地铁循环荷载下隧道下卧土体动力特性研究

随着我国城市地铁交通建设和运营里程的持续增加,列车荷载作用下隧道下卧土体的动力稳定问题备受关注。以粉质黏土地层中单线圆形地铁隧道为工程背景,采用室内模型试验和数值计算方法,分析了地铁循环荷载作用下隧道下卧土体中加速度峰值、沉降变形等的变化规律。结果表明,相较于循环荷载幅值,隧道下卧土体中加速度峰值衰减特性受循环荷载频率影响更为明显。单线圆形隧道周围约2倍直径范围为循环荷载作用影响区域,其中以0.5倍直径范围内影响最为显著。单线圆形隧道下卧土体的动力响应还受隧道埋深、隧道直径等因素影响,隧道埋深越深,隧道直径越大,下卧土体动力响应值越小,对隧道的安全有利。     

列车振动荷载作用下隧道周边软黏土长期沉降分析

 以上海地铁9号线三期工程为背景,对隧道周边1.5倍隧道外径范围内土体长期沉降进行现场监测。为分析上海软黏土在列车长期循环动荷载下的变形特征,通过引进考虑长期循环荷载作用效应的控制参数对现有动力循环加载弹塑性本构模型进行改进;采用改进的本构模型分析列车振动、工后固结2种工况下软黏土沉降发展规律。结果表明：通车850 d后,隧道拱底相对于地面的沉降实测值为4.7 mm,计算值为4.6 mm,其中由列车振动引起的沉降为3.1 mm,误差为2.0%,表明改进后的本构模型能够较好地模拟软黏土在列车振动荷载下的累积变形特征;振动荷载下隧道长期沉降符合指数型增长规律;在隧道埋深13.2 m情况下,列车振动引起的隧道拱底相对于地面的沉降经过约8 a趋于稳定,稳定后相对沉降量为4.2 mm。     

滨海软土地区地铁运营对沿线建筑物振动影响分析

滨海新区新建地铁Z2线运行最高时速可达120 km,大于城市中运行的普通地铁列车时速(60～80 km),高速地铁荷载相较于普通列车荷载有着频率高、幅值大的特点,所造成的环境振动也有所不同。本研究以天津市Z2地铁线一期工程作为实例,依托实际工程数据,利用大型通用有限元软件ABAQUS,建立轨道–隧道–地基–建筑物三维有限元模型,并结合ABAQUS自带子程序DLOAD模拟移动荷载,利用动力隐式分析针对天津滨海新区饱和软土地带快速地铁运营对沿线构建筑物的振动影响进行分析。并且对比3种基础形式–桩基础、筏板基础与条形基础的建筑结构在不同列车速度和隧道埋深工况下的振动反应规律。研究结论可为今后地铁工程沿线振动预测和评估提供指导。     

地铁运行对隧道周围土体的长期影响

地铁在运营过程中列车对隧道会造成长期的振动荷载,这种荷载不仅造成了周围土体的扰动,而且当作用于软土时还会造成一定的沉降。结合上海地铁1号线的工程实际,分析了振动荷载对隧道周围土体长期变形性状的影响规律,并计算由此引起的隧道沉降量。分析结果证明,在软土地层中,长期振动荷载对地铁隧道沉降有较大影响。     

天津Z2线地铁运营对沿线地面振动的影响分析

天津滨海新区Z2线为新型地铁线路,有着列车运行速度快、发车频次高等特点,其地铁运营时速最高可达120km,而中国现阶段城市中运行的普通地铁列车时速一般在60～80km。高速地铁荷载与普通列车荷载相比,有着频率高、幅值大的特点,所造成的环境振动规律也有所不同。以天津市Z2地铁线一期工程作为实例,依托实际工程数据,利用大型通用有限元软件ABAQUS建立隧道–土层三维有限元模型,采用动力隐式分析模拟地基土高速移动地铁列车荷载下的地表振动强度衰减规律,比较不同盾构隧道埋深、不同地铁列车行车速度以及不同隧道上覆土层性质工况下的地表振动变化规律,并结合相关城市环境振动评估标准,对地铁造成的环境振动进行评价,初步得到了地铁线路环境振动防护距离随以上三种因素的变化规律。研究结论可为今后高速地铁线路工程建设选线以及运营沿线振动预测、地铁沿线规划提供一定指导。     

地铁循环荷载作用下上海软土地基长期沉降计算

为准确预测地铁循环荷载作用下上海软土地基的长期沉降,建立基于边界面本构的ABAQUS轨道-隧道-地基三维有限元模型,分析了首次加载后隧道地基的沉降随土层深度和距隧道中心水平距离的变化规律,以及车速对沉降分布的影响;在此基础上,提取ABAQUS模拟的动应力分布,采用改进的K0固结条件下软黏土塑性累积应变计算公式,结合分层总和与固结理论,预测上海地铁1号线人民广场区段隧道的长期沉降,并与实测结果进行对比。结果表明:首次加载后,不同深度各测点距荷载作用位置越近,沉降轮轨分布越明显,残余沉降越大;随水平距离变化存在振动放大区,在3.5倍隧道直径范围外,残余沉降基本为0。改进的软黏土塑性累积应变模型能够更好反映偏压固结条件下循环加载轴向塑性累积应变的发展规律。但是,因不能考虑周围环境的影响,预测的长期沉降结果接近并略小于实测值。     

软土区地铁不同类型轨道振动测试分析

软土区地铁隧道结构在列车荷载作用下,工后沉降问题已引起广泛关注,而考虑不均匀沉降下的轨道动力特性实测研究却未见报道。以浙江省某地铁隧道为研究对象,对该隧道两个轨道断面进行了隧道沉降变形观测和钢轨竖向振动测试。基于监测结果,分析了两断面沉降变形和振动实测结果的差异,并对软土区地铁轨道型式进行优选分析。研究结果表明:理论模型计算与振动实测结果量值相当,但理论计算模型未考虑不均匀沉降及轨道弯曲效应,较实测值小;钢弹簧浮置板轨道钢轨振级比普通整体式轨道小10 d B;钢弹簧浮置板轨道固有频率较普通整体式轨道低,列车经过时,较早达到振动峰值,列车经过后,较晚恢复平息;整体式轨道振动对周围土体的扰动大于钢弹簧浮置板轨道,因前者沉降值大于后者,沉降值变大又会进一步加大振动影响。为确保良好的运营条件,建议软土区不均匀沉降工况下采用钢弹簧浮置板等减振轨道型式。     

地铁振动荷载作用下隧道土体变形数值模拟

上海地区地铁隧道主要埋设于第③层淤泥质粉质粘土和第④层淤泥质粘土层中,根据长期监测资料的分析,地铁列车的振动对隧道周围土体强度和变形有较大的影响.利用室内动三轴试验结果确定土体的动弹性模量,采用数值模拟的方法计算饱和软粘土地区地铁振动荷载作用下隧道周围土体的变形,由此进一步计算出地铁振动荷载作用下引起的地面沉降量.通过计算的地面沉降量与实测值比较,其结果与工程实际相吻合.因此可以利用此方法对地铁运营后的沉降量进行评价和预测,为地铁工程的设计、安全运营以及对周围建筑物的影响提供有价值的参考.     

循环荷载下软土地基固结沉降分析

软土地基在车辆长期作用下会产生较大的工后沉降,研究软土地基在车辆循环荷载下的变形及应力等特征,对控制工后沉降处理软土地基具有一定意义。以处于软土地基的某公路为例,应用ABAQUS建立饱和软土地基修正剑桥模型,不同时段通行车辆为循环荷载,得到公路在循环荷载下变形、应力、孔压等分布特性。结果表明,高峰通行时间越长地基的变形量越大,地基顶部孔压较底部孔压消散快,达到完全固结需要相当长的时间。     

交通荷载对场道地基工后沉降的影响分析

基于软土地区民航枢纽机场跑道飞机荷载特点,结合上海浦东国际机场第一跑道6年多的沉降观测数据,定量分析交通荷载对场道地基工后沉降的影响.采用对数曲线模型描述场道地基在恒载条件下的工后沉降规律,并用跑道竣工后尚未通航期间的沉降数据标定模型参数,跑道运营期间的恒载沉降与实测沉降的差值可视为交通荷载作用下的场道地基工后沉降.分析表明,在该跑道通航第5年,交通荷载作用下的场道地基工后沉降占工后总沉降量的比例达 31%,且这一比例最终将超过50%.这说明今后应在场道软土地基设计中充分考虑交通荷载对工后沉降的影响.     

盾构隧道软土震陷有限元分析

软土地区震陷是造成工程结构震害的原因之一,其计算问题一直是目前国内外十分关注的问题。为了研究地铁隧道在软土地区中的震陷计算问题,以天津Z2线地铁隧道一期工程为例,结合地质勘察报告和地震安全评价性报告,采用《软土地区岩土工程勘察规程》（JGJ 83—2011）推荐的有限元分析计算方法并结合软化模量理论,进行地铁隧道软土震陷的分析计算,将计算结果与自由场情况下的计算结果进行对比分析。结果表明,地铁隧道位置处的震陷值大于相同位置处自由场情况下的震陷值,但二者数值相差不大,隧道的震陷值在一定程度上可以通过自由场的震陷值来进行估算;隧道震陷处理措施的范围可限制在隧道中心轴线左右两个隧道直径范围内。研究以期对于软土地区盾构隧道震陷问题具有一定参考价值。     

高铁软基工后沉降特性与加固效果

高速铁路深厚软土地基的工后沉降控制是世界性难题,为此,依托于沪宁城际高速铁路,统计分析100余公里路基段3a运营期的沉降监测数据,将工后沉降划分成可以评价沉降控制效果的4个等级,并结合沉降推测评估,将其区划为稳定、基本稳定、临界超限与超限4个状态;针对地基处理措施工后沉降控制效果分析中传统方法存在的问题,提出"当量软弱土厚度"概念,可量化分析地基处理措施的工后沉降控制效果。分析表明:高铁路基的工后沉降与当量软弱土厚度成正相关关系,不同处理措施加固地基存在一个"临界"当量软弱土厚度,桩-板结构处理的地基沉降处于临界超限时,对应的当量软弱土厚度是桩-筏复合地基的1.7倍,是桩-网复合地基的2.2倍;桩-板结构处理的地基单位当量软弱土厚度工后沉降值仅为桩-筏复合地基的59%,桩-筏复合地基是桩-网复合地基的76%。     

车载下地基差异沉降对地铁隧道结构的影响分析

当地铁隧道地基存在差异沉降时,轨面在车载作用下会产生相应的不平顺,进而影响乘车的舒适度和行车的安全性。将地基视为弹性半空间,采用余弦函数模拟地基差异沉降槽,基于既有二系悬挂的车辆模型,建立车-轨-隧道-地基耦合模型,分析不同车速、差异沉降值、轨道-地基条件的组合情况下,钢轨支撑反力和隧道下卧土体竖向位移的变化规律。结果表明:随沉降槽深及车速的增加,轨下支撑反力及隧道下卧土体的变形显著增加,且随车速及轨下支撑刚度增大,沉降槽的影响也愈加明显;隧道结构及下卧土体变形随土质条件变化趋势受沉降槽深的影响较小。     

盾构施工引起地面长期沉降的理论计算研究

 对盾构施工引起的隧道轴线上方地面工后沉降进行研究,结果表明,土体开挖卸荷引起应力释放,产生初始超孔隙水压力,其分布呈三角形。假定衬砌不排水、土体为单面排水、压缩层厚度为隧道覆土厚度,采用太沙基一维固结理论,得到地面工后固结沉降的理论计算公式。假定地面长期沉降主要由施工期间沉降和工后固结沉降组成,进而得到地面长期沉降的理论计算公式。算例分析结果表明：该方法的预测值与实测值非常吻合;上海软土地区盾构隧道施工引起的地面长期沉降相当显著,最终地面沉降量在80 mm以上,固结沉降占总沉降量的80%～90%;按最小覆土深度5 m计算,需要2 a以上地面沉降才能最终稳定。     

顶管上穿施工对已有区间隧道影响性分析

顶管施工必然会引起周围土体的移动从而对相邻的地下区间造成危害,所以顶管穿越施工一方面必须严格控制地面隆沉;另一方面还需控制运营中的区间隧道的上浮和变形情况。采用三维有限元方法,考虑土体、区间隧道、顶管推进的相互作用,用ANSYS程序软件模拟顶管推进对区间隧道的位移影响,同时针对性地提出了相应的技术措施。     

陀螺桩垫层加强袋装砂井排水地基现场试验

常规袋装砂井排水的软土地基要求缓慢加荷因而占用了较多工期不利于工后沉降控制。为加快袋装砂井排水地基的加荷速率开展陀螺桩垫层加强袋装砂井排水地基现场试验。研究表明:陀螺桩垫层可以提高地基的整体稳定性,在快速加荷导致软土孔压系数B值大于1的条件下保持地基稳定;陀螺桩垫层降低了地基浅部高压缩性土层的压缩量,相对增大了软土层下无排水体土层的压缩量,抑制软土侧向变形的发展,降低工后沉降的速率;陀螺桩垫层降低了压缩层中的孔压峰值,使软土固结过程加快;相对于砂垫层陀螺桩垫层具有更大刚度,导致上部荷载在地基中产生的附加应力分布型式发生显著变化,使得袋装砂井排水地基的综合性状得到加强。     

混凝土芯砂石桩复合地基现场试验研究

从控制工后沉降和差异工后沉降思想出发,介绍了混凝土芯砂石桩复合地基加固深厚软基新技术。混凝土芯砂石桩复合地基采用按沉降或工后沉降控制设计思路,以土工格栅加筋碎石垫层作为基底垫层,芯桩砂石壳作为竖向排水体,预制钢筋混凝土芯桩作为竖向增强体,堆载作为加压系统。该技术充分利用了芯桩砂石壳的排水作用,使桩间软土的固结和沉降在施工和预压期间大部分完成,以解决路堤等建筑物在使用期间的沉降和不均匀沉降问题,达到控制工后沉降和差异工后沉降及充分发挥桩间软土承载力的目的。文中对路堤荷载下的芯桩顶应力和桩间土应力、桩顶和桩间土的沉降和差异沉降、分层沉降、侧向位移、超静孔隙水压力和桩身钢筋应力进行了较全面的现场观测,结果表明:混凝土芯砂石桩复合地基法工后沉降和差异工后沉降小,沉降稳定快,能适应快速加荷和质量可靠,特别适合于高含水率、高有机质含量地区对工后沉降和工后沉降差有严格要求的深厚软基处理,同时论证了该工法的有效性和优越性,具有较大的推广应用价值。