在我国,碳酸盐岩总面积约占我国国土总面积的三分之一,岩溶地区工程问题的重要性日益凸显。目前,对岩溶地区盾构隧道施工期的研究较多,而对运营期的研究较少,尤其是对岩溶地区盾构隧道运营期的地震响应研究较为缺乏。此外,对岩溶地区场地土层的地震响应研究也较少。因此,有必要开展岩溶地区运营期盾构隧道及土层的地震响应研究。现有研究中对溶洞的模拟多简化成单个溶洞考虑,没有考虑溶洞的空间分布,而实际上溶洞的分布十分复杂,因此,如何更接近实际地模拟溶洞分布对研究岩溶地区工程问题具有十分重要的意义。基于上述的问题,本文以广州地铁九号线工程为背景,针对勘察时已发现的、位于施工期溶洞预处理范围以外的盾构隧道底部下方的溶洞,不考虑溶洞呈串珠状分布和溶洞之间存在连通的情况,将其视为近似呈平铺状的分布,考虑溶洞随机分布的影响,采用数值模拟方法,对岩溶地区运营期盾构隧道及周围土层的地震响应开展研究,以预测现阶段地铁设计中的溶洞处理原则能否满足盾构隧道运营期的安全要求。本文的主要研究工作有:(1)基于前人对溶洞随机分布的研究成果,考虑岩溶地区溶洞形状、大小、密度和位置的分布特征,引入溶洞体积率和随机参数,模拟溶洞的随机分布。(2)根据溶洞随机分布的模拟方式确定不同溶洞体积率条件下的溶洞分布方案,利用Midas GTS NX建立无溶洞条件和各溶洞体积率条件下的三维有限元模型,对比研究了无溶洞条件和各溶洞体积率条件下的运营期盾构隧道在不同地震波作用方式下的地震响应。同时,对比研究了无溶洞条件和各溶洞体积率条件下的运营期盾构隧道周围土层在不同地震波作用方式下的地震响应。经过研究分析,对于埋深约7m,上部位于砂层,下部位于粉质黏土层的盾构隧道,当对隧道底部下方溶洞顶板厚度大于或等于2m的溶洞不做处理时,在地震作用下,有以下结论:(1)地震波分别沿隧道横向、竖向、横向+竖向作用时,隧道底部溶洞的存在及溶洞体积率的改变对盾构隧道及其周围土层的相对位移和加速度没有明显影响,隧道管片主应力随隧道底部溶洞体积率的增大表现为先增加后减小。(2)地震波分别沿隧道横向、竖向、横向+竖向作用时,目前广州地铁对隧道底部下方溶洞顶板厚度大于或等于2m的溶洞不进行处理的原则总体上满足运营期盾构隧道的安全要求。