穿越地裂缝的地铁隧道衬砌结构变形规律及控制技术研究

摘要

开展穿越地裂缝的城市地铁隧道衬砌结构变形机理及控制技术研究具有重要的工程应用价值。本文以西安地铁1号线朝阳门～康复路段隧道穿越地裂缝活动带为工程依托,对地裂缝活动作用下浅埋暗挖法施工的地铁隧道结构变形破坏机制进行了研究,主要工作和结论有:
　　(1)研究了西安地铁1号线地裂缝的平面展布关系,对地铁隧道与地裂缝交汇处的地裂缝活动特征进行了分析,分析了处于地裂缝上盘的地铁隧道衬砌结构的受力特性,计算地裂缝上盘地铁隧道衬砌结构受力规律。结果表明:地裂缝上盘的地铁隧道由于两侧土体向下活动的拉拽作用使其所受的竖向压力增大,从而导致拱顶所承受的弯矩更大,拱腰处受拉区变大。结合规范建议施工时应采用450mm的二衬厚度。
　　(2)通过有限元数值模拟方法研究了浅埋暗挖马蹄形衬砌结构地铁隧道以45°穿越地裂缝的变形破坏机制和地裂缝不同垂直位错量对地铁隧道衬砌结构变形破坏的影响规律。结果表明:地裂缝与隧道斜交,地裂缝上下盘发生错动时,隧道衬砌结构不仅会出现纵向差异沉降及弯曲变形,还会出现横向的弯曲变形及扭转变形,且变形量随着地裂缝垂直位错量的增大而增大。
　　(3)研究了地裂缝作用下隧道变形破坏模式。结果表明:隧道结构变形可能导致的隧道灾害主要有轨道变形、防水失效和行车限界受侵等模式,建议将合理结构控制方法和地层加固技术作为相应的灾害控制的主要手段。现场监测证明文中建议的灾害控制措施是合理可行的。

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1绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容及技术路线

2西安地铁1号线沿线地裂缝概况及其影响评价

2.1西安地裂缝成因及分布规律

2.2西安地裂缝运动特征

2.3西安地铁1号线沿线地裂缝概况

2.4地裂缝最大垂直位错量及结构纵向设防长度确定

3穿越地裂缝的地铁隧道衬砌结构受力分析与设计

3.1地铁隧道结构上部荷载计算

3.2衬砌结构设计

3.3计算结果分析

3.4小结

4穿越地裂缝的地铁隧道开挖FLAC模拟

4.1FLAC基本理论

4.2模型的建立

4.3计算结果分析

4.4小结

5穿越地裂缝的地铁隧道变形控制技术及现场监测

5.1土层特性分析

5.2地下水赋存规律

5.3穿越地裂缝的地铁隧道变形的两种方式

5.4穿越地裂缝的地铁隧道灾害及其控制技术

5.5施工监测分析

5.6小结

6结语

6.1结论

6.2需要进一步解决的问题

致谢

参考文献

附 录