密 级 公 开
分类号 TU94
工 程 硕 士 学 位 论 文
西安地铁 4 号线跨越地裂缝灾害研究
李尚哲
指导教师 韩永强 教授
潘振华 高级工程师
申请学位级别 工程硕士 工程领域 建筑与土木工程
2018 年 5 月 11 日
西安地铁 4 号线跨越地裂缝灾害研究
工程领域：建筑与土木工程
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摘 要
从上个世纪五十年代以来，西安市区先后共发现了 14 条主地裂缝以及数条次裂缝，
地裂缝经过的地方，对各类工程建筑、交通设施造成不同程度的损害，给西安市带来了不
小的经济损失。伴随着城市建设规模的扩大，西安市规划发展城市快速轨道交通，目前正
在施工建设的地铁 4 号线由北到南跨越 14 条地裂缝。地铁作为一种线性工程，鉴于现场
的实际条件，地铁隧道部分行车区段不能做到避让地裂缝，所以需要在工程上做到跨越地
裂缝；因此，明确地铁 4 号线沿线地裂缝成因机理和活动规律，以及线路大角度和小角度
跨越地裂缝时对隧道结构的影响机制，对于解决地铁 4 号线跨越地裂缝的工程灾害问题是
具有十分重要的意义。
本文以西安地铁 4 号线隧道跨越地裂缝为研究背景，结合以往资料，首先介绍了地铁
4 号线沿线地裂缝的分布与活动规律；其中线路与地裂缝 f3、f8、f9 呈小角度交汇，其余
地裂缝均与线路呈大角度交汇，这些地裂缝会给 4 号线隧道工程项目的建设和建成之后的
正常运行造成影响。
其次，本文分析了地铁 4 号线沿线地裂缝的成因机理。通过对以往资料的分析和整理，
认为构造运动是西安地裂缝出现的内在主导因素，加上西安特有的地貌，地裂缝表现出其
构造性质；过度开采地下承压水是西安地裂缝形成的外在主导因素，断裂层的运动导致两
侧地层出现结构差异，加上长期过度开采地下承压水带来的影响，地层容易产生差异沉降，
过度开采地下承压水是地裂缝超常活动的直接原因。
运用 MIDAS/GTS NX 有限元程序建立地铁隧道结构分别在小角度（25o）和大角度
（75o）情况下跨越地裂缝的数值模型，隧道结构与地裂缝相互作用，从地铁隧道受力、
变形、破坏、影响范围和地层位移这几个方面对建立的模型进行模拟分析。指出地铁在小
角度（25o）跨越地裂缝时，隧道结构发生的变形以剪切为主，加上扭转变形，变形范围
主要在其附近 倍隧道直径的范围内，且下盘范围略大于上盘；地铁在大角度（75o）
跨越地裂缝时，隧道结构发生的变形以拉张-剪切为主，局部有扭转和弯曲变形，变形范
围主要在其附近 倍隧道直径的范围内，且下盘范围略大于上盘；
最后，根据在前几章的内容可以得出，当地裂缝活动量达到一定值时，地铁隧道结构
就会产生破裂破坏；为保证地铁隧道结构能够顺利跨越地裂缝，本文从结构、防水、监测
与预警等方面提出防治措施。
关键词：西安地裂缝；成因机理；西安地铁；相互作用；数值模拟
Study on the Ground Fractures Disaster crossed by
Xi'an Metro Line 4
Discipline: Architecture and Civil Engineering
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