运营期地铁列车振动下软黏土的动力响应及变形研究

为研究软黏土在长期列车振动荷载下的动力响应特征及变形规律,以天津地铁6号线左江道站—梅江风景区站区间为研究背景,采用土体循环移动弹塑性本构模型,选取合理的列车荷载,建立三维有限元模型,揭示隧道周围软黏土的加速度响应和位移响应,并结合实测数据分析隧道周围峰值加速度的衰减规律。研究表明:在隧道径向上平均峰值加速度呈非线性迅速衰减,列车振动对软黏土的影响范围为2.5倍隧道直径;列车振动对隧道周围环境的影响主要以竖向振动为主,地层变形空间分布形式与加速度响应规律一致;列车振动荷载加载初期,土体的变形增速较快,随着时间的增加,振动引起的土层变形趋于稳定。研究成果可为运营期地铁隧道的环境监测和地层变形评价提供有益参考。     

列车振动荷载作用下隧道围护结构性能实测分析

为有效缓解既有线路列车经过软土明挖隧道产生振动荷载对围护结构性能的影响,确保隧道工程安全可靠,采用现场实测和数据分析方法,研究不同列车、不同距离、不同深度情况下既有线列车振动荷载对地层振动的影响,从而确定列车振动影响范围、围护桩振动速度、锚索轴力以及桩身位移.实例分析表明,列车经过时,围护桩的水平振动速度较大,竖向振动速度相对较小,下行车引起的振动速度大于上行车;东西对应测点的锚索轴力变化规律基本一致,西侧锚索轴力大于东侧锚索轴力;桩身水平位移随着深度的增加先增加后减小.通过对列车振动荷载作用下的锚索轴力及桩身位移进行实测分析,可为锚索性能变化规律提供基础数据,从而为隧道工程设计和施工提供有价值的参考.     

列车振动荷载作用下隧道围护结构性能实测分析

为有效缓解既有线路列车经过软土明挖隧道产生振动荷载对围护结构性能的影响,确保隧道工程安全可靠,采用现场实测和数据分析方法,研究不同列车、不同距离、不同深度情况下既有线列车振动荷载对地层振动的影响,从而确定列车振动影响范围、围护桩振动速度、锚索轴力以及桩身位移．实例分析表明,列车经过时,围护桩的水平振动速度较大,竖向振动速度相对较小,下行车引起的振动速度大于上行车;东西对应测点的锚索轴力变化规律基本一致,西侧锚索轴力大于东侧锚索轴力;桩身水平位移随着深度的增加先增加后减小．通过对列车振动荷载作用下的锚索轴力及桩身位移进行实测分析,可为锚索性能变化规律提供基础数据,从而为隧道工程设计和施工提供有价值的参考．     

紧邻既有线深基坑围护体系动力响应分析

紧邻既有线深基坑采用桩锚围护体系,国内尚属少见,缺乏相关测试及分析资料。依托石家庄六线隧道工程,基于一致粘弹性人工边界建立紧邻既有线深基坑桩锚围护体系动力响应有限元模型,考虑施工过程及锚索预应力对围护体系初始应力状态的影响,采用激振力函数列车荷载模式,通过计算结果与现场围护桩振动实测结果的比较,验证了有限元分析的可靠性。通过现场实验及数值模拟分析了不同列车时速、既有线距基坑边不同距离、基坑围护桩不同直径等条件下,桩及锚索的动力响应特性。结果表明:列车振动引起的围护桩及锚索附加动荷载效应较小,一般条件下可不予考虑,但距离较近且高速行驶时,围护结构振动幅度急剧增加,为保证运营安全,应采取限速措施并设定安全距离。     

地铁列车引起的地面振动

为了研究地铁列车引起的地面振动,将轨道、隧道结构和列车荷载简化后建立三维有限元动力分析模型,列车按8节车辆编组,以80km／h的速度运行．计算了列车引起的地面振动,以分析隧道地基弹性模量和隧道埋深对地面振动响应的影响,结果表明：列车通过时,地面的竖向振动普遍比横向振动大;在靠近线路中心的区域,竖向振动随到线路距离的增加很快衰减;地面的横向振动有时比竖向的大,计算时不应忽略;地面振动强度和传播范围随地基弹性模量和埋深增加而减小。     

地铁盾构双线隧道施工地层变形及衬砌结构应力数值分析

为预测盾构双隧道施工周围土体的变形及衬砌结构管片应力规律,以石家庄地铁1号线07标段北宋—谈固站区间双线隧道为工程背景,在考虑各土层材料性质及盾构施工工艺的基础上,利用FLAC3D建立了盾构双隧道的三维精细数值模型,研究了盾构双隧道衬砌管片的应力规律,并与现场实际监测数据进行了对比分析.结果表明:盾构隧道开挖造成的地层沉降大致沿隧道轴线与水平线夹角45°向地表扩散.横向地表沉降的影响距离距隧道中心约为30m.随着隧道埋深增加,对应地表监测点位累计沉降值变小,与隧道埋深成反比对应关系.隧道附近土体的第一主应力存在应力集中现象,应力集中系数约为1.3.衬砌管片应力分布存在差异性,靠近双隧道共同扰动的管片侧的拉应力和剪切应力集中现象较为明显.衬砌管片横断面形变以"椭圆化"变形为主,兼有断面收缩变形.     

撞击荷载作用下盾构隧道接头螺栓失效及参数分析

为了研究高速列车脱轨撞击盾构隧道时接头螺栓参数对螺栓失效和管片的影响. 基于ABAQUS有限元软件,建立了盾构隧道管片衬砌分块拼装式模型,利用时速200 km/h列车12.5° 斜向撞击荷载曲线,通过设置接触面单元和具有抗拉、抗剪、抗弯3种刚度组合的连接单元,近似模拟了盾构隧道接缝混凝土接触效应和螺栓连接效应,开展了不同螺栓直径和不同螺栓强度级别下管片接头螺栓的失效研究. 研究结果表明:在列车撞击荷载作用下,接头螺栓主要发生拉伸失效和剪切失效两种失效状态,失效后螺栓拉力和剪力降低为0,并且螺栓失效一般是相对列车行进方向相继出现的;拉伸失效通常出现在被撞块后端纵向螺栓,而被撞块环向螺栓和前端纵向螺栓一般发生剪切失效;各螺栓发生失效的时间随着接头螺栓强度级别的提高或螺栓直径的增大有所延后;不同螺栓参数下被撞块管片位移极大值均在6 cm左右,提高接头螺栓的强度级别和增大螺栓直径,将减小被撞块管片最终位移较大值区域面积以及最终位移极大值的数值,但管片最终位移极大值数值的减幅在10%以内,说明改变螺栓参数无法明显减小管片最终位移.      

石家庄地铁某标段列车振动影响预测研究

采用Midas GTS软件建立三维轨道—隧道—土体结构的有限元模型,用移动荷载模拟地铁列车运行,研究了石家庄地铁1号线北宋站至谈固区间的列车振动传播规律,对其进行一定程度的振动预测,评价其对建筑物造成的影响。结果表明:(1)单双线运行对岩土及周围建筑物振动影响区别不大。(2)地铁振动传播主要以垂直方向为主,该方向上传播衰减较快,加速度变化程度最大。(3)列车无论单双线运行时,附近地面建筑物处产生的最大噪声均大于我国标准要求的65dB,建议采取一定措施减振降噪。     

列车振动对隧道衬砌影响的分析

根据一隧道的现场列车振动测试结果，模拟了列车竖向振动荷载，用有限元法分析了在列车振动荷载作用下隧道初砌的响应，并评价了隧道初砌在列车荷载作用下的安全与稳定性。     

新建近接隧道对既有公路隧道的安全影响分析

随着中国基础建设项目，特别是交通设施（公路、铁路、地铁等）项目蓬勃发展，新建隧道与原有隧道由于地形地质条件等的限制，遭遇各种近接的现象日益增多，如何评价新建近接隧道施工对既有隧道受影响程度、保证既有隧道安全营运是新隧道设计需要考虑的重要问题。文章基于浙江S49省道北接线新建隧道与既有金丽温高速公路剑石隧道的近接实际条件，通过分析两近接隧道的净距离、新建隧道施工时既有隧道的支护结构变形、受力变化以及爆破施工引起的振动等，研究了新建近接隧道对既有公路隧道的安全影响，可为类似近接隧道的设计施工提供参考。     

列车荷载作用下地铁重叠隧道的响应分析

以深圳地铁一期工程区间近距离重叠隧道为背景，研究地铁运营期间，列车振动荷载对隧道结构的的影响。首先根据车辆－轮轨模型，确定列车振动荷载。然后采用释放荷载方法模拟地铁的开挖效应，确定初始应力场，并通过对地铁结构体系进行模态分析，得到体系的振型和频率，以确定合理的阻尼系数和时间积分步长。最后运用Newmark隐式时间积分法，分别研究在上行动载，下行动载和上下交会动载3种情况下，区间近距离重叠隧道的动力响应，确定在列车振动荷载作用下衬砌结构的薄弱部位及其相应的位移和应力。     

列车振动荷载对古建筑的动力影响

在建的北京地下直径线周边有3处需保护的古建筑文物（Ⅰ-明城墙、Ⅱ-老车站、Ⅲ-正阳门和箭楼）,对其进行列车振动荷载下的动力影响研究十分必要.应用列车-轨道耦合动力学理论,计算得到作用在隧道结构上的列车动荷载,并作为激励作用于动力有限元模型上,通过数值模拟计算,预测评估直径线与既有线列车荷载对周边古建筑文物的振动响应.结果表明,列车振动引起古建筑结构的动力响应随水平距离和竖向距离改变呈规律变化,地下结构以竖直方向动力响应为主,建筑物超过一定高度后,地上结构以水平方向动力响应为主,且地上结构的动力响应高于地下结构;直径线与既有线的列车运营对古建筑产生的振动影响,未超过但接近控制标准,不需特殊减振,应采取适当减振以对古建筑文物的保护留有余量.     

黏土与粉土复合地层及其中地铁隧道的车致长期沉降

为了探明列车荷载对黏土与粉土复合地层及其中地铁隧道的长期影响,以无锡某地铁区段为研究对象,建立了轨道-隧道-地层系统的耦合2.5维数值模型,分析了运行列车诱发地铁隧道下覆黏土及粉土复合地层的动应力响应规律,进而结合循环荷载作用下黏土及粉土的不排水累积变形特征及孔压累积特征,采用分层总和法研究了列车振动荷载长期作用诱发该复合地层及其中地铁隧道的长期沉降量值及发展规律. 研究结果表明:1） 隧道下覆地基土的动偏应力沿深度方向呈先增大后减小的变化趋势,其最大值出现在隧道下覆约1.3 m深度处,可达2.80 kPa;2） 地铁列车运行导致复合地层中隧道结构的沉降主要发生在地铁列车前20万次运行期内,且隧道结构的沉降在此期间发展得较为迅速;3） 复合地层中隧道结构稳定后的车致沉降量值可达13.44 mm,其中由土体不排水累积塑性应变引起的沉降为11.40 mm,占比85%,由累积孔压消散引起的固结沉降为2.04 mm,占比15%;4） 隧道下覆黏土与粉土复合地层长期变形主要发生在隧道下方15 m范围内,该范围内的土体沉降对隧道结构长期沉降量值的贡献占比达90%.      

冲孔施工对邻近盾构隧道的影响分析

以深圳地铁某隧道工程为依托,研究了冲孔施工影响下盾构隧道的损伤变形规律。首先,对冲孔施工的振动特性进行分析,并深入探讨了冲击荷载对盾构隧道的影响作用机理;然后,根据非线性动力有限元分析原理,研究得到了冲孔条件下盾构隧道力学响应分析方法与实现步骤,并应用于实例分析。结果显示:冲孔产生的挤土效应创造了盾构管片损伤的客观条件;管片最大拉应力与管体周边超孔隙水压力之间存在一定关联性,孔隙水压力场的剧烈变化是导致管片损伤的重要原因;实例分析结果与管片实际开裂情况较为符合,本文分析方法具有一定可行性和正确性。     

500 km/h高速铁路隧道线缆夹具刚强度有限元分析

随着运营速度的提高,高速列车引起的气动效应与环境的相互作用变得更加复杂和剧烈,特别是高速列车通过隧道时形成活塞风,其对隧道内附属设施的荷载作用越来越显著。针对高速列车通过隧道时产生的活塞风冲击荷载,以隧道线缆夹具为研究对象,建立三维模型,并对其进行网格划分;应用有限元分析软件ANSYS,对隧道线缆夹具进行静力学分析以及模态分析。结果表明,隧道线缆夹具在强活塞风的作用下,其结构所受等效应力满足材料的最大屈服极限,变形量较小,可在实际工程中推广应用。     

地铁盾构隧道抗弯刚度有效率的模型试验研究

盾构管片拼装过程需要设置环向与纵向螺栓,螺栓接头会对管片整体刚度产生影响。以城市地铁单线单洞盾构隧道为研究对象,采用室内相似模型试验,开展2环管片横向、21环管片纵向加载试验,通过对比分析均质管片与错缝拼装管片,得到了盾构隧道横向和纵向刚度有效率。试验结果表明:隧道各位置的变形与荷载基本呈线性变化;横向抗弯刚度有效率为0.76,纵向抗弯刚度有效率为0.20～0.35。     

基坑近接既有地铁盾构隧道施工影响分区方法

为了确保基坑近接既有地铁盾构隧道的结构安全和正常运营,在对盾构隧道纵向等效刚度模型研究的基础上,建立了隧道纵向变形曲率与螺栓承载状态和线路正常运行要求的公式.结合沈阳某深、大基坑近接既有地铁盾构隧道施工工程的实际情况,通过改变既有盾构隧道相对新建基坑的空间位置关系,进行了多工况三维数值模拟计算分析,得到了基于桩锚支护的基坑近接既有地铁盾构隧道施工的强、弱、无影响分区图,并通过现场的沉降实测结果等验证影响分区标准和控制技术的有效性.研究结果表明:盾构隧道纵向变形曲率半径是基坑近接盾构隧道施工中隧道结构安全和正常使用的关键指标,可将盾构隧道纵向变形曲率半径作为近接影响判断准则;在确定基坑近接既有盾构隧道施工工程的影响分区时,可将盾构隧道轨道线形受影响的临界状态及管片接头极限状态下隧道纵向变形曲率半径,分别作为强弱影响区和弱无影响区的划分阈值.     

铁路隧道列车振动响应分析

根据北京－通辽线扎栏营子隧道列车振动现场测试的加速度数据和分析列车车辆体系的振动，得到了列车振动荷载的数定表达式，进而采用有限元法分析了隧道及周围介质的动力性态。分析结果表明计算结果和实测值符合良好。     

高速列车振动舒适度测试方法研究

随着列车的提速,车体的动力学性能,特别是振动性能发生了很大的变化,低速不能激发的模态在高速情况下几乎全部被激发,并出现了二次振动,此外,高速动车客室装饰和布局也完全改变。原有的车体振动舒适度测试方法是以中低速振动参数为依据的,测试内容和测试方法不能体现或不能全面反映高速动车组的振动情况,论文针对高速列车的振动特性,对振动舒适度的测试方法和分析内容进行了详细的研究,通过实测数据,分析了同车厢中不同位置的车体加速度值的分布特点,分析了不同速度下的高速列车的加速度值的变化趋势,分析了明线和隧道工况下的振动舒适度值的变化,提出了高速列车振动舒适度的改进测试方案。     

大连地铁叠落区间隧道施工相互影响分析

在已建地铁盾构隧道上方近距离施工暗挖矿山法隧道时,施工中采用弱爆破方案和机械开挖相结合的方式来保证下方盾构隧道的安全。选择多种弱爆破方案进行实验,把爆破动荷载转化成静荷载来简化对盾构管片的受力分析,根据盾构管片的结构计算结果和爆破振动的监测情况,控制爆破振速在允许范围内。计算结果表明,暗挖矿山法隧道上台阶可以采用弱爆破方法施工,有效减少机械开挖隧道长度,缩短工期,保证相邻盾构隧道的安全。