地铁列车荷载引起隧道基底长期沉降研究

地铁隧道在投入运营后,由于地铁列车荷载引起隧道基底的变形与稳定已成为亟待解决的问题.为研究运营期昆明地铁在列车荷载作用下隧道基底长期沉降变形,首先通过人工激振力函数法确定地铁列车荷载时程曲线.其次采用有限单元法,建立地铁隧道基底土体的动力响应的数值模型,揭示隧道基底土层的动力反应特性.最后采用Li和Selig提出修正指数模型预测昆明地铁在列车循环荷载作用下隧道基底的长期沉降变形.研究结果表明:地铁列车荷载产生动应力主要影响范围在隧道底部0~5m;昆明地铁三号线运营10年后的隧道基底的累计沉降值约为14.3mm,第一年的沉降值约占运营前10年累计沉降值的52%.     

高速列车进出隧道口受电弓气动载荷研究

基于三维非定常可压缩N-S方程和RNG k-ε两方程湍流模型,对顺弓、逆弓运行状态,隧道有效净空面积,隧道长度等因素影响下,高速列车进出隧道口受电弓气动载荷进行数值模拟研究。研究结果表明:数值计算得到的车体表面测点压力曲线变化规律与动模型试验结果完全一致,幅值相差在3%以内;列车进出隧道口时,受电弓弓头受交变载荷的作用,气动抬升力曲线将分别出现正负向脉冲波形;受电弓顺弓、逆弓运行时弓头气动抬升力差异明显,顺弓运行时正向峰值相对较大,而负向峰值明显更小;隧道有效净空面积减小时,弓头气动抬升力波动幅度明显增大;隧道长度的变化对列车进入隧道时弓头气动抬升力基本无影响,但对列车驶出隧道时气动抬升力变化特征影响显著。     

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.     

上覆软弱路基加固对既有地铁隧道沉降的影响规律

为研究道路施工引起下方既有地铁隧道的沉降问题,在地铁隧道上方斜穿施工道路的基础上,进行了现场隧道沉降变形实测研究,分析了道路在路基注浆加固、路床和路面结构层施工阶段中地铁隧道的沉降曲线。建立地铁隧道-土体-道路模型对道路施工的注浆加固过程及路床和路面结构层施工进行模拟,通过比较地铁隧道沉降计算结果与现场实测值,验证了该精细化模型的准确性。基于此,分析了路床和路面结构层总施工厚度、道路土体性质、隧道下卧土层、隧道衬砌强度等关键参数对地铁隧道的沉降影响规律。结果表明：地铁隧道的沉降值与施工厚度呈正相关关系;道路的存在对隧道的沉降影响越小,其弹性模量和泊松比对地铁隧道沉降几乎没有影响;卧土层的弹性模量越大,土层越不易变形,且地铁隧道沉降越小;衬砌弹性模量增大对地铁隧道沉降影响反而越小。     

城市地铁施工沉降的数值模拟研究

地下工程施工,会引起地层移动而导致不同程度的沉降和位移,从而影响到隧道和地表建筑物的正常使用和安全运营。以某一地铁施工为依托,运用PLAXIS有限元软件对施工进行动态开挖模拟,分析其沉降因素,正确估计特定地区可能发生的地面变形沉降,将模拟结果与现场监测的资料进行了对比分析,模拟结果可信度高。该研究对城市地铁隧道工程的设计与施工具有重要的指导意义。     

曲线平行双隧道施工引起的地表沉降规律分析

曲线双隧道开挖不同于直线型隧道,近年来曲线线型多应用于地铁隧道。为研究地铁常见的曲线平行双隧道施工引起的地表沉降规律,基于吉隆坡MRT一期北段工程的施工实测数据,对4个位于不同曲线半径处的观测面沉降数据进行了分析。分析结果表明:单线曲线隧道引起的地表沉降槽有不对称现象,最大沉降值位置在隧道轴线下方;当覆土厚度等于隧道轴线距离时,曲线平行双隧道引起的地表沉降槽为对称的高斯分布,最大沉降位置在双线隧道中线位置处;随着曲线半径减小,地表沉降量将增大,当半径减小到300 m时沉降显著增加,减小千斤顶速度对减小沉降量影响不明显,应保持合理的土仓压力并适度提高注浆量。     

地铁运行引起的南京鼓楼振动响应分析

以南京地铁4号线鼓楼站为背景,研究鼓楼在地铁运行振动作用下城阙和碑楼的动力响应规律。基于英国铁路中心总结的列车荷载作用于岩石的振动荷载时程曲线,采用Midas GTS软件模拟地铁列车在不同速度下的荷载作用,对隧道-岩层-建筑体系进行了三维有限元分析,得到相应运行速度下鼓楼在二元结构中的振动响应规律。分析结果表明,地铁4号线单线运行时,模拟数值超标,鼓楼结构不安全,需进行减隔振措施。当列车行驶速度为40 km/h时,将有利于鼓楼文物保护。     

浅埋暗挖地铁隧道不同工法对地表沉降的影响

浅埋暗挖地铁隧道施工期地表沉降量对施工安全具有重要意义。本文采用有限差分软件FLAC3D对Ⅵ级围岩条件下大跨度浅埋暗挖地铁隧道进行了数值模拟,分析了不同的施工方法对地表沉降的影响。结果表明：不同的施工方法对地表沉降影响显著,双侧壁导坑法和CRD法在软弱围岩条件下能很好地控制地表沉降,CD法在围岩相对较好时也能满足沉降控制要求;在相同条件下,双侧壁导坑法施工引起的地表沉降稍小于CRD法,CD法的沉降最大;在围岩较差时,地表最终沉降曲线中心稍偏向后开挖一侧,随着围岩条件变好,这种趋势逐渐减弱,地表沉降曲线将对称分布于隧道中线二侧。     

岩溶区铁路列车荷载对新建下穿隧道动力响应规律

在岩溶地区,列车振动荷载已成为引起铁路周边地表岩溶塌陷的重要影响因素。为研究新建地铁隧道在岩溶地层中开挖时,列车荷载对隧道、地表及地层的动位移和动应力响应,以贵阳地铁3号线下穿川黔铁路为背景,通过有限元软件建模计算了在最不利围岩和列车动载条件下,隧道拱顶无溶洞、有溶洞和溶洞注浆3种工况的动力响应规律进行对比分析。结果表明：在列车动荷载作用下,溶洞存在及对其注浆加固对地表位移动力响应的影响范围大致为3.3倍洞径以内,有溶洞时地表最大瞬时沉降发生在路基中线与隧道中线交叉处,为2.74 mm,而对其注浆加固后此处的沉降为2.16 mm,减小了21.2%;对溶洞进行注浆加固后隧道支护结构产生了相对更大动力响应,最大瞬时位移和主应力均发生在隧道拱顶,分别为-1.41 mm和-0.36 MPa;地层竖向应力从地表到隧道拱顶衰减最明显的是有溶洞的情况,从-0.076 6 MPa衰减到-0.008 4 MPa,衰减率为89.03%。可见,对铁路与隧道之间的地层溶洞注浆加固后,在保证新建隧道安全的情况下,明显改善降低了列车动载引起的地表瞬时沉降。     

地铁隧道开挖对建筑结构沉降控制分析

本文对地铁隧道开挖对邻近建筑结构的影响为研究对象,以控制工程施工对地面城市环境的影响为研究出发点,针对建筑物结构,结合现场监测、数值模拟和模型试验等手段,重点研究了由隧道开挖引起的地层移动和沉降所诱发的结构变形特征,进而确定此种建筑物结构的抗地层移动和沉降变形的控制标准。     

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。     

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.     

基坑开挖对临近既有地铁隧道影响分析

为研究基坑开挖对临近既有地铁隧道结构的影响,以济南历下医养结合中心项目近接地铁R3线施工为工程背景,开展风险判定并采用 FLAC3D 进行大型三维数值模拟研究。结果显示：基坑外部作业对地铁隧道的影响等级为二级;隧道开挖引起地表沉降模拟结果与实测数据基本吻合,数值模拟结果较可靠;基坑开挖引起左线隧道竖向位移最大-2.27mm、水平位移最大4.59mm,右线隧道竖向位移最大-3.0mm、水平位移最大5.19mm,左线隧道轨道竖向位移最大-2.27mm、轨向高差最大0.528mm,右线隧道轨道竖向位移最大-3.0mm、轨向高差最大0.763mm,均出现在B基坑西侧;基坑开挖引起径向附加压力很小,在10~20kPa范围内。总体上基坑开挖对隧道结构造成的影响均小于规范限值。     

基坑施工降水对邻近地铁隧道的影响

基坑施工降水对邻近地铁隧道产生附加沉降,正确评估其大小及对地铁运营安全的影响具有重要意义。介绍了某工程基坑支护结构及周边复杂环境条件,考虑基坑围护桩人工挖孔桩施工降水实际情况,在某些假定条件下,采用简化大井降水分析方法。分五种工况对围护桩施工降水对邻近地铁隧道产生的附加沉降进行了计算分析。结果表明:考虑降水对地铁最大影响时,地铁隧道产生的最大沉降为5.7 mm,不满足地铁运营线路轨道变形的要求;采用跨三桩施工降水可将地铁隧道产生的附加沉降控制在地铁运营线路轨道变形范围内。针对减少基坑施工降水对地铁隧道的影响,提出了一些建议与措施。     

黄土地铁隧道施工围岩及地表变形规律研究

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。     

列车动载对采空区稳定性影响

为研究列车动载荷对采空区稳定性的影响.概化运行列车和采空区顶板力学模型,分析采空区顶板在以一定速度运动的常力作用下的运动方程,用移动的恒定载荷模拟理想情况下运行列车对采空区顶板及地表的作用过程,进行动力有限元分析.结果表明:与不受外部载荷影响条件下相比,在列车动载荷作用下,地表最大竖向位移和煤柱所承受的最大压应力都有大幅增加,并随着列车的前行最大值逐渐增大,且相应向前移动,列车运行到采空区中部达到最大,然后随着列车的前行最大值开始逐渐减小.     

高速列车车体气动载荷疲劳强度试验装置研究

研制车体交变气动载荷试验装置,利用该装置对新造车体进行疲劳强度试验,讨论车体交变气动载荷疲劳试验加载方法、压力、压力波形与周期、加载次数等参数,并完成车体交变气动载荷疲劳试验装置方案及数据采集系统方案设计;将合武铁路现场测得的CRH2型动车组以250 km/h速度过隧道时车内外压力差曲线与该试验装置测得的压力曲线进行比较。研究结果表明:车内外压力差曲线与该试验装置测得的压力曲线基本吻合,该试验装置可真实模拟列车高速通过隧道时车体承受的交变气动载荷,为研究新造高速列车车体在交变气动载荷作用下的疲劳强度特性提供了重要的试验手段,建议我国新造车体按其实际运行过程中承受的交变气动载荷加载进行疲劳强度试验。     

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。     

地铁隧道列车循环荷载下粉砂地基长期沉降研究

文章基于郑州地铁1号线农业南路—东风南路站实际工程,开展粉砂土排水工况的动三轴试验,基于动三轴试验结果提出粉砂土塑性累积变形计算公式,并结合有限元模拟获得的地层动偏应力数据,预测小曲率半径为250～350 m、列车速度为40～200 km/h时隧道地基的长期累积变形。研究结果表明：相较于软黏土,粉砂土更易受到振动变形破坏,其初始阶段的变形量与变形速率更大;根据数值模拟计算结果,曲率半径为350 m、速度为80 km/h工况下运行30 a的累积沉降为20.23 mm;列车行驶速度越大,曲率半径越小,动偏应力越大,且相较于曲率半径的影响,曲线隧道地基长期沉降对列车速度的敏感性更大;曲线隧道设计、施工和运营时,要综合考虑曲率半径和列车速度的影响,当曲率半径为250～350 m时,理论上,列车速度宜控制在80 km/h以下,而当曲线隧道曲率半径大于350 m时,列车速度可适当调高。     

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。