进行地铁隧道工程施工时,由于不可避免的地层损失及施工导致的地层扰动,常常会诱发地铁隧道周围的岩土体产生移动和变形。过大的差异沉降,是造成建(构)筑倾斜及开裂的根本原因。如何对沉降进行科学合理的预测并进行有效的控制,是城市地下工程中重点关注的问题,对保证城市地下工程的安全施工和人民的生命财产安全具有重要意义。本文以北京地铁7号线豆各庄站～黑庄户站区间、黑庄户站～万盛南街西口站区间、万盛南街西口站～云景东路站区间盾构隧道,8号线大红门桥站～和义站区间、天桥站-永定门外站区间盾构隧道及6号线廖公庄站PBA法车站等6个地铁工程的建设为背景,对地表沉降预测的理论及其工程应用进行了深入研究。研究中考虑了不均匀的隧道收敛变形,考虑了地表变形的时间效应,并结合贝叶斯动态预测理论,研发了一套基于Browser/Server架构的沉降监测及智能预测的集成化系统。主要工作和研究成果如下:1.基于隧道不均匀变形的地表沉降预测理论研究(1)基于对地表沉降计算中所采用的不同隧道变形模式的研究,提出了一个3种变形模式叠加的不均匀收敛隧道变形模式,将其引入随机介质理论,推导了基于隧道不均匀收敛变形的地表沉降随机介质理论预测模型。(2)分别研究了相对收敛、相对椭圆化和相对下沉对沉降槽曲线的影响。由于椭圆化和均匀下沉的影响,最终得到的隧道不均匀收敛变形的沉降槽比只考虑均匀收敛变形时的沉降槽要窄而深。(3)以北京地铁8号线大红门桥站～和义站区间隧道工程为背景,对随机介质理论的主要参数进行了反分析计算,采用本文的3种变形叠加的变形模式比仅考虑一种或2种变形叠加的变形模式的预测精度高。通过对区间典型断面沉降监测数据的反分析,得到了各参数的经验取值。2.考虑时间效应的三维沉降预测模型研究(1)提出了一种基于正态分布累计函数曲线的沉降-时间模型,以北京地铁7号线豆各庄站～黑庄户站区间工程为背景,进行了工程实例研究,验证了本模型的科学性和合理性。(2)采用本文的沉降-时间模型,建立了考虑时间效应的地表三维沉降预测模型,该模型可基于部分监测数据实现对沉降的空间分布及随时间变化的预测。(3)提出了考虑时间效应的三维倾斜及曲率的计算方法,可实现对地表差异沉降及地表沉降曲面形态随时间变化的动态评估,为地铁安全施工提供研究依据。3.基于改进贝叶斯动态模型的概率法沉降预测研究(1)提出了采用贝叶斯动态预测理论进行地表沉降预测的方法,以北京地铁7号线黑庄户站～万盛南街西口站区间工程为背景,进行了工程实例验证,证明了贝叶斯动态预测理论应用于地铁隧道施工诱发地表沉降预测的可行性。(2)采用贝叶斯动态预测理论时,可以根据监测数据对预测结果进行动态修正,从而实现沉降的动态实时预测。(3)提出了采用观测数据进行误差方差动态修正的方法,对常均值折扣贝叶斯模型进行了修正,修正后的预测结果与实际监测数据更为接近,预测精度更高。4.基于Browser/Server架构的沉降监测及智能预测系统研发与应用(1)提出了采用考虑不均匀收敛变形的二维沉降预测模型进行地表沉降的初步预测,采用考虑时间效应的三维沉降预测模型进行地表沉降的动态预测及分析,采用改进的贝叶斯动态预测模型进行地表沉降预测的动态实时修正的沉降预测方法。(2)基于本文中对沉降预测理论的研究,采用C#/JavaScript/HTML/Python编程语言,研发了一套基于Browser/Server架构的沉降实时监测及智能预测的集成化系统(简称STEAD-Web系统)。(3)将STEAD-Web应用于北京地铁7号线万盛南街西口站～云景东路站区间和8号线天桥站-永定门外站区间盾构隧道工程及北京地铁6号线廖公庄站PBA法车站工程中,现场应用效果良好。