《捷運隧道施工誘發地面塌陷的災變機理及預測模型》是依託北京交通大學，由張成平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：捷運隧道施工誘發地面塌陷的災變機理及預測模型
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：張成平
- 依託單位：北京交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
近年來，我國捷運隧道施工中地面塌陷事故頻發，造成了人民生命財產的重大損失。經統計發現：造成地面塌陷事故的兩大關鍵因素分別為管線滲漏和地層空洞。城市地層中存在大量具有初始滲漏的給排水管線及地層空洞，捷運隧道往往近鄰滲漏管線和地層空洞施工，施工的擾動作用一方面使管線滲漏加劇，促使其周圍土體力學性質弱化甚至引發管線破裂湧水，另一方面使原本相對穩定的地層空洞失穩坍塌，這兩種作用均易導致隧道上覆地層的失穩破壞進而引發地面塌陷事故。鑒於目前對於捷運隧道施工誘發地面塌陷的災變機理及預測方法研究尚不深入，使得地面塌陷事故的防控缺乏科學性，本研究在統計分析大量地面塌陷事故案例的基礎上，綜合運用施工擾動理論、滲流理論、突變理論、顆粒流方法和模型試驗方法，揭示捷運隧道施工中管線滲漏及地層空洞失穩誘發地面塌陷的災變機理及影響因素，建立隧道上覆地層失穩判據及地面塌陷災變預測模型，為地面塌陷的科學防控提供理論支撐。
結題摘要
近年來，我國捷運隧道施工中地面塌陷事故頻發，造成了人民生命財產的重大損失。本研究在統計分析大量地面塌陷事故案例的基礎上，採用模型試驗、顆粒離散元模擬和理論分析等研究手段，揭示了捷運隧道施工中管線滲漏及地層空洞失穩誘發地面塌陷的災變機理及影響因素，建立了隧道上覆地層失穩判據及地面塌陷災變預測模型，為地面塌陷的科學防控提供重要的理論支撐。主要研究成果如下：（1）通過對北京捷運隧道施工誘發的地面塌陷事故統計分析，明確了地層空洞和管線滲漏水是隧道施工過程中地面塌陷的主要誘發因素，並將地面塌陷按形成方式劃分為3種類型。（2）空洞的存在加速了地層破壞的發展進程，空洞與隧道空間位置關係對地層破壞有重要影響，隧道正上方的空洞受隧道開挖影響最大也最易失穩誘發地面塌陷；空洞直徑越大，地層失穩破壞越劇烈，瞬時性越強；空洞群的存在使地層失穩破壞速度加快，但空洞自身的破壞形式並沒有因為空洞群的存在而產生太大變化。（3）管線滲漏水弱化了地層的物理力學參數，削弱了隧道上覆地層的成拱效應；隨著管線滲漏水範圍的擴大，即使隧道不開挖其引起的地表沉降現象也越來越明顯，地表沉降值和沉降範圍也隨之增大；管線滲漏範圍的偏移會導致地表沉降最大點和地表沉降範圍的偏移，同時也會導致地表塌陷位置的偏移；管線滲漏水範圍會隨著管線內水壓力的增大而增加，由此導致的隧道開挖後地層破壞範圍也相應的增大。（4）基於突變理論，建立了城市隧道施工誘發地面塌陷的預測模型，利用該模型可計算得到隧道上覆地層厚度的臨界值，並將該臨界值作為地面塌陷發生與否的判據；基於預測模型給出了地面塌陷的影響因素，並分析了各因素的影響規律；理論預測結果和現場實測數據基本吻合，驗證了地面塌陷預測模型的合理性。（5）基於霍克-布朗破壞準則，採用泛函突變理論建立了淺埋隧道地面塌陷的突變模型，通過理論分析計算，建立了系統的總勢能函式，進而推導給出了淺埋隧道坍塌體形狀曲線的解析解；基於淺埋隧道坍塌的泛函突變模型，分析了圍岩參數對坍塌體形狀曲線的影響規律，並提出了深、淺埋隧道臨界埋深的判據。
