西安地铁区间隧道穿越地裂缝的稳定性初探

论文摘要

地裂缝是西安市主要的环境地质灾害,而西安地铁六条线路都垂直或倾斜地穿过地裂缝,因此地裂缝的存在给西安地铁的修建造成了很大的困难。本文以西安地铁二号线南门至南稍门区间隧道作为研究背景,首先分析了不同衬砌结构条件下,地裂缝对地铁区间隧道围岩稳定性的影响。利用有限差分软件FLAC3D对穿越地裂缝处的区间隧道的开挖过程和支护过程进行了数值模拟。通过对比分析在毛硐状态下、施加初期支护后、施加二次衬砌后的地表沉降量、拱顶位移、围岩-支护系统的应力、隧道开挖后塑性区的分布情况,发现若不采取支护措施隧道很容易坍塌,采取初期支护后,隧道的地表沉降量和拱顶位移大大降低,但是此时的位移量均不在工程要求的范围内,只有在施加二次衬砌后才能满足工程上的需要,并且这种支护结构对隧道的稳定性最为有利。其次,运用FLAC3D软件模拟分析不同开挖方法对隧道稳定性的影响,本文主要研究了全断面开挖和台阶法开挖,分析了未采取支护、只采取初期支护、同时施加初期支护和二次衬砌条件下,两种施工方法开挖所造成的地表沉降、拱顶位移及隧道塑性区的分布。通过对比发现台阶法开挖无论从控制沉降上还是控制塑性区上都优于全断面开挖。用本课题得出的结论指导施工,为西安地铁区间隧道穿越地裂缝施工提供了一定的参考价值和实用意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 问题的提出及研究的意义
• 1.2 课题研究现状
• 1.2.1 关于地表沉降的研究现状
• 1.2.2 地铁穿越地裂缝的研究现状
• 1.3 本课题研究思路
• 2 西安地铁中的工程地质问题
• 2.1 西安市地裂缝的现状
• 2.1.1 西安地裂缝的分布
• 2.1.2 地裂缝成因及影响因素
• 2.1.3 西安地裂缝活动特征
• 2.1.4 西安市地裂缝的危害
• 2.1.5 地裂灾害的防治
• 2.2 西安地铁工程中的其它工程地质问题
• 2.2.1 西安地面沉降特征及危害
• 2.2.2 湿陷性黄土
• 2.2.3 饱和性黄土
• 3 FLAC3D 简介以及隧道开挖与支护的模拟方法
• 3.1 FLAC3D 简介
• 3.1.1 关于FLAC3D 的概述
• 3.1.2 有限差分法简介
• 3.1.3 FLAC3D 的优点及不足
• 3.1.4 FLAC3D 中Mohr—Coulumb 弹塑性模型简介
• 3.1.5 小结
• 3.2 隧道开挖与支护的数值模拟
• 3.2.1 超前预支护等辅助施工措施的数值模拟方法
• 3.2.2 洞室开挖的模拟方法
• 3.2.3 开挖期及后期支护与衬砌的模拟方法
• 4 地裂缝对西安地铁区间隧道稳定性的影响分析
• 4.1 工程概况
• 4.1.1 工程简介
• 4.1.2 工程地质情况
• 4.1.3 区间隧道结构设计
• 4.2 隧道开挖的数值模拟
• 4.2.1 计算模型的建立
• 4.2.2 隧道开挖过程的数值模拟
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 对毛硐计算结果的分析
• 4.3.2 施加初期支护后计算结果分析
• 4.3.3 施加二次衬砌后计算结果分析
• 4.3.4 计算结果的对比分析
• 5 不同开挖方法对穿越地裂缝隧道稳定性的影响
• 5.1 毛硐状态下全断面开挖与台阶法开挖的对比分析
• 5.2 施加初期支护后全断面开挖和台阶法开挖计算结果的对比分析
• 5.3 施加二次衬砌后全断面开挖和台阶法开挖计算结果的对比分析
• 5.4 小结
• 6 结论
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录