贵阳地铁2号线溶槽带塌陷机理与防治措施研究

作     者：冯祎 

作者单位：西南交通大学 

学位级别：硕士

导师姓名：赵晓彦

授予年度：2020年

学科分类：08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：贵阳地铁 溶槽带 红黏土 塌陷机理 支护措施 

摘      要：贵阳城市轨道交通2号线是连接贵阳市白云区至龙洞堡区的骨干线,中心城区敷设形式主要为地下线路,全长43.8公里,总投资约194亿。塌陷是制约我国岩溶地区城市地下交通建设发展的主要地质灾害之一。贵阳市区岩溶地貌占总面积的71.8%,隐伏溶槽、溶沟、地下裂隙和溶洞发育。地铁隧顶设计标高常见于基岩与覆盖层接触地带。受岩溶作用影响,基岩表层多发育不同规模石芽与溶槽,形态复杂多变,难以精准预测。溶槽作为易汇水的凹切位置,所充填土体常呈软塑甚至流塑状态。当溶槽入侵隧道轮廓线时,极易导致隧道上覆土层发生塌陷。隧区覆盖土层成分以红黏土为主,其独有的水敏性和“上硬下软的分布特征,会对隧道的围岩稳定性产生进一步的不利影响,给地铁的掘进施工带来极大难度。矿山法为贵阳地铁2号线主要施工工法,多配合超前小导管预注浆和帷幕注浆实施预支护。由于溶槽带复杂的发育特征,超前小导管的支护体系在部分溶槽揭穿段的加固效果并不理想。帷幕注浆法支护性能更为优越,但工艺较为复杂,价格更为昂贵。研究地铁穿越溶槽带时的塌陷机理,预测具有塌陷隐患段落的塌陷范围和塌体形态,对岩溶地区合理采用隧道支护体系和塌陷防治措施具有重要的指导意义。本文依托贵阳地铁2号线白南区间工程,对溶槽带塌陷机理及防治措施展开研究,主要研究内容有:（1）通过现场调研和室内试验,研究隧区红黏土覆盖层的空间分布和物理力学性质、基岩发育形态和水的影响,总结溶槽带的发育特点。（2）根据白南区间的工程地质条件,结合塌陷拱理论和PLAXIS 3D数值模拟,提出地铁穿越溶槽带时诱发内部塌陷向地表塌陷的转化指标,并推导了两种塌陷模式下的三维塌体几何边界条件计算方法。研究区可将塌陷土洞埋深小于塌陷土洞计算高度的2.5倍作为内部塌陷模式转化为地表塌陷模式的判定标准。（3）根据溶槽带的发育特点和塌陷发育模式,总结超前小导管预注浆和帷幕注浆两种预支护体系的设计参数和工艺特点,并据此提出溶槽带中两种支护方法的选择建议:当计算未揭示地层为内部塌陷模式时,可采用超前小导管预注浆的方式实施预支护;若为地表塌陷模式,可采用帷幕注浆法进行加固。