双圆地铁运营动力响应及隔振研究

研究目的:地铁列车运营引起的周围环境振动研究是近年来的热点课题,如何在贴近实际工程的情况下准确、快速地对地铁隧道及地基的振动变形作出计算预测是研究的关键所在。为研究双圆地铁运营时的动力响应问题及隔振沟的减振效果,本文基于2. 5维有限元法首次建立双圆地铁列车-轨道-地基土分析模型,分析双圆地铁运行荷载下隧道埋设深度、列车行车速度等重要因素对地基及轨道振动的影响,以及空沟、填充沟及波阻板的隔振效果。研究结论:(1)列车运行速度越大、隧道埋深越浅,地表振动强度越大;(2)在隧道隔振措施方面,空沟前振动存在放大的现象,空沟的隔振作用体现在沟后;填充沟、波阻板整体隔振效果较好,增大填充沟深度、宽度以及波阻板厚度可有效提高减振效果;(3)双圆地铁运营时的动力响应及隔振沟减振研究成果可为今后地铁振动预测及隔振措施设计提供参考。     

地铁列车振动荷载对下叠并行新建城际铁路盾构隧道的动力响应分析

以新建佛莞城际铁路盾构隧道与广州地铁3号线明挖段矩形隧道交叠并行工程为依托,研究地铁列车通过明挖隧道时产生的振动荷载对下部新建盾构隧道衬砌结构的动力响应,并对不同列车振动荷载下新建盾构隧道衬砌结构的动应力进行了分析.使用激振力函数法模拟地铁列车振动荷载,选取下部新建盾构隧道典型监测断面的监测点来研究在地铁列车振动荷载作用下衬砌结构的振动加速度、应力和竖向位移响应特性.结果 表明:轨道结构质量越差,列车运行速度越快,车体质量越大,列车振动荷载的幅值也相应增大;在地铁列车振动荷载作用下新建盾构隧道衬砌结构存在着明显的动力影响区;新建盾构隧道衬砌管片竖向位移曲线呈"W"形,且拱顶处的竖向位移幅值最大;随着地铁列车运行速度加快,新建盾构隧道的竖向沉降亦随之增大,地铁列车运行速度每增加30 km/h,隧道衬砌结构的竖向沉降平均增加2.66％.     

地铁列车动载作用下盾构隧道底部溶洞对管片动力性能的影响

由于我国岩溶地质分布广泛,随着城市轨道交通建设规模不断扩大,越来越多的盾构隧道不可避免地穿过岩溶发育区。目前,针对隐伏型岩溶的盾构隧道在运营期的动力响应及寿命评估的研究仍较为缺乏,尤其是运营期地铁列车在长期高频反复荷载作用下,隧道底部不同工况的溶洞对管片动力性能的影响尚未得到关注。以广州地铁9号线岩溶地质为例,制定了隧道底部存在溶洞时的详细数值试验方案,采用数值模拟手段对运营期地铁列车反复振动作用下盾构隧道底部隐伏溶洞大小及距离变化时管片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进行预测,可为类似问题提供参考和借鉴。     

基于地铁列车运行引起的振动预测模型的浮置板轨道减振效果研究

针对地铁列车运行引起的隧道及土层振动响应问题提出数值预测模型。该模型根据移动荷载作用下动力响应解,将地铁列车运行引起的振动问题归结为计算频率-波数域内传递函数和频域内移动轴荷载问题。传递函数采用三维周期性有限元-边界元耦合模型计算,移动轴荷载主要考虑为频域内轨道不平顺激励下轮轨接触力。利用上述模型计算北京地铁4号线北京大学东门站北侧区间地铁列车运行引起的振动响应,并结合现场振动实测数据探讨该区间浮置板轨道减振效果。结果表明:模型具有良好适用性,可应用于地铁列车运行引起的振动预测;浮置板轨道是一种有效减振措施,在其工作频段内有明显减振效果,但在低频,浮置板轨道不能起到减振作用。     

地铁列车振动荷载作用下近接隧道动力响应分析

地铁列车振动引起的动力响应是地铁营运期间的重点问题。为研究地铁列车振动荷载作用下近接隧道的动力响应,依托工程实例,以激振力函数法模拟列车振动荷载,利用FLAC3D软件建立隧道及周围土体三维数值模型,对近接隧道结构不同位置的振动加速度、应力、位移响应进行模拟分析。结果表明：(1)隧道底板的加速度响应大于顶板,左侧壁、中板和右侧壁,中部位置的测点加速度峰值最大;(2)隧道左侧壁和右侧壁上测点距底板距离越大,应力响应越小,而中板上测点的应力响应基本不随距离变化;(3)隧道底板上各测点竖向动位移均随时间不断增大,并且大致可分为3个阶段,随着底板上测点与地铁隧道的距离增加,其竖向动位移量呈线性减小。     

列车荷载作用下高铁隧道下有小净距地铁隧道穿越时的结构动力响应特性模拟分析

基于某地铁线路以极小净距下穿京张高铁盾构隧道工程,采用人工激振函数模拟列车振动荷载,分析不同工况下的隧道动力响应特性,探讨了高铁隧道结构的振动加速度、振动速度及竖向位移规律。模拟研究结果表明:隧道监测点振动幅值变化不仅与振动强度有关,还与激振源荷载作用位置有关,高铁隧道中心截面前后±15 m范围内的位移响应最大;隧道交叉位置呈现显著的振动放大现象,造成列车动荷载影响下衬砌结构薄弱区;振动响应总体趋势为自仰拱向拱顶逐渐衰减,即仰拱为隧道振动响应的最不利位置;考虑不同工况,高铁隧道结构的最大振动加速度、振动速度和竖向位移分别为110.204 mm/s~2、3.006 mm/s、0.043 4 mm,低于结构安全振动控制标准的限值,满足安全要求。     

移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应的频域—波数域比例边界有限元法分析

基于比例边界有限元法与傅里叶积分变换,分析移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应。考虑到移动荷载运动方向与地铁隧道轴线方向的一致性,将半无限弹性空间动力控制方程进行频域—波数域的傅里叶积分变换;在变换域内,隧道径向采用比例坐标系,环向采用有限元意义离散,在计算域内利用Galerkin法,建立频域—波数域内的比例边界有限元方程,进而推导出半无限空间动力刚度的一阶微分矩阵方程;再利用高频渐近展开和傅里叶积分逆变换,得到时间—空间域系统的动力响应。该方法极大地减小了计算分析量,同时避免了无限边界的计算误差。利用该方法进行实例计算的结果表明:随着荷载移动速度的增大,地铁隧道振动波传播到土体表面,引起的土体振动有放大增强的现象,将会对地铁隧道上部结构的安全性造成一定影响。     

下穿高速铁路浅埋盾构隧道管片动力响应特征分析

以广州地铁9号线下穿武广高速铁路为工程案例,采用ABAQUS建立隧道-地层-路基三维耦合有限元分析模型,通过施加简化后的高速铁路列车振动荷载,研究了不同埋深条件下盾构管片和螺栓的动力响应。结果表明:随着埋深的增加管片最大主应力先减小后增大,埋深7 m时管片最大主应力最小,约为1.21 MPa;列车振动荷载作用下隧道拱底为受力最不利位置,且环向螺栓的最大主应力峰值远小于纵向螺栓;随着埋深增加拱底纵向连接螺栓的最大主应力峰值由30.35 MPa减小至13.86 MPa,远小于螺栓的屈服强度。     

列车振动荷载作用下高速铁路近距地铁平行隧道的动力响应特性分析

为研究高铁列车和地铁列车同向以不同速度行驶时的振动对高铁隧道衬砌结构的影响,采用模拟的列车振动荷载,在铁轨上施加对轮轴的模拟振动荷载并考虑列车速度来研究同向列车振动荷载下高铁隧道衬砌的动力响应特性。结果表明:在同向行驶的列车振动荷载作用下,对于隧道特定监测点而言,存在一个列车行驶振动响应的影响区,列车行驶至该监测点时,其振动响应最大;高铁隧道中部横断面衬砌振动响应从上到下逐渐增大,拱脚、拱底竖向应力幅值分别为拱腰的1.63、2.26倍,加速度最大幅值分别为拱腰的1.21、1.29倍。     

公轨合建大直径盾构隧道车辆振动响应数值分析

对于大直径水下盾构隧道,研究并讨论列车振动荷载对隧道结构安全性及地基稳定性具有重大意义。以三阳路公铁合建长江隧道工程为背景,采用2.5维数值计算程序对三阳路长江隧道段典型断面处进行计算分析,研究地铁振动荷载和汽车振动荷载耦合作用对隧道结构及隧道下覆粉细砂层稳定性的影响。计算结果表明:(1)在地铁振动荷载与汽车振动荷载联合作用下,隧道衬砌结构的位移振动响应量值及受力情况均较小,振动荷载不会对衬砌结构自身产生不利影响;(2)列车和汽车车队耦合荷载引起隧道下覆饱和粉细砂层超静孔隙水压力在隧道正下方衰减较为缓慢;(3)隧道下覆饱和粉细砂地层由正常的地铁振动荷载及汽车荷载激发的超静孔隙水压力不会超过1 kPa,在正常地铁荷载及正常汽车荷载单独作用或联合作用下,该饱和粉细砂地层能够保持稳定,不会发生液化失稳。     

地铁隧道下卧土体动力特性模型试验研究

研究目的:地铁车辆动荷载的长期作用会使隧道产生不同程度的沉降,对其运营稳定性产生不利的影响,对于饱和软土地层条件,隧道的沉降更为明显。开展动荷载作用下地铁隧道下卧土体的动力稳定性研究,有助于正确认识地铁运营荷载对周围土体的影响,并为隧道周围土体的加固提供依据。研究结论:通过分析盾构隧道的运营受力特征,设计了物理模拟试验系统,对地铁盾构隧道下卧粉质黏土的动力特性进行了研究,分析了不同荷载幅值、不同频率条件下隧道下卧粉质黏土的动力响应特性,并对动荷载作用下隧道的沉降特征进行了分析。试验结果表明,盾构隧道下卧粉质黏土在动荷载的作用下,土体的动力响应随距离的增加而衰减,且距离隧道越近衰减趋势越明显。动荷载峰值越大,隧道沉降越大;荷载峰值相同、振动次数一定时,荷载振动频率越低,隧道的竖向沉降越大。     

不同时速下地铁多种轨道结构现场测试与分析

近年来地铁振动污染问题日益突出,地铁中亦采用多种减振轨道结构型式用于减振。为详细评价各种减振轨道结构的减振效果,以地铁动力测试为依托,在频域内分析4种轨道结构各测试断面在不同时速下的振动特征。结果表明:对于长枕埋入式整体道床轨道而言,行车速度的增加对钢轨、道床、隧道竖向加速度低频范围内的影响较大,而在中高频影响较小。对于GJ-Ⅲ型中等减振扣件轨道,随着行车速度的增加,GJ-Ⅲ型中等减振扣件轨道减振效果下降较明显。同时随着行车速度的提高,橡胶隔振垫浮置板轨道仅对浮置板和隧道减振效果较稳定,而钢弹簧浮置板轨道对钢轨、浮置板及隧道减振效果都很稳定。     

岩溶区不同围岩加固方案下盾构隧道列车振动荷载响应研究

目的：研究岩溶区土岩复合地层中不同围岩加固方案下，地铁盾构隧道在列车运行荷载作用下的动力响应，以评估不同围岩加固的可靠性。方法：基于岩溶专项勘察成果和有限元分析方法，依托岩溶区昆明地铁4号线联大街站—吴家营站区间盾构隧道，建立相应岩溶区土岩复合地层地铁盾构隧道的有限元模型，分析隧道运营100年后的累计沉降。结果及结论：各围岩加固方案均可减少列车动力荷载作用下地铁盾构隧道的位移、应力和加速度，其中采用洞外围岩全断面注浆加固方案的效果最好；采用隧道两侧注浆加固围岩时，隧道运营100年后的沉降不满足不均匀沉降要求；为保证岩溶区土岩复合地层地铁盾构隧道的安全运营，应选择在地铁盾构隧道外侧全断面注浆加固隧道围岩。     

基于隔振垫超弹性本构模型的橡胶浮置板轨道动力仿真

以地铁橡胶浮置板轨道为研究对象，基于隔振垫超弹性本构建立地铁车辆-橡胶浮置板轨道-隧道耦合动力分析模型，计算橡胶浮置板轨道的动力响应及减振效果。结果表明：隔振垫超弹性本构模型计算的轨道结构及隧道壁动力响应均更接近实测数据；不同隔振垫刚度工况下，超弹性本构模型计算得到的轨道结构位移均小于线弹性本构模型，钢轨和轨道板位移峰值分别相差10%和40%左右；超弹性本构模型计算得到的轨道板加速度峰值较小而基底加速度峰值较大，且随隔振垫刚度增加，2种模型计算的轨道板振动差异减小、基底振动差异显著增大，常用隔振垫静刚度范围（0.019～0.100 N·mm-3）内超弹性本构模型与线弹性本构模型计算的基底加速度峰值之比最大为2.46，而采用线弹性本构模型将低估橡胶浮置板轨道基底振动；超弹性本构模型计算得到的轨道板振动及基底高频振动较小，而基底低频振动较大，传递损失小，而采用线弹性本构模型将高估地铁振动特征频段（50～80 Hz）的减振作用，放大轨道固有频率附近（16～31.5 Hz）振动。     

高速铁路和地铁近距离平行隧道动力响应分析

针对目前国内存在的高速铁路与地铁近距离平行隧道工程,采用拟合的列车振动荷载,通过在轮轨上施加实测振动荷载,同时对列车施加速度场的方式,分析了在高铁列车单独行驶、高铁列车和地铁列车同向行驶及相向行驶3种工况下平行隧道衬砌拱腰、拱脚及道床中心的动力响应特性及其相互关系。结果表明:在列车行驶过程中,列车距离监测点越近,其振动效应越强;在同一横截面上,高速铁路隧道道床中心的动力响应最大,拱脚次之,拱腰最小;高速铁路隧道衬砌动力响应在高铁列车单独行驶时最小,高铁列车与地铁列车同向行驶时次之,高铁列车与地铁列车相向行驶时最大。     

一种高速铁路隧道预制装配式基底结构静动力响应分析

针对传统铁路隧道设计和施工的不足造成的铁路隧道底部病害,以实际在建工程项目为依托,提出一种针对高速铁路隧道的预制装配式新型隧道底部结构,采用有限元数值软件分析了拼装构件整体及榫槽与关键接触位置在施工期和运营期不同荷载工况条件下的静动力响应。结果表明:该隧底结构在施工期及运营期荷载作用下应力、应变及加速度均低于设计混凝土的承载能力,结构满足行车荷载条件。     

120 km/h地铁多种减振轨道结构现场测试与分析

为分析隧道内各种减振措施在地铁列车行车速度为120 km/h时的减振效果,以地铁现场测试为依托,在时域和频域内分析3种轨道结构各测试断面在行车速度为120 km/h下的振动特性。结果表明:DZⅢ-1型扣件普通整体道床轨道在各频段内对振动的衰减均有一定效果,隧道壁在低频范围内减振效果较好。梯形轨枕轨道结构轨枕至隧道壁间的振动衰减非常明显,约为50 dB。钢弹簧浮置板对振动的衰减主要在钢轨与浮置板之间完成,为50~80 dB。梯形轨枕轨道和钢弹簧浮置板轨道隧道壁主要响应频段内相对于DZⅢ-1型扣件普通整体道床轨道减振效果分别为22 dB和38 dB。     

地铁隧道内钢弹簧浮置板轨道的减振效果实测分析

为了研究地铁隧道内浮置板轨道的实际减振效果,以我国某地铁线路的隧道段为研究对象,测试了普通道床轨道、重量级和中量级浮置板轨道产生的振动响应,分别在时域和频域内对各种轨道的振动特性进行对比分析,并采用Z振级进行综合评价,结果表明:轨道板和隧道壁的主要响应频段在80 Hz附近;重量级和中量级钢弹簧浮置板道床振动响应有5.3 dB的差异;各减振断面的隧道壁振动均满足相关规范的要求。     

城市轨道交通荷载作用下连续箱梁桥动力测试与仿真分析

混凝土连续箱梁桥在城市轨道交通中得到越来越多的应用,针对地铁列车-连续梁桥耦合系统动力性能的研究有助于保障城市轨道交通的运营安全。以一座跨市域轨道交通(50+82+50) m变截面混凝土连续箱梁桥为工程背景,开展桥梁动力试验获取结构自振特性和地铁列车作用下的振动响应。建立地铁列车-连续梁桥耦合系统的动力分析模型并编制计算程序,通过对比数值分析与现场测试的结果验证耦合系统模型的有效性。采用经验证的车桥模型进行动力仿真,计算分析了不同运营条件下车桥系统的动力响应及行车安全性与平稳性指标。动力测试与仿真分析结果表明,所建立的地铁列车-连续梁桥耦合振动模型能够真实反映车桥系统的动力性能,可用于城市轨道交通大跨连续梁桥的车桥耦合动力分析。三跨变截面混凝土连续箱梁桥具有较好的动力性能,结构横、竖向刚度较大,正常运营条件下的车桥响应及列车走行性指标均较小。车速可影响车辆、桥梁振动响应及列车走行性,但对桥梁跨中的动挠度影响较小。轨道状态对车桥系统的动力性能有显著的影响,且随着车速的提高影响加剧。当轨道平顺性大幅下降时,120 km/h车速下轮重减载率和竖向Sperling指标出现超限的情况。研究结果可...     

列车脱轨撞击下盾构隧道管片衬砌开裂与接头螺栓动力响应特性研究

建立盾构隧道非线性开裂三维有限元模型,研究时速200km列车脱轨撞击荷载作用下,盾构隧道管片衬砌裂缝的分布、大小、扩展过程以及接头螺栓的最大主应力、振动速度、振动加速度等动力响应特性。研究表明:在列车撞击下,管片衬砌开裂的位置主要集中在管片衬砌受撞击的中心区域及其附近纵向接缝部位;不同部位的裂缝扩展形态有差别,撞击中心区域的裂缝为贯穿性不规则曲线裂缝,纵向接缝部位的裂缝通常呈现直线裂缝或多段折线裂缝;撞击中心区域主裂缝的张开度与距撞击中心的距离有关,除撞击中心处以外,距撞击中心越近位置的裂缝其张开度越大;螺栓的最大主应力峰值、振动速度峰值均出现在荷载震荡作用阶段,而振动加速度峰值则出现在荷载峰值阶段,同一水平位置上位于撞击区域后侧的管片接头螺栓所受到的最大主应力、振动速度和振动加速度等动力响应总是大于前侧螺栓。