针对运营期岩溶地质变异、地铁列车振动、偶然地震、三种因素作用下管片结构的变形、应力以及地层状态的研究能够为岩溶地区盾构隧道的正常安全运营提供重要的保证。鉴于目前该课题研究的相对缺乏,本文结合广州地铁9号线岩溶地质,采用数值模拟手段对地铁列车振动与偶然地震作用下盾构隧道周边隐伏溶洞大小及距离变化时管片和地层的动力响应进行分析,并结合经验公式对管片结构的疲劳寿命及隧道基底溶洞填充物的累积沉降进行研究,成果如下:(1)基于运营期盾构隧道管片结构的变形和强度评判准则,分析了列车振动和偶然地震作用下管片的动力响应。计算结果表明,列车振动作用下隧道周边存在溶洞的全部数值试验方案中管片变形和应力均满足限制要求,地震动载作用下部分存在溶洞的数值试验方案中管片应力强度不满足限制要求。并基于此提出了偶然地震发生时满足盾构隧道管片强度稳定性要求的底部、侧边溶洞安全距离和溶洞临界高度。(2)通过对运营阶段列车振动和偶然地震作用下地层最大剪切应变分布情况分析,以溶洞与隧道之间有限岩柱最大剪切带贯通趋势明确了运营动载作用下满足溶洞稳定性要求的溶洞与隧道安全距离和溶洞的临界高度。(3)借助混凝土标准试件疲劳经验公式预测了反复列车振动作用下盾构隧道受底部溶洞影响时管片的疲劳寿命,并以管片的受拉疲劳寿命为评判依据,明确了满足盾构隧道管片设计使用年限的底部溶洞的安全距离和临界高度。(4)结合隧道基底软土累积沉降经验公式预测了反复列车振动下盾构隧道底部全填充型溶洞填充物的累积下沉量,并以隧道正常运营设计年限内填充物的累积变形为控制标准,明确了满足盾构隧道运营基底稳定性要求的底部全填充型溶洞的安全距离和临界高度。