随着国民经济的快速发展,城市地铁建设规模越来越大,在岩溶和淤泥组合地层中修建地铁隧道的情况已经屡见不鲜。隧道附近存在溶洞时,特别是溶洞塌陷情况下,使得隧道周边土体的应力场和地下水的渗流场发生流固耦合作用,破坏了其结构的完整性,影响地铁隧道的正常运营;软土地层中的地铁隧道特别是隧道结构下卧层存在一定厚度的淤泥土层时,淤泥的排水固结会使得隧道结构的曲率半径、坡度、坡长发生变化,使得隧道发生变形,增加作用在隧道结构衬砌管片上的附加应力;二者均会使得隧道结构的变形、附加应力和弯矩发生改变,进而影响隧道结构的安全性和耐久性。广州市正在运营的地铁2号线、5号线、6号线、8号线等均有穿越石灰岩分布的区域,岩溶较为发育,且广州市属于珠江三角洲冲洪积平原地貌,淤泥土层等不良地质分布较为广泛。基于此,论文以广州市地铁八号线北延段小坪站及附近区间为研究背景,结合场地的地质勘查资料,有针对性地对岩溶和淤泥组合地层中地铁隧道结构的变形特性进行研究,分析岩溶和淤泥共同作用下隧道结构衬砌管片的变形、附加应力和弯矩的变化情况,并在此基础上采用大型通用三维有限元分析软件Midas-GTS为研究手段进行全方位的分析,提出了岩溶和淤泥土的处理措施,主要研究内容和研究成果如下:(1)根据现有的溶洞塌陷理论和溶洞塌陷的极限平衡条件,分析溶洞塌陷的原因、溶洞塌陷的极限状态、隧道与溶洞间的安全厚度、溶洞塌陷状态下对地铁隧道结构衬砌管片的影响,并建立岩溶区溶洞丧失平衡计算模型。(2)根据现有的淤泥土固结沉降相关理论,淤泥土排水固结基本模型建立隧道底部淤泥土固结沉降公式,根据流固耦合的基本原理,分析溶洞存在和隧道底部淤泥土排水固结共同发挥作用时对地铁隧道结构衬砌管片的影响。(3)通过上述岩溶区溶洞丧失平衡计算模型和淤泥土固结沉降公式,针对广州市地铁八号线北延段小坪站及附近区间岩溶和淤泥组合地层的实际工程案例,对研究区隧道结构与溶洞间安全厚度、溶洞塌陷形成的力学条件,淤泥地层中隧道的变形进行计算,并通过有限元分析对此进行论证。(4)采用大型通用有限元软件Midas-GTS,确定溶洞塌陷状态的判定条件,分析在改变隧道结构底部与溶洞的距离、溶洞直径两个变量因子的情况下,地铁隧道结构衬砌管片的变形、附加应力和弯矩的情况,同时考虑地下水位变化时,淤泥土发生排水固结情况下对于地铁隧道结构衬砌管片的影响。(5)根据上述的综合分析,对隧道穿过岩溶和淤泥土组合地层这一实际情况,提出相应的岩溶处理措施和下卧层淤泥土处理措施。