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％.     

武汉地铁7号线行车荷载下越江公铁两用隧道结构动力响应分析

以武汉地铁7号线越江公铁两用隧道为研究对象，建立了考虑地铁行车荷载的越江隧道(含钢轨、轨枕、管片及周边岩土体等)离散元模型。在该隧道某截面上选取14个测点，分析了地铁行车荷载下该截面各层混凝土板的局部动力响应及管片动力响应。结果表明：管片结构及各混凝土板对称点处的颗粒振动加速度呈对称分布；随着地铁行车荷载的施加，排烟道两侧与管片连接处、公路路面板中心区域的剪应力逐渐增大，易出现裂隙破坏；地铁行车荷载引起的振动波在管片内的传递以横向振动波和竖向振动波为主；地铁列车开始通过隧道截面时对隧道管片的影响最大。     

人工冻结对南京砂液化特性的影响

针对长江中下游地区广泛分布的南京砂,使用GDS动三轴系统分别在地震荷载和地铁列车振动荷载作用下进行动三轴试验,研究人工冻结对南京砂液化特性的影响及其机理,并判别2种荷载对南京砂冻结施工的潜在危险。结果表明:在地震荷载和地铁列车振动荷载作用下,冻融循环均会明显降低南京砂的刚度和抗液化能力,首次冻融最为明显;冻融次数越多,冻融粉细砂的结构性越差,越容易发生液化;冻融循环将增大南京砂动孔压对动荷载响应的敏感度;冻结温度越低、有效围压越小,冻融循环后南京砂的抗液化能力越差;南京地区地震荷载对南京砂冻结施工的潜在危险较小,而来自地铁列车振动荷载的潜在危险较大。     

列车荷载作用下地铁区间双层隧道模型试验研究

列车振动对双层隧道和近距离交叠隧道影响较大。以某地铁区间隧道为研究对象,对一单洞双层地铁区间隧道进行列车振动模型试验,选择合适的试验材料,确定隧道衬砌模型和地层材料参数。依照列车动荷载激振力公式,设计列车振动模型装置,解决动力响应模型试验中动荷载加载的问题。在进行静荷载作用下模型试验的基础上,完成双层隧道列车振动模型试验。测试、分析上行动载、下行动载和上下交会动载3种工况隧道结构的受力状态。研究表明:相对于动荷载,静荷载对结构应力状态影响更大,但在个别部位动荷载影响较大。在上下交会动载作用下,衬砌结构个别位置出现应力集中情况;加速度随着离振源距离加大而明显衰减;在一些测点的试验值与数值模拟结果基本吻合。     

北京地下联络线运营列车振动对既有地铁结构的影响

采用动力有限元数值方法,分析在建北京地下联络线列车运营对既有地铁结构的振动影响,根据相关的振动控制限值对全线既有地铁结构的安全性进行预测评估.以车轨耦合方法模拟列车移动荷载,采用弹簧一阻尼吸收边界模型以减弱动力边界反射波的影响.结果表明:地下联络线列车运营对既有地铁结构4个区段有一定程度或明显地振动影响,需在这些区段采取减振量为8～12 dB较高的减振措施,减振长度为在既有地铁结构对应的地下联络线长度基础上,两端各增加一段缓冲长度,列车进入端缓冲长度取200 m,列车离开端缓冲长度取100 m.     

三维交叠隧道列车运营对环境的振动影响

北京站至北京西站地下直径线宣武门地段交叉穿行地铁2号线及4号线宣武门车站,以此复杂的空间三线交叠隧道为背景,对列车振动荷载下的动力响应进行研究.通过荷载数定法和解析公式法,分别计算既有地铁列车和直径线铁路列车的振动荷载曲线,并作为激励源作用于所建立的宣武门地段的动力有限元模型上,进行三维动力有限元数值模拟,通过有效地选取拾振点和振动参量,对其动力响应的特点及振动传播规律进行分析研究.结果表明,北京地下直径线宣武门地段的开通运营会增加邻近地铁结构的振动响应和附加动应力,对结构耐久性和正常使用有一定影响;地面点产生的振动速度较小,不会对地面结构造成损坏;地面点的垂向振级超过规范标准;考虑此地段振源复杂、结构重要,建议采取较高减振措施,不需特殊减振;动力响应随着离开振源的距离不同而呈有规律的变化,且在离开振源水平向一定距离内存在振动放大区.     

不同加载频率及循环应力水平对人工冻融软土动力特性影响试验研究

近年来冻结法作为一种提高土体强度的手段被广泛应用于地铁隧道施工中,然而在列车循环荷载作用下冻土融化后会产生较大变形,影响地铁列车的运营安全。基于室内动三轴试验,研究列车加载频率、应力幅值和固结压力对冻融土体动孔压及应变的影响,得到地铁列车循环荷载下冻融软土的动力特性规律。试验研究表明:冻融后土体强度显著降低,且由于列车循环荷载作用会发生更大程度的下降。在地铁不同频率荷载下,其加载频率越低,动孔隙压力值越高,冻融后软土应变增幅明显。在相近循环应力比下,固结压力比应力幅值对冻融土动力特性影响更大。同时,基于试验数据,建立地铁列车循环荷载作用下的冻融土孔压累积模型,模型预测值与试验值较为吻合。     

地铁列车运行时引起的隧道内振动荷载研究

地铁环境振动研究首先需要确定隧道内的振动荷载。针对以往采用的解析计算模型确定地铁振动荷载时对列车、轨道、地基各子模型的影响研究不够,基于车辆-轨道-隧道-地基模型对此进行详细分析。研究结果表明:不考虑轨道不平顺时,列车可以直接简化为移动点荷载,考虑轨道不平顺时,不同列车模型确定的地铁振动荷载差别不大,但轮轨力存在一定差异,列车最好采用整车模型。整体式轨道的地铁振动荷载最大,有砟轨道次之,浮置板轨道最小。浮置板可以有效减少地铁振动荷载的幅值和频率,但随着浮置板长度增加振动荷载趋于恒定。地基模型对地铁振动荷载影响很小,地基可直接简化为Winkler模型。对计算模型中不同子模型的影响进行分析,可为地铁振动荷载的确定提供一定的参考。     

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。     

风荷载作用下大跨度桥梁的动力响应及行车安全性分析

根据桥梁结构动力学、车辆动力学、轮轨相互作用以及结构风振的基本原理，研究风、列车、桥梁构成的动力相互作用系统的振动机理。结合实桥的动力研究，建立风荷载作用下的列车和大跨度桥梁系统动力相互作用分析模型，研究桥梁在脉动风荷载和列车荷载同时作用下的振动特性，以及桥上列车受风荷载作用下运行的安全性和平稳性，从而得出风速、车速、桥型等多种因素对风-车-桥动力系统振动特性等影响的研究结论。主要研究内容如下。     

列车振动荷载及间隔土层厚度对结构稳定性的影响研究

以北京地铁十号线国双区间暗挖下穿既有地铁一号线为实例,对开挖引起的新建隧道垂直下穿既有线不同厚度间隔土层的影响进行研究分析。在计算中将对新建隧道对既有隧道的影响进行分析,得出了地铁振动荷栽引起的压缩变形规律,从而在施工中对开挖进行了有效的知道,确保了施工安全和既有地铁的正常运营,对城市地下隧道修建具有一定指导意义。     

佛山地铁魁奇路地下换乘站抗震性能分析

以佛山地铁魁奇路站实际工程为背景,对地下车站进行了结构抗震性能分析。以反应位移法建立了地铁车站二维结构计算模型,求解了地下车站受地震荷载作用下响应结果,并与静力法计算结果进行了对比,以研究地铁车站在地震作用下的内力变化规律。基于Midas GTS NX软件,应用非线性时程分析法,建立了结构和周围土层为一体的整体计算模型,通过模态分析求解了结构体系各阶的自振频率和各阶振型;模拟了地下结构在地震荷载下的动态特性,揭示了地铁车站在地震作用下的位移时程反应及结构整体变形状况。     

列车振动条件下古建筑群结构动力响应分析

为研究地铁列车振动对上方古建筑的影响规律,基于西安地铁4号线下穿和平门区段,建立不同行车速度组合工况有限元振动分析模型,用来分析和平门古建筑群的振动响应规律。并进行中国古建筑结构允许振动速度评价标准的比选、推导和确定,由结果可知:地铁单向或对向通过城墙时,不同车速对峰值位移几乎没有影响。城墙的峰值速度、加速度随着车速的增大而增大,在车速为80 km/h时达到最大。桥体在两种运行模式下的峰值位移、速度、加速度变化趋势与城墙相同,但最终值较大。综合比较,列车80 km/h对向行驶为最不利情况,此时城墙和桥体的速度、加速度分别为0.160,0.667 mm/s和0.679,2.998 mm/s~2。护城河桥的振动以竖直方向为主,而城墙在列车运营时主要呈水平方向振动。桥体的水平振动速度略大于城墙,且两者均小于容许水平振动速度,因此该地铁运营过程中可保证古建筑运营安全。     

地铁隧道洞壁振动时频特性分析

源强的合理确定是地铁环境振动预测及振动控制措施设计的关键因素。采用已通车线路的实测数据作为源强取值的参考是常用做法,但鉴于地铁振动的随机特征及各种线路的差异性,实测源强的统计学结果更具参考价值。基于国内某地铁隧道洞壁多次连续过车加速度时程数据,得出了具有统计学意义的洞壁振动时频特性:振动峰值加速度均值约2.5 m/s^2,强振持时约5.8 s,平均最大Z振级为64.7 dB;洞壁振动主要集中在中高频段,但高频振动经土层传播后迅速衰减而对结构反应影响小。振动加速度反应谱均值、峰值加速度均值、持时均值及振动波形包络参数均可用于人工合成具有统计意义的源强振动加速度时程。     

地铁线路下穿燃气调压站引起的环境振动影响及控制措施研究

近年来,我国大城市地铁线网和城市燃气管网密度日益增大,地铁线路不可避免下穿燃气管线及其调压站,而地铁列车运行对燃气设施产生的振动影响及其控制措施研究少见报道。以某地铁线路下穿燃气调压站实际工程为分析对象,综合采用地铁振动类比测试和数值仿真计算方法对燃气调压站受地铁振动影响情况进行了预测分析,提出"减振垫-厚重筏板基础-减振垫-箱形设备基础"隔振控制方案,并对其隔振效果进行数值仿真分析。分析结果表明:控制措施实施前,3个燃气设备基础Z振级预测值为78.3~81.4 dB,加速度峰值为0.155~0.22 m/s^2;控制措施实施后,Z振级降为69.9~73.4 dB,加速度峰值平均下降61%,控制措施效果明显。     

基于摩擦摆支座的城市轨道交通异形连续梁桥减隔震分析

随着城市轨道交通业的迅猛发展,实际工程中对于桥梁的减隔震性能提出了更高的要求。针对异形连续梁桥减隔震的问题,以西安地铁5号线上该桥型为研究对象,采用弹性反应谱法及非线性时程反应分析方法,对普通支座和摩擦摆减隔震支座的两种模型在3条罕遇地震波作用下的各项地震反应进行研究。分析结果表明:采用摩擦摆隔震支座后,桥梁结构自振周期明显延长;桥墩在地震荷载作用下的墩底弯矩和墩顶位移反应显著减小;采用普通支座时,活动墩和固定墩地震力分配不均匀,采用摩擦摆隔震支座后,活动墩和固定墩均匀分配地震荷载,各墩协同抗震;摩擦摆隔震支座隔震效果明显。     

地铁列车运营引起的既有线结构振动衰减规律分析

地铁列车运转产生的振动通过道床传到隧道结构,再通过土层向四周传播,诱发了附近地下结构以及地面建筑物的二次振动。通过对地铁列车运营引起的既有线结构振动在地层中的衰减规律测试,初步研究了既有地铁列车运营过程中的振动对施工和建成的部分初期结构的影响。     

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。     

地铁交通诱发邻近建筑物振动的实测与分析

根据现场实测数据,对某地铁2号线沿线典型区段地铁引起的临近建筑物振动实况和振动特性及其传播规律等进行了分析研究。结果表明:地铁诱发的沿线建筑物的振动以竖向为主,且楼层竖向振动基本表现为整体振动;在框架结构中,振动信号主要是沿柱子向上部楼层传播;楼层振动主要表现为低频的楼板振动,楼层间信号的放大主要集中在20 Hz以下的低频信号。此外,本文还给出建筑物振动实测资料的评价分析,为评估地铁运营诱发的环境振动与城市规划设计提供参考。