西安地铁4号线跨越地裂缝灾害研究

发布时间：2020-07-15 08:49

【摘要】：从上个世纪五十年代以来,西安市区先后共发现了14条主地裂缝以及数条次裂缝,地裂缝经过的地方,对各类工程建筑、交通设施造成不同程度的损害,给西安市带来了不小的经济损失。伴随着城市建设规模的扩大,西安市规划发展城市快速轨道交通,目前正在施工建设的地铁4号线由北到南跨越14条地裂缝。地铁作为一种线性工程,鉴于现场的实际条件,地铁隧道部分行车区段不能做到避让地裂缝,所以需要在工程上做到跨越地裂缝;因此,明确地铁4号线沿线地裂缝成因机理和活动规律,以及线路大角度和小角度跨越地裂缝时对隧道结构的影响机制,对于解决地铁4号线跨越地裂缝的工程灾害问题是具有十分重要的意义。本文以西安地铁4号线隧道跨越地裂缝为研究背景,结合以往资料,首先介绍了地铁4号线沿线地裂缝的分布与活动规律;其中线路与地裂缝f_3、f_8、f_9呈小角度交汇,其余地裂缝均与线路呈大角度交汇,这些地裂缝会给4号线隧道工程项目的建设和建成之后的正常运行造成影响。其次,本文分析了地铁4号线沿线地裂缝的成因机理。通过对以往资料的分析和整理,认为构造运动是西安地裂缝出现的内在主导因素,加上西安特有的地貌,地裂缝表现出其构造性质;过度开采地下承压水是西安地裂缝形成的外在主导因素,断裂层的运动导致两侧地层出现结构差异,加上长期过度开采地下承压水带来的影响,地层容易产生差异沉降,过度开采地下承压水是地裂缝超常活动的直接原因。运用MIDAS/GTS NX有限元程序建立地铁隧道结构分别在小角度(25~o)和大角度(75~o)情况下跨越地裂缝的数值模型,隧道结构与地裂缝相互作用,从地铁隧道受力、变形、破坏、影响范围和地层位移这几个方面对建立的模型进行模拟分析。指出地铁在小角度(25~o)跨越地裂缝时,隧道结构发生的变形以剪切为主,加上扭转变形,变形范围主要在其附近2.8倍隧道直径的范围内,且下盘范围略大于上盘;地铁在大角度(75~o)跨越地裂缝时,隧道结构发生的变形以拉张-剪切为主,局部有扭转和弯曲变形,变形范围主要在其附近0.35倍隧道直径的范围内,且下盘范围略大于上盘;最后,根据在前几章的内容可以得出,当地裂缝活动量达到一定值时,地铁隧道结构就会产生破裂破坏;为保证地铁隧道结构能够顺利跨越地裂缝,本文从结构、防水、监测与预警等方面提出防治措施。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U231;P642.2
【图文】：

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2 地铁沿线地裂缝概况2 地铁沿线地裂缝概况2.1 西安地裂缝的整体概况2.1.1 空间分布在西安市范围内由北到南先后分布着 14 条地裂缝（带），其中部分伴有次裂缝的发生；这些被发现的地裂缝（带）具有以下的空间分布特点：1）具有相对统一的走向 NE65°～80°；2）地裂缝（带）间表现为近平行近等间距排列。

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1）平面展布特征地质构造基础是地裂缝产生的基本原因，并且地裂缝在发育时所表现出来的平也符合其地质构造的特点；黄土梁与洼地的交汇处往往是地裂缝容易发生的位裂缝从南到北有规律地呈带状分布于黄土梁洼地貌区域内黄土梁以南一侧，其黄土梁洼的分布相对应，整体走向也基本一致。西安地裂缝（带）间近似平行间距为 2.1km，最小间距为 0.4km 平均间距为约 1km。西安地裂缝的发展不仅受到了地质构造基础的影响，同时也受到了地下承压水响，经过对地裂缝和地面沉降有关资料的调查，可以发现在西安地区出现地面和承压水位下降的区域的位置分布相对应，而地裂缝往往就出现在区域附近。2）剖面结构特征主、次裂缝在剖面侧的组合模式基本可以概括为以下两种：阶梯状和“y”字2 所示），表现形态通常为上部较宽，下部渐渐变窄；“y”字型的组合模式缝活动造成靠南一侧土体下降、靠北一侧土体上升形成垂向剪切作用，这种作表产生末端张裂的效果[13]。

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2.2.1 西安地铁 4 号线工程概况西安地铁 4 号线是西安市规划的第四条地铁线路，目前正处在施工阶段。建成之后将与之前就投入使用的地铁 1、2、3 号线共同承担起为西安人民提供快捷交通服务的重任，以此达到服务城市居民生活办公等需要；地铁 4 号线在正式运行之后，将与 2 号线共同形成南北走向的主要交通枢纽线路，既起到缓解地铁 2 号线的运营压力的作用，同时又可以增加地铁线路在南北走向上的运营能力；地铁 4 号线计划全程总长度为 35.2km，从南到北设计车站 29 个，包括 11 个换乘站，与已开通的 1、2、3 号线均有换乘，在将来可以做到与 9 条地铁线路换乘；地铁 4 号线全线设计为地下线路，途经北客站，火车站等人口密集区域。全线于 2014 年正式动工，预计 2018 年全线通车。2.2.2 地铁 4 号线与地裂缝交汇情况目前正在施工建设的地铁 4 号线从北到南跨越 f1、f2、f3、f4、f5、f6、f7、f8、f9、f10、f13、fc1、fc5、fc6等共 14 条地裂缝（见图 2.3），其中与地裂缝 f3、f8、f9呈小角度交汇，其余地裂缝均与线路呈大角度交汇。

【参考文献】