摘要
煤层开采后由于改变了地下岩土体应力状态使采空区围岩产生了变形破坏现象，对地铁隧道构成了较大的安全隐患。因此研究地铁隧道穿越采空区稳定性对于预防安全事故具有重要的现实意义。本文以广州市地铁某区间隧道穿越煤层采空区为依据，应用数值模拟方法进行隧道失稳区长度与采空区主要因素的变化规律分析、隧道穿越典型采空区稳定性分析、隧道穿越采空区施工方法比选、隧道穿越失稳典型采空区治理研究。主要成果有: (1)依据研究区地质和采空区资料阐述了研究区岩土层、水文地质、地质构造、煤层分布和开采特征，确定了采空区分布和采空区工程地质特征。 (2)应用数值模拟软件和Origin软件分析了隧道失稳区长度与采空区厚度、倾角因素变化规律。结果表明:隧道失稳区长度与厚度呈现线性正相关，对于上覆采空区段隧道，随着倾角增大失稳区长度逐渐减小，曲线下降斜率呈现先增大后减小变化，倾角从30°增至40°时失稳区收缩最为显著。对于下伏采空区段隧道，失稳区长度与倾角呈现负相关，厚度为3～5m时曲线下降斜率先增大后减小。 (3)隧道盾构至典型采空区区间起始端部时，A1标准块和B2邻接块内部容易产生拉断破坏;盾构至近距离采空区中部时，B3邻接块与A4标准块连接处容易产生严重变形现象;盾构至采空区区间终止端部时，A7标准块容易发生拉断现象;当隧道贯穿采空区阶段，管片变形破坏程度加剧;煤柱失稳活化使A1、A2、A5、A6、A9标准块、B1和B4邻接块、K2封顶块应力释放程度增强，变形破坏程度显著。管片直径变形、轴线和高程偏离均不能满足安全需要，采空区段隧道处于失稳状态。 (4)应用数值软件分别进行上覆采空区超前小导管和下伏采空区注浆充填治理下、采空区均采用注浆充填治理下隧道盾构穿越模拟，分析并确定较为合理的施工技术方法。结果表明:隧道穿越注浆充填区时管片应力集中程度低，管片直径变形、轴线和高程偏离均满足安全要求，属于较为合理的施工方法。 (5)采用数值软件进行注浆充填失稳典型采空区下隧道穿越模拟，分析并评价地铁隧道稳定性。结果表明:在盾构支护和运营阶段，管片应力释放程度低、管片力学强度大，管片变形属于允许范围，典型治理区段地铁隧道处于稳定状态。 可见通过地铁隧道穿越煤层采空区研究可以掌握隧道围岩和管片变形破坏规律，确定隧道穿越采空区较为合理的施工方法，为地铁安全穿越煤层采空区提供参考。
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