盾構隧道結構設計優(yōu)化分析研究.pdf

1、目前，盾構隧道結構優(yōu)化設計多屬于傳統(tǒng)的被動優(yōu)化設計，也就是設計者先列出幾種可行設計方案，通過計算以及對比分析找出其中最優(yōu)的方案，這種優(yōu)化方法只能對比少數幾個方案，因此得到的優(yōu)化設計往往并不是最優(yōu)的，效率也較低?，F代最優(yōu)化方法是利用計算機編程技術在設計變量可行域內搜索得到優(yōu)化目標的最優(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。本文以我國建設中的世界上最大直徑(外徑15m)、公軌兼用的上海長江隧道工程為背景，對大斷面越江盾構隧

2、道襯砌結構優(yōu)化設計進行深入研究，將現代最優(yōu)化方法應用于盾構隧道結構優(yōu)化設計。內容及成果如下： 1．管片接頭模型建立 接頭是影響盾構隧道結構受力與變形的重要因素，在本文結構優(yōu)化設計中接頭構造參數是優(yōu)化設計變量，接頭構造參數影響接頭剛度，接頭剛度又影響結構受力與變形，本文首先建立管片接頭力學模型，為接頭構造參數優(yōu)化分析以及結構優(yōu)化模型中考慮接頭影響打下基礎。 2．盾構隧道斷面優(yōu)化設計方法建立 上海長江隧道外徑

3、達15米，內徑13.7米，屬于特大直徑隧道，隧道上部為3車道公路隧道，下部為預留軌道交通空間，隧道為公路隧道兼預留軌道交通，內部布置較復雜，本文將通過對隧道內部結構的合理布局及合理設計，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徑，降低隧道工程造價的優(yōu)化設計方法。 3．盾構隧道結構優(yōu)化設計方法建立 盾構隧道在設計計算時雖然需要設置很多參數，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、隧道位置等

4、，可以人為改變的參數有管片設計厚度與寬度、管片分塊、接頭位置與構造參數、拼裝方式等。本文就此開展分析研究，建立以管片厚度、接頭位置以及接頭構造參數為設計變量，以管片造價為目標函數，以結構變形、防水要求為約束條件的結構優(yōu)化模型。由于模型考慮了接頭剛度、結構內力及變形的影響，有變量多、非線性以及動態(tài)迭代的特點，本文采用遺傳算法、C++語言編程實現結構優(yōu)化模型的求解。 4．工程實例應用 本文將盾構隧道斷面及結構優(yōu)化設計方法應用

5、于上海長江隧道，建立了斷面及結構優(yōu)化設計模型，通過數學軟件Matlab以及C++語言編程求得最優(yōu)解以進行優(yōu)化設計，通過對比分析可以看出，將數學優(yōu)化理論應用于盾構隧道斷面及結構設計取得了可觀的經濟效益，節(jié)省了工程造價。 利用最優(yōu)化方法進行結構設計，實際上是把結構設計問題抽象成一個數學最優(yōu)化模型，在滿足約束條件的可行解內以目標函數為判斷依據，搜索出最優(yōu)的設計參數。在實際設計中，設計者可以參考此方法，根據具體工程特點合理地選取設計變量