轨道交通隧道基底刚度对共建结构的振动影响分析

为了探明建筑物与轨道交通隧道共建时隧道基底刚度对系统振动的影响,建立列车-轨道-隧道-土层-建筑物系统耦合振动模型,列车-轨道动力学模型和隧道-土层-建筑物有限元模型通过扣件力进行参数传递,对隧道基底土层加固为不同刚度时隧道结构以及建筑物结构振动位移、速度、加速度响应进行了时程分析、频谱分析和振级分析等.结果表明:隧道基底刚度越大,其下沉位移越小,隧道结构振动速度突变越大且振动速度的周期性越不明显,但振动位移的振幅变化与隧道基底刚度没有严格的相关性;隧道基底刚度对隧道振动加速度影响的主要频率为1~5Hz的低频部分;隧道基底刚度对于建筑物结构振动有较大影响,主要集中于低频范围,影响幅度可达10dB.     

地铁线邻近建筑物振动特性及参数影响分析

建立了车辆-轨道-隧道及大地-房建结构空间耦合动力学模型,通过子模型间的相互作用关系实现了车辆、轨道、下部基础及房建结构的空间耦合振动分析,并通过相关现场调研和测试验证了模型的可靠性,分析了隧道埋深、建筑高度、楼板厚度、车辆运行速度等参数对建筑物振动特性和振动衰减的影响规律.研究发现,当隧道埋深在11.6m至21.6m间变化时,地表距离隧道中心线10~60m的范围存在振动放大区;隧道埋深从11.6m增大至21.6m,各楼层振级下降幅度为8.3~13.4dB,建筑物振动模态从以高阶振型为主转变成以低阶振型为主;地铁线附近建筑物层数越低,结构的振动响应越小;楼板厚度由0.15m增加至0.25m,各楼层振级下降幅度为0.9~7.4dB;车辆速度由80km/h降低至40km/h,各楼层振级下降幅度为5.7~6.9dB.可见,当地铁线路先于建筑物存在时,适当增加建筑物楼板厚度、降低行车速度、避开振动放大区是控制建筑物结构振动的有效方案.     

地铁隧道列车振动特性试验研究

为获取隧道内列车荷载的振动特性,对某地铁区间隧道进行了试车试验.分析了扣件类型、列车运行速度等因素对荷载特性的影响;基于隧道断面的实测结果分析了其振动传播规律.结果表明:当地铁列车以60km/h通过时,实测振动源强均值为70.41dB;沿隧道断面的振动幅值逐渐减小,且荷载的高频分量逐渐衰减,钢轨竖向加速度最大,且以100Hz以上的高频分量为主;道床顶面和隧道基底的振动量值接近,且远大于隧道侧壁;随着车速增加,各测点的竖向分频振级逐渐增大,且低频段的振级增加更为显著,但车速的增加并未改变荷载的主频段,且随着车速增加,道床与隧道侧壁之间的振动传递损失增大;扣件类型对荷载的分频振级有较大影响.     

基于DIC技术的地下软土内部激振影响区试验

针对列车运行产生的振动荷载对位于地下软土层中的隧道产生沉降影响问题,设计软土内部激振试验新装置,开发了基于数字图像相关(DIC)技术的软土内部振动响应瞬时光学测量系统,研究土体振幅与距振源距离、振动频率、围压之间的关系。试验结果表明:土体振幅随着距振源距离增大而减小,并以幂函数形式拟合振幅衰减曲线,效果良好;基于DIC技术的内部激振影响区能够直观、准确地表征出内部激振的影响区域和影响程度,振动频率的增加能够增大影响区域,围压的增加能够明显减小影响区域。     

下穿村庄隧道爆破振动对地表建筑的影响

为研究下穿村庄隧道爆破施工时对地表建筑结构的影响,以某隧道为依托,采用数值模拟对地表建筑质点振动速度进行了分析,并与建筑结构的应力分布规律进行了对比,结合现场爆破振动测试,对地表振动速度衰减规律进行了研究,并指出了爆破振动的显著影响区域。数值模拟结果表明:隧道爆破时,地表建筑的竖向振动速度远大于横向,随着时间和距离的增大,振动速度迅速衰减;地表建筑主要承受水平方向的拉应力,振动速度不能完全反映建筑结构的受力状况。现场测试结果表明:地表振速随着与爆源距离的增大迅速下降;装药量为54kg时,地表振动速度最大为1.313cm/s。距爆源水平距离0~50m范围是爆破振动显著影响区域,模拟结果和测试结果吻合良好。     

地铁振动的传递及对建筑物的影响实测与分析

在上海市某软土场地对地铁隧道诱发的三向环境振动进行了监测,结合连续小波变换及1/3倍频程分频振级,对隧道内与自由场地的振动频谱特性及传递规律等进行了分析,同时对邻近建筑的室内舒适度作了评估.测试结论包括如下方面:1轨道扣件上的三向振动表现出明显的宽频和冲击振动特性,经隧道衬砌的第1层滤波效应后,传递至其中部的竖向和横向振动均相对平稳,且衰减效应明显.2传递至自由场地的三向振动,经土层的反射和折射效应后,呈现出与列车编组对应的冲击振动特性;其与衬砌上的频率成分基本相似,但振幅衰减效应不如衬砌,甚至会出现一定幅度放大.3经建筑墙体的第3层滤波效应后,竖向振动传递至楼板后其频率成分单一,对室内舒适度影响很大,其分频振级的峰值位于楼板的竖向自振频率处,是影响室内舒适度的决定性因素.4地铁引起的地面高频振动激发了建筑结构的水平向高阶振型,对部分楼层的舒适度具有潜在影响,应引起注意.上述测试结论有助于为地铁环境振动有针对性地设计相应减振及隔振措施提供参考.     

重载卡车运行对房屋振动影响分析与测试

为了研究重车运行时产生的振动对周边建筑物的影响范围,以兰州市西固区某村镇为依托,采用现场测试的方法,对地表质点振动的频率与传播速度进行测试,并利用相关规范进行评价,结果表明:1隧道临近建筑的垂直振速大于径向振速和切向振速,应以监测其垂直振速为主;2在当前重车运行方案下,所测80 t的前四后八的重车途经时引起的路边民房各测点的振动速度未超出民宅类房屋的地质点振动速度限值;3今后类似的工程,应考虑建筑物与振源的位置关系,预先对建筑物本身的完好程度做记录,并实时监测,从而保证建筑物的安全,避免纠纷的发生。研究结果可为类似工程提供借鉴。     

近接开挖与列车振动对既有铁路隧道的沉降影响研究

选取不同近接距离基坑开挖来研究隧道的沉降变化规律,利用激振荷载经验公式来模拟高速列车的轮-轨激振力,并运用有限差分动力分析方法分析不同距离基坑开挖作用下隧道衬砌结构的车振动力响应.结果表明:近接基坑开挖会造成隧道掌子面的非对称变形,离开挖中心越近非对称变形越明显;随着近接开挖距离的增加,这种非对称变形逐渐趋于缓和,其中隧道靠近开挖侧的隧道拱脚、拱腰和拱顶区域可作为施工期间既有隧道的重点监测部位;隧道左右两侧帮底部区域相对拱顶区域而言受到列车振动影响较大,列车靠近开挖侧行驶时隧道衬砌结构动力响应比远离开挖侧行驶时大.     

地铁运行振动对邻近民国建筑的影响

以南京地铁1号线某区段邻近民国建筑为研究对象,现场实测地铁运行通过时引起的地面振动加速度,分析振动响应在时域和频域内的传播规律,并以Z振级为评价指标,评估地铁运行振动对邻近民国建筑的影响。测试结果表明:地铁运行引起的地面振动以竖向为主,振动量随与地铁线路距离增大呈波浪式衰减,在近场区域某一距离处达到最大值,在远场区域逐渐衰减并趋于稳定;地铁运行引发的振动响应主要集中在50～80 Hz,且对应的分频振级衰减较快;地铁附近部分区域Z振级已超过环境控制标准。研究成果对地铁线路邻近民国建筑的保护提供了一定的参考,同时有助于研究地铁运行振动对沿线周边环境的影响。     

城市隧道近接建筑施工的相互影响规律研究

为研究城市隧道近接建筑施工的相互影响规律,采用ABAQUS软件的动态模拟分析方法,自行编程建立能够改变隧道与建筑相对位置的参数化模型,分析相对位置(l,θ)的变化对新建隧道和近接建筑物的变形影响规律。研究表明:离建筑物底部较近的隧道受建筑物地基附加应力影响较大,在影响隧道变形的因素中起主导作用,随着距离增大,地基附加应力的影响逐渐减小,隧道的变形逐渐趋于一致;当θ一定时,建筑物A点水平和竖向位移随着距离(l)的增大逐渐减小,当θ较小时,位移变化率较小,而当θ较大时,位移变化率则较大;编制基于Matlab—ABAQUS的隧道变形有限元模拟定位程序,采用二次函数对既有建筑对邻近隧道稳定性影响的临界线进行拟合,得到对应的拟合函数。     

隧道爆破施工对地表框架结构的影响分析

以重庆某隧道爆破施工为研究背景,对开挖过程中地表建筑的震动进行监测,并辅以ANSYS/LS-DYNA进行仿真分析,通过流固耦合的方法,建立隧道炸药爆破有限元模型,分析隧道埋深15 m时,8层框架结构在隧道爆破作用下的动力响应特性,以掌握结构的最大应力值以及房屋振动速度传播规律。结果表明,结构受隧道爆破影响最明显的在竖直方向,最大可以达到6.76 cm/s,后在2~3 cm/s左右波动,与实测数据均值2.38 cm/s比较接近;炸药的作用对结构产生的最大应力为2.4 MPa左右,远远低于材料屈服失效强度。     

隧道爆破振动对地表建筑的影响—以京张高铁怀来段某隧道为例

爆破振动会影响附近居民的正常生活,甚至引起周边建筑物的破坏。一直以来,振动评判标准及安全控制技术备受施工单位关注。本文以某铁路隧道工程爆破振动监测项目为依托,通过现场振动测试,获得了多组隧道爆破时的地表振动强度数据（加速度和速度）;分析了爆破振速傅里叶幅值谱,得到现场地质条件下的振速主频的取值范围为18~25Hz;对比了使用不同雷管实施爆破下的地表振动强度,认为采用数码电子雷管起爆可有效减小振动效应,保证周边建筑不致损伤。最后,对现行爆破振动安全评价标准展开进一步探讨。研究结果可为隧道爆破振动安全控制和房屋损伤评估提供参考。     

隧道下穿民房爆破振动效应监测

依托右线隧道穿过民房正下方的福建省厦门市石堀山隧道工程,在民房第一、二层墙角处各布置一台自动化爆破振动仪,对爆破开挖引起的振动进行长期监测.结果表明:爆破振速整体上随着测点与掌子面距离的减小而增大;在三向振速中,垂向振速不一定总是最大,但主频小于30 Hz,垂向振速占比最多;分析时应综合振速与主频,选择优势分向振速,或根据建筑物固有频率,选择接近的主频对应的分向振速;当测点与掌子面距离为10~50 m时,爆破振度显著放大,而主频有一定的衰减,径向和垂向主频衰减至与房屋固有频率接近;当测点与掌子面距离为50 m内时,随着掌子面远离测点,振速影响系数C_v先增大后减小,主频影响系数C_f先减小后增大;空洞影响垂向最大,径向次之,切向最小;C_v最大值为3.4,C_f最小值为0.35.     

露天矿微差爆破振动对多层建筑的影响

基于十堰市高家沟堰口采石场爆破开挖工程现场试验,对矿山附近一栋多层建筑物进行爆破振动监测,分析了该建筑物不同楼层的振动速度及谐波频率的变化规律。结果表明:爆破远区的多层建筑物受爆破振动影响时,垂直方向振动速度随着楼层高度的增加而变大,水平方向振动速度随着楼层高度的增加而变小;爆破振动产生的谐波频率丰富,较高楼层谐波频率分布范围小于较低楼层且更接近建筑物的固有频率。     

隧道爆破地震波作用下砌体建筑物振动响应分析

为研究隧道爆破地震波作用下砌体建筑物的振动响应,以青岛地铁3号线下穿某砌体建筑物爆破施工为背景,通过现场爆破振动监测和有限元数值模拟,对砌体结构的爆破振动速度和主振频率随楼层的变化规律进行研究。结合数值计算,进一步分析隧道埋深、单段最大装药量,装药结构等不同因素下砌体建筑物的振动响应。分析表明:在隧道爆破地震波作用下砌体结构在垂直方向的振动响应强度明显大于水平方向,并且存在一定的高程放大效应,在爆破施工时应加强对砌体结构顶层的防护;隧道下穿砌体建筑物施工时,爆破地震波的主频率主要集中在10～60 Hz内,建筑物自振频率则大多为3.0～3.5 Hz,该砌体建筑物与爆破地震波较难发生共振;砌体结构动力响应强度随着不耦合系数的增加而逐渐降低,随单段最大装药量增加近似呈线性关系,改变装药结构及控制单段最大装药量是控制爆破振动的有效措施;爆破振动速度对隧道的埋深响应敏感,在数值上出现数量级的变化。通过对多层砌体结构振动响应分析,有利于不断提高与完善现有的爆破技术与减振措施。     

浅埋隧道爆破振动空洞效应

为了防止浅埋隧道爆破振动对其上方建筑物的损坏,对爆破引起地表振动机理进行了研究.某隧道进口浅埋段沿隧道纵向用爆破振动仪器对振动速度进行了跟踪监测,发现存在空洞效应,即无论在掌子面前方还是后方,离掌子面10m处,地表振动速度最大,并向两侧衰减,且成洞区地表振动速度是对称于掌子面的非成洞区振动速度的1.3倍,随着距离增加振动速度减小;采用数值模拟方法进行研究,发现类似结论.在浅埋隧道爆破施工中,成洞区地表的振动速度具有放大作用,是非成洞区的1.2~1.5倍.如果在浅埋隧道实施爆破防振措施时没有考虑到空洞效应,会导致振动效应判据和安全距离失误,引起工程事故.     

地铁列车运行的环境振动影响分析（Ⅱ）——结构时域振动分析

考虑基础结构和土体的动力相互作用，通过对地铁沿线附近建筑结构的时域位移、速度、加速度动力响应分析表明，列车运行对居住在轨道附近居民的日常生活有很大影响，需要加强对线路沿线居民区的隔振研究。