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原文传递地铁隧道施工扰动下含缺陷土岩复合地层失稳风险及控制研究

论文题名：	地铁隧道施工扰动下含缺陷土岩复合地层失稳风险及控制研究
关键词：	土岩复合地层;地铁隧道;地层缺陷;施工扰动;模型试验;风险评级
摘要：	随着我国城市化进程加快，地铁隧道工程正在大规模开展，与此同时，地铁施工造成地表开裂、塌陷等事故屡见不鲜，因此，关于地铁隧道施工稳定性及风险的研究引起了高度关注。地铁隧道建设作为一项高风险工程，在建设过程中受地质条件、设计因素及施工环境等诸多因素的影响，具有规模大、风险高、客观条件复杂等特点。地层缺陷具有高度隐蔽性，威胁地铁隧道施工安全性，土岩复合地层隧道施工扰动下，地层变形特征及应力传递规律更复杂，并且地层缺陷对土岩复合地层隧道施工稳定性影响的不确定性更显著。基于此，本文依托国家自然科学基金项目（51978356）：地铁隧道施工扰动下含缺陷土岩复合地层灾变机制研究，以青岛市含缺陷土岩复合地层为工程背景，采用了理论分析、数据调研、数值模拟、模型试验等研究方法，就土岩复合地层含缺陷条件下地铁隧道施工稳定性及风险进行了研究，主要结论如下：　　（1）统计了我国2014~2019年间典型地铁隧道事故案例并进行数据分析，共收集到事故案例117起，其中坍塌事故有53起，在所有事故类型中所占比重最大。通过对53起坍塌事故的主成因分析及分类整理，认为造成地铁隧道施工坍塌事故的风险指标主要包括：隧道埋深、围岩级别、施工工法、支护强度、地层缺陷、大气降水、地下水影响、路面交通荷载、施工质量、施工经验及施工管理等因素。　　（2）采用ABAQUS有限元数值计算软件，研究了隧道正上方，斜上方及隧道拱脚位置处存在不同洞隧净距空洞时的地层变形规律，计算结果表明当洞隧净距一定时，空洞位置对隧道围岩变形和地表沉降结果的影响排序为：隧道拱脚外侧空洞gt;斜上方空洞gt;正上方空洞；当空洞位置一定，隧道与地层空洞间的距离自2m不断增大时，空洞对围岩变形的影响程度逐渐减小，隧道开挖引起的地层变形也随之减小，说明隧道远离地层空洞施工会更加安全。　　（3）采用二维模型试验系统对土岩复合地层中存在地层空洞时的隧道开挖过程进行模型试验研究，研究了隧道上方，斜上方及隧道拱脚位置处存在不同洞隧净距空洞时六种工况下的地表沉降变化规律及地层破坏形态，模型试验结果表明当洞隧净距为2m时，空洞位于隧道拱脚外侧时为当前工况下隧道施工的最不利位置；当空洞位置一定时，空洞与隧道间的距离越大，最大地表沉降值越小。得到的模型试验结果与数值模拟结果基本一致。　　（4）依据事故案例统计结果中的风险源指向将地铁隧道施工风险等级按照地质条件等级，设计因素等级和施工因素等级三部分综合评定，据此提出一种地铁隧道施工风险评价方法，并依据风险评级体系采用数据样本学习和专家经验法结合建立起贝叶斯网络结构。　　（5）已建立的贝叶斯网络结构模型的准确性通过Netica软件自带的结果预测和敏感度分析功能得以验证，将该网络模型进行工程应用，得到与工程现场实际一致的风险结果，印证了模型的工程实用性。针对地层缺陷因素提出了相应的风险控制措施。
作者：	栾绍顺
专业：	地质工程
导师：	曲成平;张素磊
授予学位：	硕士
授予学位单位：	青岛理工大学
学位年度：	2021