充水溶洞對(duì)隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力變形的影響及治理研究.pdf

1、隧道作為交通運(yùn)輸線上的工程結(jié)構(gòu)物，具有良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，具有克服地形障礙、縮短里程、減少植被破壞與用地、疏導(dǎo)交通等作用。我國(guó)幅員遼闊，地形地貌差異較大且較為復(fù)雜，因此，隧道在我國(guó)鐵路、公路和城市軌道交通領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。其中，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和城市規(guī)?？焖僭黾?，城市地鐵交通方式的應(yīng)用亦愈發(fā)廣泛。
　　另一方面，隧道作為構(gòu)筑于地下環(huán)境的人工構(gòu)造物，受到地質(zhì)條件的直接作用。諸如溶巖溶洞等不良地質(zhì)條件可使得隧道工程質(zhì)量下降，甚至

2、釀成工程事故。其中，溶洞可使得地鐵隧道產(chǎn)生不平順、噪音、有害振動(dòng)和列車脫軌。我國(guó)地質(zhì)條件復(fù)雜，地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)，其中對(duì)隧道危害較大的溶巖溶洞不良地質(zhì)條件在我國(guó)分布較廣。因此，研究溶洞對(duì)地鐵隧道性能的影響規(guī)律與治理方法對(duì)于地鐵隧道維護(hù)具有重要意義。
　　本文選擇有限元數(shù)值計(jì)算方法作為本文的研究方法，并使用在地下工程領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的ABAQUS有限元計(jì)算分析軟件作為研究方法的實(shí)現(xiàn)工具。論文主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　（1）選取一溶洞多

3、發(fā)地區(qū)的地鐵隧道工程實(shí)例作為本文研究對(duì)象，并依據(jù)工程具體情況與相關(guān)研究成果對(duì)其進(jìn)行合理簡(jiǎn)化并構(gòu)造有限元計(jì)算模型。
　?。?）設(shè)計(jì)有限元計(jì)算算例，使用ABAQUS分別計(jì)算在不同位置出現(xiàn)不同大小的溶洞時(shí)，隧道結(jié)構(gòu)性能所受到的影響。由于溶洞對(duì)隧道中軌道平順的不利影響較為嚴(yán)重，故選取隧道底部豎向變形與變形影響范圍作為主要關(guān)注結(jié)果，分析不同溶洞位置、大小特征對(duì)隧道平順性的影響特征和規(guī)律。
　?。?）基于有限元計(jì)算結(jié)果，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法

4、擬合有限元計(jì)算結(jié)果。使用訓(xùn)練所得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可得到研究范圍內(nèi)，任意位置出現(xiàn)任意大小溶洞時(shí)，隧道底部變形量與變形影響范圍。該結(jié)果可為地鐵隧道快速便捷的評(píng)價(jià)溶洞對(duì)隧道的不利影響和進(jìn)一步治理方案的選取提供可靠依據(jù)。
　?。?）依據(jù)各治理方法的技術(shù)特點(diǎn)及其針對(duì)本文所研究工程實(shí)例的適用性，針對(duì)本文研究范圍內(nèi)的小型溶洞選取填充治理方法作為治理方法。分別研究該種溶洞治理方法的五種不同填充方案的治理效果，并通過(guò)相應(yīng)計(jì)算結(jié)果選取較優(yōu)治理方案。
　

5、　本文通過(guò)以上所做工作得出了研究范圍內(nèi)溶洞大小與位置對(duì)隧道不平順性的影響規(guī)律，并使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法對(duì)有限元模擬結(jié)果進(jìn)行正演擬合分析，可以得出研究范圍內(nèi)不同位置與大小的溶洞存在時(shí)，隧道底部變形量與變形影響范圍。目前在對(duì)地下隧道工程的研究分析中，鮮有學(xué)者采用有限元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的分析方法，通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法分析溶洞對(duì)地下隧道工程的影響可應(yīng)用于實(shí)際工程中的快速便捷得到溶洞對(duì)隧道結(jié)構(gòu)平順性的影響大小，工程技術(shù)人員可快速判斷出危害程度，同時(shí)本文提出了