基于Hilbert-Huang变换的越江地铁盾构掘进稳定性表征方法

李勇军， 张泽坤， 陈 睿， 魏林春

(1. 中国中铁隧道股份有限公司， 河南 新乡 450001； 2. 华中科技大学 a. 土木与水利工程学院； b. 湖北省数字建造与安全工程技术研究中心， 湖北 武汉 430074； 3. 上海隧道工程有限公司， 上海 200032)

盾构掘进过程中，保持开挖面稳定十分重要。若开挖面的支护压力过小，会导致开挖面前方土体大量进入压力仓，可能引发地表塌陷，若支护压力过大，则可能导致地表隆起[1]。目前的泥水平衡和土压平衡盾构都是通过预先设定泥水或土舱压力值以达到保持开挖面稳定的目的，在施工过程中根据地表沉降及盾构参数的变化情况再进行调整，这种预先设定与滞后调整会导致盾构掘进处的地面隆起或塌陷。在实时的盾构操作中，开挖面稳定控制在很大程度上取决于施工人员的经验，有较大的潜在风险。

针对盾构开挖面稳定控制问题，国内外研究者提出了理论分析法[2]、数值模拟法[3,4]、模型试验法[5]等开挖面稳定性分析方法，但这些方法往往设置了较多的假设条件，而且需要较长时间来计算、仿真或试验，未能表征实时的盾构掘进稳定性。由于缺乏开挖面稳定性表征方法，工程实际中就只能基于驾驶员经验进行盾构操控。

由于盾构施工深埋地下，难以直接观察，盾构机上设置的各类传感器记录的数据成为了解盾构机掘进状况的一个切入点。盾构机土仓压力数据直接反映了开挖面的受力情况，当前盾构机驾驶员对于这些压力数据采用阈值判断的方法，即当前压力是过大、过小或是在正常范围内，忽视了压力数据的时间序列属性，而压力数据序列的非平稳性是研究掘进稳定性的关键。……