穿越地裂缝带的地铁隧道结构安全监测与预警判据研究

论文摘要

地裂缝是发育在西安市的一种严重的地质灾害,地裂缝所经之处地面建筑、地下管线和市政工程等均遭到不同程度的破坏,给西安市的城市规划与建设带来了严重影响,如今地裂缝又成为地铁建设的重大安全隐患。西安地铁2号线即将投入运营,地铁1号线已经开工建设,3号、4号线也已进入前期的准备工作,穿越地裂缝带的地铁隧道的安全问题已受到大家的广泛关注。由于地铁隧道穿越多条地裂缝,地裂缝给地铁隧道安全运营带来了严重的隐患。因此研究地裂缝活动下地铁隧道的界面力学特性,制定合适的安全监测方案,确定隧道的安全预警界限是十分必要的。本文就是在调研了西安地裂缝的空间展布及活动特征,分析了地裂缝活动可能引起地铁隧道变形破坏模式的基础上,以西安市正在建设中的西安地铁2号线为依托工程,采用比例尺为1：20的模型,分别模拟了扩大的马蹄形断面隧道与地裂缝正交和60°斜交两种情况下的地铁隧道的界面力学特性,分析了试验结果,得出了隧道结构的受力特征、变形模式及地层变形对隧道下部脱空的影响等认识。依据现有地铁隧道安全监测的技术方法,提出了适合穿越地裂缝带的地铁隧道的安全监测方案。以地裂缝位错量和隧道结构应力为观测数据,用指数平滑法、二次移动平均法、灰色关联分析法和回归分析法进行了预测,根据预测结果选择指数平滑法为最优的预测模型,并给出了隧道结构应力的预警判据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景、目的及意义
• 1.1.1 课题的研究背景
• 1.1.2 课题的研究目的及意义
• 1.2 国内外研究现状及存在的问题
• 1.2.1 国内外地裂缝研究现状
• 1.2.2 地裂缝和地铁隧道相互作用研究现状
• 1.2.3 地铁安全监测和预警研究现状
• 1.3 本课题研究内容及拟解决的关键问题
• 1.3.1 本课题研究内容
• 1.3.2 本课题拟解决的关键问题
• 1.4 研究思路及技术路线
• 第二章 西安地裂缝的基本特征及其对地铁隧道的影响
• 2.1 引言
• 2.2 西安地裂缝空间展布及其活动特征
• 2.2.1 西安地裂缝的空间展布
• 2.2.2 西安地裂缝的活动特征
• 2.3 西安地裂缝对地铁隧道结构的变形破坏模式
• 2.3.1 地裂缝灾害的特点
• 2.3.2 穿越地裂缝带的地铁隧道的变形破坏模式
• 2.4 关于地裂缝带灾害防治措施的几点建议
• 第三章 地裂缝和地铁隧道相互作用结构模型试验
• 3.1 模型设计理论
• 3.1.1 模型的定义
• 3.1.2 相似理论基本定理
• 3.2 试验的目的和任务
• 3.2.1 工程背景与原型结构
• 3.2.2 本试验的目的和任务
• 3.3 结构模型制作
• 3.3.1 模型试验的相似关系设计
• 3.3.2 模型材料
• 3.3.3 模型制作简介
• 3.4 量测内容与数据采集系统
• 3.4.1 结构模型应变
• 3.4.2 结构模型压力
• 3.4.3 隧道模型下部脱空
• 3.4.4 模型顶面土体变形
• 3.4.5 数据采集系统
• 3.5 试验步骤
• 第四章 试验结果与分析
• 4.1 隧道结构与地裂缝正交
• 4.1.1 土体与隧道模型接触压力分析
• 4.1.2 土体中土压力变化分析
• 4.1.3 模型上部土层沉降量变化分析
• 4.1.4 隧道模型下部位移分析
• 4.1.5 隧道模型应变分析
• 4.2 隧道结构与地裂缝600斜交
• 4.2.1 土体与隧道模型接触压力分析
• 4.2.2 土体中土压力变化分析
• 4.2.3 模型上部土层沉降量变化分析
• 4.2.4 隧道模型下部位移分析
• 4.2.5 隧道模型应变分析
• 4.2.6 模型上盘土体实际沉降量与试验平台沉降量比较分析
• 4.3 两组试验结果对比分析
• 4.3.1 隧道结构与地裂缝正交
• 4.3.2 隧道结构与地裂缝60°斜交
• 4.3.3 小结
• 第五章 穿越地裂缝带地铁隧道安全监测方法研究
• 5.1 地铁隧道监测的内容
• 5.2 地铁隧道监测的目的
• 5.3 穿越地裂缝带地铁隧道的安全监测方案
• 5.3.1 上下盘两侧隧道的垂直位错的监测
• 5.3.2 隧道结构变形的监测
• 5.3.3 隧道上部地表变形监测
• 5.3.4 隧道结构应力变化的监测
• 5.3.5 隧道结构下部脱空的监测
• 5.4 小结
• 第六章 穿越地裂缝带的地铁隧道应力预测方法及预警判据研究
• 6.1 观测值的选取
• 6.2 基于指数平滑法的隧道结构应力预测
• 6.2.1 指数平滑法的基本原理
• 6.2.2 用指数平滑法对隧道结构应力进行预测
• 6.3 基于二次移动平均法的隧道结构应力预测
• 6.3.1 二次移动平均法的基本原理
• 6.3.2 用二次移动平均法对隧道结构应力进行预测
• 6.4 基于灰色关联分析法的隧道结构应力预测
• 6.4.1 灰色关联分析法的基本原理
• 6.4.2 用灰色关联分析法对隧道结构应力进行预测
• 6.5 基于回归分析法的隧道结构应力预测
• 6.5.1 回归分析法的基本原理
• 6.5.2 用回归分析法对隧道结构应力进行预测
• 6.6 几种预测方法结果的比较
• 6.7 穿越地裂缝带地铁隧道的预警判据
• 6.8 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 致谢