大连地铁一号线试验段穿越溶洞地段沉降分析

摘要

随着我国隧道交通的快速发展，隧道遭遇大型充填型岩溶的情况越来越多。大连地铁一号线试验段穿越特大充填型岩溶，在穿越溶洞充填土地段不可避免的产生过大沉降，间接导致隧道衬砌开裂漏水以及线路不平顺等后果，因此溶洞地段隧道的过大沉降需要得到妥善处理。岩溶充填土一般复杂多样，含水率高且压缩性较大，而从隧道岩质段过渡到充填土地段，两种介质的压缩模量相差很大，使隧道在充填土地段产生过大的相对沉降。本文以大连地铁一号线试验段穿越溶洞地段的工程案例为背景，探讨溶洞充填土地段隧道基底的沉降分布规律，并对溶洞地段的差异沉降处理提出适当建议。
　　本文的主要工作分为几个方面。
　　首先，采用文克尔弹性地基梁理论，将穿越岩溶充填土地段的隧道简化为一根具有纵向刚度的均质混凝土圆形“管梁”，求得其在上覆岩溶充填土的自重荷载加上隧道结构本身自重荷载作用下，“管梁”沉降的解析解。
　　其次，本文在隧道结构以及土层线弹性的基本假设下，利用ANSYS建立数值计算模型，考虑上覆土层和隧道结构本身自重荷载，求得均质混凝土隧道“管梁”沉降的数值解。并且，从两种解答的基本假设以及工程案例的实际情况入手，分析了数值解和解析解各自的适用性和局限性。
　　最后，利用数值建模的方法，分别考虑岩溶充填土的种类变化、充填岩溶沿隧道轴向跨度变化、岩溶区隧底下卧土层厚度变化时，隧底沉降相应的变化规律。接着探讨了隧道纵向刚度折减后穿越岩溶充填地段隧道沉降的变化以及岩溶底部为半圆形时隧道沉降的分布规律。
　　本文通过以上各方面的工作主要得到以下几个结论：
　　隧道穿越岩溶地段时，若采用假设隧道为两端嵌固的弹性地基梁且具有纵向刚度的均质混凝土“管梁”模型来分析时，隧底最大沉降发生在穿越岩溶地段“管梁”中点处；若采用数值法进行计算时，其沉降最大值同样发生在隧底中点处，且由中点向隧道纵向两端逐渐减小；保持其他条件不变时，其沉降随充填土的压缩模量增大而减小；沿隧道轴向岩溶跨度增大时，隧底的沉降随之增大；在一定深度范围内，隧底沉降与岩溶地段隧底充填土厚度成正比，之后沉降趋于稳定。