浅埋暗挖隧道邻近地层空洞施工影响分析与评价

发布时间：2020-10-28 04:16

　　 随着城市化进程不断加快,地铁和地下道路建设规模也在不断增长。然而,由于城市地区地质条件复杂,地层缺陷、管线渗漏等问题导致地层中存在空洞,对邻近浅埋暗挖隧道施工造成不利影响。因此,开展浅埋暗挖隧道邻近地层空洞围岩变形规律研究和地层空洞近接影响分区研究,并实现隧道邻近地层空洞施工影响分析与评价就显得极为重要。本文采用数值模拟、模型试验和贝叶斯网络理论等手段,对以上问题进行了系统的分析和研究,主要工作内容和成果如下:(1)利用FLAC~（3D）模拟了 45种空洞工况,得到在不同空洞位置、空洞尺寸和洞隧净距条件下浅埋暗挖隧道围岩变形规律,数值模拟结果表明,整体上,空洞尺寸越大,地层变形越大,围岩破坏越严重;在2～3m范围内,洞隧净距减小,围岩稳定性变差,地层变形增大;同时,空洞在隧道斜上方、侧方和斜下方时对浅埋暗挖隧道施工安全影响较大。(2)通过开展三维模型试验,对不同空洞条件共9种工况进行研究,得到相应地表沉降变化规律,试验结果表明,空洞在隧道上方时,洞隧净距越小,地表沉降越大;空洞尺寸增大,地表沉降与沉降槽宽度增大;空洞在隧道斜上方和侧方位置时,地表沉降槽曲线向空洞一侧偏移,且地表沉降值大于空洞在隧道上方位置,以上试验结果与数值模拟结果基本吻合。(3)参考隧道近接施工影响分区方法,并结合数值模拟结果得到的地表附加位移和隧道围岩附加位移变化规律,尝试对浅埋暗挖隧道邻近地层空洞近接影响分区进行划分。基于地表附加位移准则和隧道围岩附加位移准则,得到不同空洞尺寸下的影响分区结果。(4)基于贝叶斯网络理论和方法,利用数值计算结果建立浅埋暗挖隧道邻近地层空洞施工安全风险分析模型,开展风险因素分析、风险预测和风险诊断。通过风险因素分析,得到风险等级排序为:空洞位置空洞尺寸洞隧净距;通过风险预测,得到不同空洞参数条件下的风险等级概率分布和最大概率风险等级;通过风险诊断,由已知围岩变形结果得到空洞风险因素概率分布和最大概率空洞状态。此外,本文结合实际提出了浅埋暗挖隧道邻近地层空洞施工安全风险控制体系,通过数据库构建、模型构建等手段最终实现风险控制,为浅埋暗挖隧道邻近地层空洞施工安全提供保障。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U455.4
【部分图文】：

??基础，从而形成系统的研究成果。本文研宄技术路线如图１．２所示：??浅埋暗挖隧道邻近地层空?＼、、??／?洞围岩变形规律研宄??！?Ｉ?■?：??Ｉ?Ｉ??：?数值模拟?｜模型试验｜?ｉ??｜?Ｉ?１?，?ｉ??；?不同空洞大小、洞隧净距、?不同空洞大小、洞??：?｜空洞位置１４５种工况?險净距、空洞位置?；??ｉ?｜?共９种工况?：??！?［？］?［？］?ｆＳ］?Ｉ?地表沉降监测?Ｉ?ｉ??ｉ?面发区分?水平?拱顶沉降?Ｉ?Ｊ?Ｉ??Ｉ?展变?布变?位移?沉降?变化，互相验证?ｉ?Ｉ地表沉＇降变化Ｉ?：??：?化规?化规?变化?变化?规律?舰撕￣Ｉ?＾??；??＼?Ｌ＾Ｊ?Ｌ？Ｊ?Ｉ规律Ｉ?Ｉ规律Ｉ丨?丨?／??Ｌ??ｚｒ????????数据支持?规律支持??Ｉ????４?应用???????／?浅埋暗挖隧道邻近地＞空洞近接影响分区Ｉ?＼、＿／浅埋暗挖隧道邻近地层空洞施工、??１?＼：?影响分析与评价?ｉ??：?Ｉ?？?；；?］?；??ｉ?地表附加位移｜?｜隧道围岩附加｜?：：?ｊ￣￣＇￣?￣＼?：??ｉ?１判定，准则＿?｜锋移判＾定准则?：；浅埋暗挖?浅埋ｂ音挖?：??：?ｒ?１?ｔ?１—ｊ?ｉ：?隧道邻近?險道邻近?‘：??；１—＊—?—＊—?—＊—ｉ：?地层空洞?地层空洞?丨??丨直径Ｉｍ空洞?直径２ｍ空洞?直径３ｍ空洞丨丨?施工安全?施工安全?丨??：?Ｉ?Ｉ?Ｉ?：！?风险分析?风险控制?：：??ｉ?「」?ｒ－Ｊ—

?方位置定为０°线，隧道斜上方、隧道侧方、隧道斜下方和隧道下方位置分别对应??为４５°、９０°、１３５°和１８０°。图２．１为模型示意图。???６０ｍ???．０°??Ｉ??中?／４５°??１２ｍ?４．?／??—Ｕ?６ｍ?〇■〇■〇■?－－?９０＊??Ｚ?ｆ?＼??＿?！?＇、１３５。?４５ｍ??Ｉ?１８０°??空洞ｚ??图２．１模型示意图??Ｆｉｇ．２．１?Ｍｏｄｅｌ?ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ??由于空洞的产生原因复杂多样，空洞形状往往并不规则，而是由多方面的因??素决定的，但对于一个周边围岩稳定的洞室而言，应达到的目标是使空洞周边围??岩受力分布合理。由于圆形孔周边应力集中程度相对较小，很明显无折角的曲线??形空洞周边围岩的稳定性要远好于有折角的直线形空洞，因此国内外学者多将地??层空洞简化为圆形或椭圆形［７］。此外，本文主要研究空洞大小、洞隧净距以及空洞??位置等因素对浅埋暗挖隧道施工安全影响，而空洞自身形状特征并没有分析。因??此，为了简化和保证模型试验的可行性，本文将空洞假定为圆形进行分析。??本文主要研究城市浅埋暗挖隧道施工中遇到的地层空洞问题

２．３．１隧道上方空洞对围岩变形影响规律??（１）地表沉降规律??如图２．２所示，当空洞在隧道上方时，空洞直径越大，洞隧净距越小，最大地??表沉降越大，表明空洞尺寸越大、空洞距离隧道越近，对围岩变形影响程度越大。??随着空洞直径增大，当空洞距离隧道越近，地表沉降增大幅度越大，空洞与??隧道的距离效应（即地表沉降随洞隧净距变化而变化的幅度）更加明显。当空洞??直径为ｌｍ时，洞隧净距ｌｍ的最大地表沉降为－１２．７６ｍｍ，而洞隧净距３ｍ的最大??地表沉降为－１１．９１ｍｍ，两者仅相差０．８５ｍｍ，即当空洞直径为ｌｍ时，洞隧净距增??大对地表沉降影响并不显著；当空洞直径为２ｍ时，洞隧净距ｌｍ的最大地表沉降??为－１８．９３ｍｍ，洞隧净距３ｍ的最大地表沉降为－９．４０ｍｍ，两者相差９．５３ｍｍ，空洞??的距离效应明显增强；当空洞直径为３ｍ时，空洞的距离效应更为显著。??此外
【参考文献】

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本文编号：2859572