效果，并不意在将本发明的实施例限制于所给出的任何示例。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。
1.一种盾构施工地表沉降形态分类方法，其特征在于，包括：
针对施工区域设置地表沉降观测点组，测量各个观测点组的左、右线地表沉降数据；
根据所述地表沉降数据，绘制各个观测点组的左、右线的空间曲线，进而获得所述施工区域的地表沉降的空间演化规律；
根据所述空间演化规律，针对沉降槽进行分类；
根据所述沉降槽的分类，将所述空间曲线进行分类，分别获得不同类别的时间演化规律，进而获得盾构施工地表沉降的时空演化规律。
2.根据权利要求1所述的盾构施工地表沉降形态分类方法，其中，所述施工区域为具有复杂周边环境的区域。
3.根据权利要求1所述的盾构施工地表沉降形态分类方法，其中，根据数值模拟与实际检测数据，获得所述空间演化规律。
4.根据权利要求3所述的盾构施工地表沉降形态分类方法，其中，根据数值模拟与实际检测数据，获得所述空间演化规律包括：
通过对所述空间曲线的无复杂周边沉降理论解、无复杂周边环境的数值模型、复杂周边环境下的数值模型、实际工况实测数据依次进行分析，获得所述空间演化规律。
5.根据权利要求1所述的盾构施工地表沉降形态分类方法，其中，所述沉降槽包括典型沉降槽、部分规律沉降槽、不规律沉降槽与数据缺失沉降槽。
6.一种盾构施工地表沉降形态分类系统，其特征在于，该系统包括：
存储器，存储有计算机可执行指令；
处理器，所述处理器运行所述存储器中的计算机可执行指令，执行以下步骤：
针对施工区域设置地表沉降观测点组，测量各个观测点组的左、右线地表沉降数据；
根据所述地表沉降数据，绘制各个观测点组的左、右线的空间曲线，进而获得所述施工区域的地表沉降的空间演化规律；
根据所述空间演化规律，针对沉降槽进行分类；
根据所述沉降槽的分类，将所述空间曲线进行分类，分别获得不同类别的时间演化规律，进而获得盾构施工地表沉降的时空演化规律。
7.根据权利要求6所述的盾构施工地表沉降形态分类系统，其中，所述施工区域为具有复杂周边环境的区域。
8.根据权利要求6所述的盾构施工地表沉降形态分类系统，其中，根据数值模拟与实际检测数据，获得所述空间演化规律。
9.根据权利要求8所述的盾构施工地表沉降形态分类系统，其中，根据数值模拟与实际检测数据，获得所述空间演化规律包括：
通过对所述空间曲线的无复杂周边沉降理论解、无复杂周边环境的数值模型、复杂周边环境下的数值模型、实际工况实测数据依次进行分析，获得所述空间演化规律。
10.根据权利要求6所述的盾构施工地表沉降形态分类系统，其中，所述沉降槽包括典型沉降槽、部分规律沉降槽、不规律沉降槽与数据缺失沉降槽。
技术总结