【摘要】：隨著我國城市軌道交通建設(shè)規(guī)模不斷增大,巖溶地區(qū)修建盾構(gòu)隧道項目逐漸增多,巖溶地區(qū)隱伏型土洞對運營期隧道結(jié)構(gòu)的受力變形影響以及在列車循環(huán)動力荷載作用下隧道基底沉降的安全問題已成為巖土工程師非常關(guān)注且迫切需要解決的一項課題。目前針對巖溶地區(qū)溶土洞對隧道施工穩(wěn)定性影響的研究頗多,而針對巖溶地區(qū)盾構(gòu)隧道附近一定范圍內(nèi)存在隱伏型土洞時,盾構(gòu)隧道在運營期的動力響應(yīng)、隧道結(jié)構(gòu)的變形以及隧道基底出現(xiàn)了不均勻沉降的研究較缺乏。事實上,巖溶地區(qū)盾構(gòu)隧道施工前的勘察技術(shù)的局限性,未能有效地把巖溶地區(qū)城市軌道交通沿線的所有溶土洞探測出來。此外,巖溶地質(zhì)的土洞隱伏型特性以及隧道運營設(shè)計期限100年中巖溶地質(zhì)的土洞可發(fā)育性,建成后的盾構(gòu)隧道仍需考慮周邊土洞給隧道運營帶來的潛在風(fēng)險。本文結(jié)合廣州地鐵2號線北延段巖溶地質(zhì),基于2號線隧道施工前巖溶地區(qū)勘察時有可能存在的未探明的溶土洞,制定了詳細(xì)的隧道底部、側(cè)邊存在土洞的數(shù)值試驗方案,采用三維有限元數(shù)值模擬手段對運營期地鐵列車振動作用下盾構(gòu)隧道周邊存在隱伏型土洞大小及與隧道凈距管片和地層的動力響應(yīng)進(jìn)行分析,再借助貝葉斯風(fēng)險概率模型,對是否存在土洞發(fā)育進(jìn)行預(yù)判;然后借鑒Peck公式思想推導(dǎo)土層缺失導(dǎo)致的沉降值,推導(dǎo)出巖溶地區(qū)發(fā)生不均勻沉降的預(yù)測公式,并結(jié)合監(jiān)測點沉降數(shù)據(jù),成果如下:(1)建立了三維有限元數(shù)值模型,利用人工激振函數(shù)模擬列車動力作用于鐵軌,基于運營期盾構(gòu)隧道管片結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力狀況,分析了列車振動作用下管片的動力響應(yīng)。計算結(jié)果顯示自重應(yīng)力作用下和列車荷載作用下,應(yīng)力均符合管片設(shè)計強度要求,但當(dāng)土洞位于盾構(gòu)隧道底部時,隧道結(jié)構(gòu)豎向變形較大。本文根據(jù)三維有限元數(shù)值模型所得到的結(jié)果,總結(jié)了土洞大小、位置和土洞與隧道凈距的安全距離。(2)利用貝葉斯風(fēng)險概率模型對歷史沉降數(shù)據(jù)進(jìn)行識別,在更新新的沉降數(shù)據(jù)后,重新給予一個概率值。通過概率值與多年后的沉降數(shù)據(jù)對比,表明該模型具備較強的評判及預(yù)測能力,可以為巖溶地區(qū)不均勻沉降提供風(fēng)險控制參考值,達(dá)到提前預(yù)判、提前排除風(fēng)險,為城市軌道交通運營安全提供參考。(3)結(jié)合判定的土洞發(fā)育區(qū)間,采用經(jīng)驗擬合公式得出不排水條件下土體變形和排水固結(jié),再通過Peck公式變形,建立不均勻沉降區(qū)間土體缺失的時程分析函數(shù),通過積分求得土體缺失體積,并擬合該區(qū)間土體缺失體積隨城市軌道交通運營時間變化后,確定某一年的土體缺失體積,從而預(yù)測該不均勻區(qū)間因土層缺失所導(dǎo)致的最大沉降量,由于土層缺失會放大變形及固結(jié)沉降,則根據(jù)三維有限元數(shù)值模擬確定的擴(kuò)大系數(shù),修正變形與固結(jié)沉降,土層缺失所引起的沉降與修正后的變形與固結(jié)沉降相加,得到最終沉降值,再與實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比,證明該預(yù)測模型是有效的。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U455.43
【圖文】：

國民經(jīng)濟(jì)聯(lián)系起來。軌道交通最顯著的特點就是載貨量量、高密度的短、中、長途旅客運輸中保持巨大的載運合中國經(jīng)濟(jì)地理特征和人民收入水平的重要運輸方式。經(jīng)運營城市軌道交通的城市共有 32 個，線路里程超過布城市軌道交通的規(guī)劃，包括北京、天津、上海、廣州交通運營里程突破 10000 公里[1]。地質(zhì)分布情況國巖溶地質(zhì)分布圖[2]。我國是世界上巖溶地區(qū)分布最為省、廣西省、廣東省的巖溶地質(zhì)最為突出。巖溶地質(zhì)的交通建設(shè)和運營。地質(zhì)環(huán)境、水文條件等因素都深刻影城市軌道交通是我國城市公共交通運輸能力最為巨大的地區(qū)城市軌道交通的研究具有重大意義。

圖 1-2 廣州市主要構(gòu)造示意圖地區(qū)土洞形成過程及分布規(guī)律巖溶地區(qū)隱伏于可溶性巖層上覆土層內(nèi)的空洞。土洞主要分為和地下水潛蝕形成的土洞。當(dāng)土層是可被沖蝕的，巖層下有儲時，地表水向下滲透對土層進(jìn)行潛蝕作用，便產(chǎn)生了土洞，且粘性土層。土洞主要形成于巖溶地區(qū)，是巖溶作用的產(chǎn)物。形成條件與土質(zhì)及土層厚度的關(guān)系形成于粘性土層，砂土及碎石土中不常見。、粘聚力大、水理性穩(wěn)定的土層不易形成土洞。溶地層溶槽上覆軟粘土土層，由于軟粘土抗沖蝕能力弱，且處

原本已經(jīng)堵塞空洞、裂隙口及與其相連的下部連通通道重新激活，成為了地下水集中活動的地段（圖1-3（a））。（2）地下水位上升，地下水對土層的潛蝕作用加強，引起土層缺失，土層缺失的土體順著下部連通通道落入下部溶洞中，至此，上覆土層初步形成土洞（圖 1-3（b））。（3）地下水繼續(xù)作用，土顆粒沿溶洞裂隙被帶走，使上層土中的土洞繼續(xù)向上拱形發(fā)展（圖 1-3（c））。（4）土洞持續(xù)向上發(fā)展，土洞上覆層頂板變薄，當(dāng)拱頂不足以支撐上部土的重量時，便發(fā)生塌陷（圖 1-3（d））。（5）坍陷后，地面便為地表徑流匯集場所，沖積物日益堆積，而后地表夷平，土洞停止了發(fā)育（圖 1-3（e））。4

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本文編號：2797332