岩溶地区隐伏型土洞对运营期城市轨道交通盾构隧道受力与变形的影响

发布时间：2020-08-19 16:50

【摘要】：随着我国城市轨道交通建设规模不断增大,岩溶地区修建盾构隧道项目逐渐增多,岩溶地区隐伏型土洞对运营期隧道结构的受力变形影响以及在列车循环动力荷载作用下隧道基底沉降的安全问题已成为岩土工程师非常关注且迫切需要解决的一项课题。目前针对岩溶地区溶土洞对隧道施工稳定性影响的研究颇多,而针对岩溶地区盾构隧道附近一定范围内存在隐伏型土洞时,盾构隧道在运营期的动力响应、隧道结构的变形以及隧道基底出现了不均匀沉降的研究较缺乏。事实上,岩溶地区盾构隧道施工前的勘察技术的局限性,未能有效地把岩溶地区城市轨道交通沿线的所有溶土洞探测出来。此外,岩溶地质的土洞隐伏型特性以及隧道运营设计期限100年中岩溶地质的土洞可发育性,建成后的盾构隧道仍需考虑周边土洞给隧道运营带来的潜在风险。本文结合广州地铁2号线北延段岩溶地质,基于2号线隧道施工前岩溶地区勘察时有可能存在的未探明的溶土洞,制定了详细的隧道底部、侧边存在土洞的数值试验方案,采用三维有限元数值模拟手段对运营期地铁列车振动作用下盾构隧道周边存在隐伏型土洞大小及与隧道净距管片和地层的动力响应进行分析,再借助贝叶斯风险概率模型,对是否存在土洞发育进行预判;然后借鉴Peck公式思想推导土层缺失导致的沉降值,推导出岩溶地区发生不均匀沉降的预测公式,并结合监测点沉降数据,成果如下:(1)建立了三维有限元数值模型,利用人工激振函数模拟列车动力作用于铁轨,基于运营期盾构隧道管片结构的变形和应力状况,分析了列车振动作用下管片的动力响应。计算结果显示自重应力作用下和列车荷载作用下,应力均符合管片设计强度要求,但当土洞位于盾构隧道底部时,隧道结构竖向变形较大。本文根据三维有限元数值模型所得到的结果,总结了土洞大小、位置和土洞与隧道净距的安全距离。(2)利用贝叶斯风险概率模型对历史沉降数据进行识别,在更新新的沉降数据后,重新给予一个概率值。通过概率值与多年后的沉降数据对比,表明该模型具备较强的评判及预测能力,可以为岩溶地区不均匀沉降提供风险控制参考值,达到提前预判、提前排除风险,为城市轨道交通运营安全提供参考。(3)结合判定的土洞发育区间,采用经验拟合公式得出不排水条件下土体变形和排水固结,再通过Peck公式变形,建立不均匀沉降区间土体缺失的时程分析函数,通过积分求得土体缺失体积,并拟合该区间土体缺失体积随城市轨道交通运营时间变化后,确定某一年的土体缺失体积,从而预测该不均匀区间因土层缺失所导致的最大沉降量,由于土层缺失会放大变形及固结沉降,则根据三维有限元数值模拟确定的扩大系数,修正变形与固结沉降,土层缺失所引起的沉降与修正后的变形与固结沉降相加,得到最终沉降值,再与实际监测数据进行对比,证明该预测模型是有效的。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U455.43
【图文】：

国民经济联系起来。轨道交通最显著的特点就是载货量量、高密度的短、中、长途旅客运输中保持巨大的载运合中国经济地理特征和人民收入水平的重要运输方式。经运营城市轨道交通的城市共有 32 个，线路里程超过布城市轨道交通的规划，包括北京、天津、上海、广州交通运营里程突破 10000 公里[1]。地质分布情况国岩溶地质分布图[2]。我国是世界上岩溶地区分布最为省、广西省、广东省的岩溶地质最为突出。岩溶地质的交通建设和运营。地质环境、水文条件等因素都深刻影城市轨道交通是我国城市公共交通运输能力最为巨大的地区城市轨道交通的研究具有重大意义。

图 1-2 广州市主要构造示意图地区土洞形成过程及分布规律岩溶地区隐伏于可溶性岩层上覆土层内的空洞。土洞主要分为和地下水潜蚀形成的土洞。当土层是可被冲蚀的，岩层下有储时，地表水向下渗透对土层进行潜蚀作用，便产生了土洞，且粘性土层。土洞主要形成于岩溶地区，是岩溶作用的产物。形成条件与土质及土层厚度的关系形成于粘性土层，砂土及碎石土中不常见。、粘聚力大、水理性稳定的土层不易形成土洞。溶地层溶槽上覆软粘土土层，由于软粘土抗冲蚀能力弱，且处

原本已经堵塞空洞、裂隙口及与其相连的下部连通通道重新激活，成为了地下水集中活动的地段（图1-3（a））。（2）地下水位上升，地下水对土层的潜蚀作用加强，引起土层缺失，土层缺失的土体顺着下部连通通道落入下部溶洞中，至此，上覆土层初步形成土洞（图 1-3（b））。（3）地下水继续作用，土颗粒沿溶洞裂隙被带走，使上层土中的土洞继续向上拱形发展（图 1-3（c））。（4）土洞持续向上发展，土洞上覆层顶板变薄，当拱顶不足以支撑上部土的重量时，便发生塌陷（图 1-3（d））。（5）坍陷后，地面便为地表径流汇集场所，冲积物日益堆积，而后地表夷平，土洞停止了发育（图 1-3（e））。4

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 马浩然;;草原历险记[J];中国校园文学;2017年18期

2 覃秀玲;严明;蒋小珍;;ANSYS在土洞演化预警中的应用[J];中国岩溶;2009年03期

3 雷谦荣;;关于土洞问题的探讨[J];重庆建筑工程学院学报;1988年01期

4 邢献华;;铜陵市长江路土洞的形成发育[J];勘察科学技术;1989年06期

5 杨芸红;;基础施工中的土洞处理技术[J];福建建筑;2010年10期

6 陈启军;;覆盖型岩溶土洞塌陷数值模拟分析[J];人民珠江;2009年05期

7 简旭华;万家寨引黄工程总干线11~#洞03洞段土洞施工及塌方处理[J];山西水利科技;2002年03期

8 边新军;贾福胜;;土洞养菇 变废为宝[J];农业知识;2001年15期

9 李宝国;;土洞施工安全现状与对策分析[J];山西水利;2015年07期

10 王明胜;;老鹰山矿区潜伏土洞的形成探讨及处理方法[J];中国勘察设计;2009年06期

相关会议论文 前10条

1 钟世航;;陆地声呐法探查土洞的效果[A];中国地球物理学会第二十届年会论文集[C];2004年

2 刘文华;石丙飞;廖琼江;;岩溶地区建筑场地岩土工程勘察评价及基础类型分析探讨[A];中国地质学会工程地质专业委员会2007年学术年会暨“生态环境脆弱区工程地质”学术论坛论文集[C];2007年

3 潘卫平;;大型排涝隧洞进口土洞设计研究[A];水工隧洞技术应用与发展[C];2018年

4 葛红斌;刘毓氚;赵晓玲;;混合浆液压力注浆加固土洞地基应用研究[A];岩石力学与工程的创新和实践：第十一次全国岩石力学与工程学术大会论文集[C];2010年

5 章敏;于子忠;;引黄工程湿陷性黄土等土洞段的设计与施工[A];调水工程应用技术研究与实践[C];2009年

6 罗永长;;浅埋土洞施工的塌方处理技术[A];福建省第九届水利水电青年学术交流会论文集[C];2005年

7 姜伏伟;雷明堂;管正德;吴远斌;;土洞发育水动力判据及应用研究[A];2014年全国工程地质学术大会论文集[C];2014年

8 黄效白;王启铜;;复杂地层中土洞(溶洞)处理措施[A];锚固与注浆新技术——第二届全国岩石锚固与注浆学术会议论文集[C];2002年

9 张静;陈剑平;王清;;昆明红粘土工程地质性质研究[A];中国地质学会工程地质专业委员会2006年学术年会暨“城市地质环境与工程”学术研讨会论文集[C];2006年

10 池建军;范以田;陈艳会;辛凤茂;;国内某重点工程富水洞段施工[A];调水工程应用技术研究与实践[C];2009年

相关重要报纸文章 前6条

1 卓新隆　张克勤;会同土洞石煤勘探创多项“全国首次”[N];中国矿业报;2009年

2 首席记者 周怀龙　本报记者 李现文 通讯员 俄国庆 周芬;小土洞里的大产业[N];中国国土资源报;2013年

3 记者 陈国章;凤山地裂缝缘于土洞塌陷[N];中国国土资源报;2010年

4 张秀杰 （作者为通辽市博物馆副研究员）;从土洞掏出鲜卑金牌饰[N];通辽日报;2007年

5 通讯员 苏后生　赵军 杜华;80后农民工土洞里圆了创业梦[N];济南日报;2010年

6 王帝;南河东村土洞里刨出“金蘑菇”[N];中国特产报;2009年

相关博士学位论文 前2条

1 刘之葵;岩溶区溶洞及土洞对建筑地基影响的研究[D];中南大学;2004年

2 蒋小珍;线性工程路基岩溶土洞（塌陷）灾害防治综合研究[D];中国地质大学（北京）;2008年

相关硕士学位论文 前10条

1 容宇坤;岩溶地区隐伏型土洞对运营期城市轨道交通盾构隧道受力与变形的影响[D];华南理工大学;2019年

2 高明;典型区岩溶土洞形成环境研究[D];中国地质科学院;2012年

3 汪笑璇;岩溶地区路基土洞的稳定性分析[D];中南大学;2014年

4 赵帅军;武广客运专线英德段厚覆盖型岩溶区土洞顶板稳定性研究[D];成都理工大学;2009年

5 黎茂;框架—剪力墙结构与岩溶地基—基础共同作用地震反应分析研究[D];广西大学;2014年

6 胡文盼;地震作用下土洞地基—筏板基础—框架结构的共同作用分析[D];重庆大学;2012年

7 方大为;岩溶及土洞地球物理探测的应用研究[D];中南大学;2011年

8 范夏玲;路堤下伏溶（土）洞塌陷机理及其稳定性分析研究[D];福州大学;2013年

9 彭世寿;岩溶地区路基土洞勘察方法及处治措施适宜性研究[D];贵州师范大学;2007年

10 易介民;岩溶地区地铁隧道稳定性的数值模拟分析[D];华南理工大学;2011年

本文编号：2797332