在西安地区,出现了严重的地裂缝和地面沉降灾害,若采用降水施工法,在隧道还没有开挖前就有可能造成地表大面积沉降或地层发生断裂。因此,在施工过程中,采取非降水施工方法,减小地层产生的固结下沉,通过数值分析来预测、指导施工,保证隧道施工的安全,就成为本课题研究的主要内容之一。另外,还进一步分析了地铁隧道投入使用后,在地震动作用和水环境作用下的应力应变情况,为地铁的安全使用提供了一定的依据。 本论文采用非线性有限元程序ADINA作为计算工具,考虑流固耦合效应,利用ADINA中强大的流固耦合模块,建立了不同排水条件下地裂缝区段地铁施工过程的渗流一应力耦合模型和地铁投入使用后在地震作用和水环境作用影响下的渗流一应力耦合模型,同时对渗流、变形和沉降过程进行仿真模拟。并且结合西安地铁盾构隧道工程实例,提出钢筋混凝土衬砌结构和围岩结构的非线性有限元计算模型,应用ADINA分析了围岩与衬砌的应力场与位移场的情况,给出了隧道结构的应力、应变、结构整体位移图。通过对图形的分析,为盾构管片的设计提供了一定的依据。而对比不同条件下地表沉降的不同结果后发现,避免或者减小施工过程中以及使用过程中的地下水流失是控制地层变形的非常有效的手段。由于地铁穿过地裂缝的特殊性质,地震作用对地下工程的破坏影响应该引起足够的重视,必须拿出有效的解决方案。