泥炭质土地区盾构隧道列车运营期沉降研究

为研究运营期列车振动荷载作用下盾构隧道地基土体的沉降特性,本文以昆明地铁二号线二期工程某区间隧道为例,结合地质勘察资料,建立Midas GTS NX三维有限元模型,通过人工激励函数对模型施加动力荷载,分析了列车满载高速的情况下,隧道周边土体的沉降特征,结合经验模型公式,预测了隧道在长期循环荷载作用下基底土体的沉降变形.研究结果表明:在长期列车振动荷载作用下,隧道周围土体发生被迫振动,类似作简谐运动;土体的沉降幅值随与振源距离的增加而减小;线路运营期基底土体沉降呈指数型增长,最终趋于稳定,第一年沉降16.9 mm,达前10年累计沉降的67.6%.为保障线路的安全运营,应重点加强隧道运营期前期的监测养护.     

长期地铁振动荷载下南水北调干渠累积沉降特性研究

文章依托郑州地铁10号线下穿南水北调中线干渠工程,通过一系列动三轴试验探讨干渠附近软土层动力响应特性,基于动三轴试验及有限元分析确定Chai-Miura模型参数,研究长期地铁列车振动荷载周期作用下干渠的累积沉降规律。结果表明：郑州南水北调干渠附近软土层动应变发展趋势整体表现为“稳定型”;列车振动荷载作用初期,土体累积变形急剧增加,最大地表沉降发生在行车隧道正上方,而在长期列车振动荷载作用下,地表沉降基本趋于稳定;列车单、双线运行时的地表沉降分布规律类似,但沉降值存在差异,单线运行10⁷次(约为100 a),地表最大累积沉降量为3.95 mm,双线运行10⁷次后产生的累积变形量大约为5.07 mm。     

岩溶段连拱隧道列车振动响应及地基累积变形

采用动力有限差分数值计算方法,针对列车荷载作用下,宜万铁路白云山隧道穿越大型溶腔段连拱隧道结构动力响应问题进行计算分析,并进一步基于Dingqing Li塑性应变模型,探讨列车长期反复荷载作用下岩溶地基的累积沉降变形计算方法。研究结果表明:穿越大型溶腔的白云山隧道连拱结构段,各典型位置受列车荷载振动影响不明显,最大拉压应力峰值和位移变形均小于结构材料的设计值和正常使用允许值;隧底岩溶地基在列车长期荷载反复作用100 a后,累积塑性变形小于20 mm,能够满足列车高速运行对线路平顺性的要求,不会对列车长期运营造成破坏性影响。     

粉砂地层中列车载荷对曲线隧道沉降的影响

为揭示粉砂土层中列车移动载荷作用下曲线隧道沉降规律,采用MIDAS数值模拟软件,对地铁列车载荷进行动态模拟,以郑州地铁一号线一期工程为背景,对隧道结构进行现场实测,将作用在轨道上的载荷分解成列车轴重引起的竖向力、横向力以及轨道超高引起的离心力,研究列车移动载荷对不同曲线半径和车速条件下隧道周围土层动力响应和沉降的影响.研究结果表明:粉砂土层中列车振动载荷对曲线隧道周围土层的影响主要在隧道底部0～15m内;隧道下方土层动力响应和长期累积沉降随着隧道转弯半径的增加而减小;列车运行速度的提升导致隧道下方土体动力响应增加71.4%,与之对应的长期累积沉降值降低6.4%.研究结论总结了列车载荷对隧道的沉降影响规律,为盾构隧道工程施工提供参考与建议.     

基于长期沉降运营地铁隧道健康诊断

目的研究上海轨道交通二号线某区间地铁隧道运营期间的健康状况并进行诊断,得出实际运营地铁隧道不同时间不同区段的曲率半径分布规律.方法以盾构隧道的长期沉降为基础,从地铁隧道长期沉降出发,采用非均匀有理B样条法对隧道纵向沉降变形曲线进行拟合,并计算出相应曲率半径;然后通过修正的等效连续化模型,计算出5种临界状态下的隧道曲率半径及其他变形受力指标值.结果上海市地铁该区间隧道绝大部分测点处于《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》的地铁安全运营的要求范围内,即曲率半径不小于15 000 m;几乎所有测点均满足盾构管片抵抗0.5 MPa水压的环缝张开量要求,即曲率半径大于2 550 m;随着地铁运营时间的增长,隧道曲率半径分布集中的现象有所削弱,说明隧道不均匀沉降状况逐渐加剧;地铁区间中位于车站和中间旁通道之间的区域,曲率半径分布集中,隧道不均匀沉降现象不太明显;靠近车站和中间旁通道附近区域,曲率半径分布相对分散,隧道不均匀沉降现象较为严重.结论系统地对弹性和塑性状态下的隧道纵向等效连续化模型进行了修正,完成了从具体指标上定量地对地铁运营隧道的健康状况进行诊断,对于城市地铁隧道运营监控具有指导意义.     

地铁列车移动荷载作用下饱和软粘土地基动力响应及长期累积变形研究

为了研究地铁列车荷载反复作用下饱和软黏土地基的动力响应和长期累积变形,本文通过进行室内固结不排水动三轴试验,得到了地基累计变形计算参数,并建立了车辆-轨道相互作用动力学模型,对列车反复荷载作用下软土地基的动力响应和累积塑性变形进行研究。研究结果表明：土体中的累积塑性应变随深度逐渐减小,同样的深度位置,累积塑性应变随荷载作用次数增加而增加;在车辆荷载作用的早期,累积变形的增长速率最大,随着荷载次数的增加,累积变形的增长速率逐渐减小,且累积变形曲线有明显的拐点。     

地铁列车移动荷载作用下饱和软黏土地基动力响应及长期累积变形

为了研究地铁列车荷载反复作用下饱和软黏土地基的动力响应和长期累积变形,通过进行室内固结不排水动三轴试验,得到了地基累计变形计算参数,并建立了车辆-轨道相互作用动力学模型,对列车反复荷载作用下软土地基的动力响应和累积塑性变形进行研究。研究结果表明:土体中的累积塑性应变随深度逐渐减小,同样的深度位置,累积塑性应变随荷载作用次数增加而增加;在车辆荷载作用的早期,累积变形的增长速率最大,随着荷载次数的增加,累积变形的增长速率逐渐减小,且累积变形曲线有明显的拐点。     

盾构下穿及列车荷载作用下既有高铁桥梁动力响应分析

以盾构下穿某高速铁路简支梁桥为工程背景,运用有限元软件Midas/GTS建立盾构隧道先后下穿高铁桥梁模型,分析盾构下穿时列车荷载作用下高速铁路简支桥梁动力响应。研究首先分析了当盾构开挖至桥梁近侧,列车以不同速度200～350km.h-1、不同轴重110～220kN运行时对高速铁路简支梁桥墩顶沉降的影响。接着探讨在不同开挖阶段下,速度200 km.h-1轴重110kN的列车动荷载冲击下高铁桥梁墩台顶变形规律。结果表明：盾构开挖至桥梁近侧时,不同速度、轴重列车荷载冲击下,高铁桥梁墩台顶的变形规律基本一致,其沉降在一定时间达到峰值,其后迅速降低并稳定在某一波动范围内;随着列车速度与轴重的增加,墩台顶沉降峰值越大;盾构开挖时,列车时速低于200 km.h-1、轴重小于110kN时其墩台顶沉降峰值当满足高铁桥梁单墩顶竖向沉降控制标准,与列车速度相比,列车轴重对桥梁的动力响应影响更大;列车动荷载作用下,盾构隧道开挖对高铁桥梁墩顶变形的影响主要为盾构开挖至桥梁近侧的初开挖阶段,盾构开挖远离桥侧后墩顶变形基本处于稳定状态。     

列车动荷载影响下深基坑支护结构变形及隔离桩隔振效果研究

随着城市轨道交通迅速发展,深基坑工程在已运营地铁旁施工已较为常见。为研究列车动荷载作用下深基坑支护结构变形规律以及评价隔离桩的隔振效果,以武汉市华中科创产业园超大深基坑工程为背景,采用激振力函数模拟计算列车动荷载,通过FLAC3D有限差分软件模拟分析列车动荷载以及隔离桩对深基坑支护结构变形的影响,并将现场监测数据与数值结果对比分析,验证数值模拟方法的可靠性。研究结果表明：激振力函数模拟列车动荷载输入数值模型得到的基坑支护结构变形规律与现场实测基本一致;列车动荷载对基坑支护结构变形影响较小,列车动荷载作用下地表沉降和围护桩变形各增加了1.3mm、3.6mm;隔离桩对列车动荷载具有较好的隔振作用,使地表沉降和围护桩变形分别减小了28%、6.8%。研究成果具有一定的实际推广价值,能为类似工程提供参考。     

铁路隧道基底状况对底部结构受力状态的影响

通过引入列车振动荷载函数和混凝土损伤模型,建立考虑隧道底部结构和基岩相互作用的振动响应计算模型,研究列车振动荷载作用下基底状况对铁路隧道底部结构受力状态的影响.研究结果表明:当隧道底部结构与基岩接触良好,没有空洞出现时,底部结构受力较小,列车振动不会引起结构新的损伤;随着隧道底部结构与基岩之间淘空距离的增加,底部结构的动力响应和损伤明显增大,淘空超过一定程度后变化加剧,直至振动破坏,不同淘空方式对应不同的极限条件和破坏形态;同时,基底围岩条件越差,隧道基底变形越大,引起底部结构的受力和损伤程度也越大.     

列车移动荷载下饱和软黏土地基的长期沉降计算

借助空心圆柱扭剪仪开展偏应力空间中主应力轴心形线旋转路径的室内模拟,建立列车移动荷载引发的主应力轴心形旋转路径下土体的塑性累积模型和孔压模型;在动力有限元中引入等效移动列车荷载,并结合分层总和法的思想,建立高速列车移动荷载作用下饱和软黏土地基的长期沉降计算方法,进一步研究交通荷载下地基软土的长期变形规律。研究结果表明:总沉降量随着振次的增加而增大,其增大速率迅速减小,并在振动约250万次时出现拐点,总沉降速率趋于稳定,此时沉降量占4 a总沉降量的90%以上;土体总沉降量随着深度的增加而不断减小,整体沉降主要发生在距地面5 m以上部分,该部分的沉降量占总沉降量的95%以上;随着列车运行速度的增大,地基土层的总沉降增大,当列车速度超过临界速度时,地基的总沉降量反而大幅度减小。     

地铁荷载下软黏土微结构与宏观变形的相关性

针对地铁荷载下饱和软黏土的宏观变形,从微观试验出发,采取定量化的试验手段,以上海地区地铁行车荷载作用下的饱和软黏土为研究对象,将其宏观变形与各微观结构参数进行相关性分析.从振动前后各微观结构特征参数的变化出发,辅以电镜扫描分析,揭示了地铁行车荷载下隧道周围土体产生宏观变形的机理及发展趋势.为预测软土地区地铁运营引起的地基沉降提供了有益的参考.     

地面列车动荷载对下穿隧道影响的动力学响应分析

以青岛地铁下穿胶济铁路为研究背景,应用隧道结构的动力有限元数值分析方法,对列车动荷载作用下隧道结构-地层体系的动力响应进行三维数值模拟。分析了单列列车动荷载、两列列车动荷载同向及相向三种工况下,隧道结构-地层体系的应力及位移曲线。研究表明,在列车动荷载作用下,隧道结构-地层体系的动力响应呈现近似简谐波变化;从地表到隧道拱顶的动力响应不断衰减,且衰减速度从地表到隧道拱顶不断减小;两列列车动荷载作用下,隧道结构-地层体系的动力响应值较单列列车动荷载作用下的动力响应值有明显增加,但并未达到单列列车动荷载的两倍。     

软土地区地铁不同结构间差异沉降特点分析

分析软土地区46个地铁车站与隧道连接处、34个联络通道两端线路处以及4个U型槽与隧道连接处运营约10年后线路的长期沉降观测数据.结果表明:约70％的地铁车站与隧道连接处车站沉降少,且出站一侧沉降槽的深度与宽度大于进站一侧;联络通道旁线路产生了不均匀沉降的约占80％,其中约90％为沉降槽;U型槽与隧道连接处的差异沉降很小.     

地铁列车荷载计算方法对盾构隧道动力响应的影响

采用地铁列车移动轮载、激振力函数法和数定分析法计算得到上海地铁列车荷载时程,考虑管片-土体及管片间的接触特性和纵向螺栓的连接作用,建立道床-管片-土体系统的三维动力有限元模型,分析比较了3种计算方法所得隧道结构动力响应的差异.研究表明:3种方法所得道床和土体单元动应力以及道床点位移时程曲线基本一致;基于实测数据的数定分析法适用于地铁列车荷载引起的环境振动评价,移动轮载和激振力函数法均会导致加速度频谱分布产生误差.     

富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术

为了解隧道下穿富水强风化砂岩地层施工对既有铁路的影响,依托某电缆隧道下穿广深铁路工程,通过理论分析、数值模拟与现场监测开展了相关研究,并分析了具体施工措施对隧道及地表变形控制的影响。结果表明：当不考虑地表列车荷载和地层富水时,开挖及顶进力为地表沉降、隧道变形的主要影响因素;当单独考虑列车荷载或地层富水弱化作用时,列车荷载会使得下穿段地表沉降和隧道拱顶沉降增大,而地层富水弱化对隧道进出口段沉降及下穿段底部隆起影响较大;当同时考虑列车荷载和地层富水时,隧道拱顶沉降及下穿段路基沉降均会大幅增加。对比分析现场监测、Peck公式预测和数值模拟计算结果,可知数值模拟结果与不考虑地层富水弱化时的Peck公式预测结果十分吻合,但由于其未考虑加固止水措施,地表沉降大于现场监测结果。电缆隧道下穿广深铁路现场施工严格执行现场监测和变形控制措施,将地表沉降值和隧道拱顶沉降值分别控制在6 mm和10 mm之内,隧道底部隆起控制在5 mm以下,可以保障项目的顺利实施与列车的运行安全,并为同类型工程提供一定的经验参考。     

列车荷载对隧道下穿路基沉降的影响

以福建省九龙江北引水隧洞穿越鹰厦铁路、厦深高铁线路为研究对象,在路基加固前提下,采用换算土柱法转化的静荷载和类正弦形式列车荷载形式,采用软件FLAC3D分析了隧道单线贯通及双线贯通后的铁路路基变形情况。研究结果表明:类正弦形式列车荷载引起的路基沉降比换算土柱法转化的静荷载引起的路基沉降大0.4mm,约5%;两种荷载引起的路基沉降槽形态均为"双峰"形态,峰值均出现在两隧道各自的中心线上;通过对比实测数据和两种工况的计算数据,得出静荷载计算结果与实测结果吻合较好。     

地表荷载对地铁车站箱体影响实测及有限元分析

对天津地铁1号线西站车站及隧道在地表荷载作用下产生的沉降进行了现场监测和有限元分析,由于变形缝的存在使结构沉降表现为非连续性;地表荷载下基底土体产生塑性应变导致卸荷后结构仍存在不可恢复的残余变形;侧向地表荷载会导致结构产生较大的倾斜差异沉降并使结构扭转。在此基础上研究了地表荷载位置、结构埋深因素对于存在变形缝的地铁结构箱体变形的影响。结果表明：变形缝的存在会削弱结构刚度、加剧结构沉降以及结构间的差异沉降,并且不同荷载位置下结构的沉降特点也各不相同。此外,对于浅埋结构,荷载位置距结构越远,结构的变形越小,且结构埋置越深地表荷载对结构的影响也越小。     

复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应

叠合式公轨合建隧道不同于其他公轨合建隧道,汽车-列车荷载作用下其动力响应也有所不同。为研究复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应,用激振力法、元胞自动机、汽车动力模型模拟列车荷载、车流和汽车荷载,用有限元软件Plaxis3D分析了不同荷载及有无垫层工况下隧道的动力响应。结果表明：公路隧道、铁路隧道分别主要对汽车荷载、列车荷载产生加速度响应,铁路隧道的加速度响应要明显大于公路隧道,约为后者的20倍;隧道不同位置处,对两种交通荷载的应力响应情况不同,铁路隧道应力响应主要受列车荷载控制,但当公路隧道中有大型车辆通过时,会对铁路隧道应力响应产生较大影响,甚至起到主导作用;公路、铁路隧道之间设置垫层会增大公路隧道的动力响应,但同时会减小公路隧道下方土层的刚度差异进而减小其应力值,综合作用下,设置垫层后公路隧道的应力状态会有所改善。     

黄土地铁隧道施工围岩及地表变形规律

以西安地铁3号线某暗挖站区间双线地铁隧道施工为背景,采用有限差分软件FLAC3 D建立土体三维力学模型对双线地铁隧道台阶法施工过程进行动态模拟;并结合现场实测数据分析台阶法施工引起的地铁隧道围岩及地表变形规律。结果表明:(1)台阶法施工诱发的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降出现在隧道中线偏右方约3 m,最终形成的沉降槽宽度约为隧道洞径的2倍。(2)台阶法施工诱发的纵向地表沉降在开挖面前地表沉降量最大,随着开挖掌子面距离越远,沉降量越小,最后在开挖进尺40 m附近趋于稳定。(3)隧道拱顶纵向沉降曲线与地表沉降变化趋势基本一致。帮部围岩变形呈现出先快速增长后逐渐平稳的趋势,且影响范围逐渐增大。所得结论可为双线地铁隧道施工和变形预测提供参考。