地铁列车运行引起的振动对精密仪器影响的预测研究

采用一种动力有限元数值模型,并结合道路交通现场振动测试,对北京地铁8号线列车运行对邻近地铁线路的某科研楼内精密仪器的振动影响进行了预测研究,并比较了普通无砟轨道和浮置板轨道两种工况下楼内外的振动响应。提出了该有限元模型的网格划分、边界条件、阻尼施加等建模原则,采用实测的钢轨振动加速度计算而来的动态轮轨力作为该模型上的激励力。结果表明：采用该动力有限元模型可以有效地预测地铁列车运行引起的振动;浮置板轨道是一种有效的减振措施,在其工作频段内有显著的减振效果,但对低频振动没有减振效果,而且在其自振频率处还有一定的放大作用;地铁8号线开通后,地铁列车振动再叠加上道路交通引起的振动会对科研楼内部分精密仪器的正常工作造成一定的影响,仪器基座处可采取相应的隔振措施来减小这部分振动。     

北京地铁剪切型减振器扣件钢轨波磨治理的试验研究

北京地铁近年来投入运营的几条线路中,剪切型减振器扣件区段大量出现钢轨波磨现象,经过大量的调查和测试分析发现：剪切型减振器扣件轨道系统在200～400 Hz频段内的轮轨共振效应是引发钢轨波磨的主要原因。为了抑制波磨发展,在剪切型减振器扣件内增设橡胶垫块,并在北京地铁10号线选择两个试验段进行了现场试验,对两个试验段的钢轨走形带粗糙度进行了为期6个月的跟踪测试。测试结果表明：在剪切型减振器扣件内增设橡胶垫块有效地控制了钢轨波磨的发展,并在一定程度上起到了消减钢轨波磨的作用。     

盾构法和浅埋暗挖法结合建造地铁车站的模型试验

 针对目前国内区间盾构施工和车站施工工期矛盾的问题,提出盾构法和浅埋暗挖法结合建造地铁车站的新方案。通过1∶10大比尺模型试验研究,介绍模型地层、开挖方案和支护方案的模拟,比较真实地再现新型车站的施工过程。得到盾构管片应变、收敛变形和洞周土体变位在整个车站施工过程中的变化规律。试验结果表明在模型地层构造和地应力的条件下,采用试验中的施工开挖方案和支护方案能够保证车站洞室在整个施工过程中的安全稳定,证明提出的新型车站施工技术是可行的。     

基于改进蚁群算法的梯式轨道多目标优化研究

鉴于梯式轨道在实际应用过程中,需要同时优化钢轨振动加速度和道床振动加速度,利用MO-FHACO(多目标觅食-返巢机制连续域蚁群算法)对其进行双目标优化。利用四端参数法建立对应的梯式轨道数学模型,将1~80 Hz频段钢轨振动加速度级和道床振动加速度级作为优化目标,枕下减振垫刚度和数量作为设计变量。经过MO-FHACO双目标优化,成功得到梯式轨道双目标优化解。结果表明,采用MO-FHACO对梯式轨道进行多目标优化具有工程应用价值。     

地铁振动预测的周期性有限元-边界元耦合模型

针对地铁列车运行引起的隧道结构和自由场中的振动响应问题,提出了一个在频率-波数域内的三维周期性有限元-边界元耦合的数值模型,此模型中隧道结构采用有限元法计算,自由场采用边界元法模拟.此模型采用Floquet变换,利用隧道和自由场在隧道轴线方向上的周期性,把无限长的隧道及自由场的网格划分限制在一个基本元内,这样使动力学数值计算的效率大大提高.利用此模型计算了在隧道底板上施加固定单位谐振荷载情况下隧道一自由场相互作用系统的动力响应,结果表明此模型可应用于地铁列车运行引起的隧道和自由场中的动力响应预测.     

地铁浮置式轨道引起地表振动响应解析预测模型研究

在土层振动传递固有特性的基础上,提出一种针对地铁浮置式轨道型式引起的地表振动响应的解析预测模型。本模型将地铁环境振动的预测问题转化为计算浮置式轨道作用于基底的频域力群和求解土层振动频响函数的问题,然后通过系统合理简化将两部分进行频域叠加运算得出地表振动响应。采用本模型预测了北京地铁4号线浮置板区间地表振动响应,并与实测数据进行对比分析,结果表明:浮置板区间模型预测和地表实测加速度振动主频均为8~10Hz,且频域幅值相当,变化趋势相符;实测Z振级54.0 dB,预测Z振级56.1 dB,预测结果较准确。本频域快速预测模型具有预测速度快、预测精度高、可进行频域预测等特点,是现有环评预测方法的有效补充。     

地铁车站洞桩法施工引起的地表沉降和邻近柔性接头管道变形研究

在城市复杂建设环境下,地铁车站施工对地层和邻近管道的影响问题备受关注。依托北京地铁10号线黄庄站工程,基于地表和管道沉降的实测数据,建立"车站结构-地层-管道"三维耦合有限元模型,研究车站洞桩法施工对地层和管道的影响。采用主从接触面有限滑移方法模拟管道与土体相互作用,并利用两节点连接单元约束模型模拟柔性接头管道的接头变形,获得车站洞桩法施工对地表沉降和邻近柔性接头管道沉降、变形、应变、接头转角和脱开的影响规律。结果表明,"导洞开挖支护"和"中跨扣拱及拱部土体开挖支护"两个施工阶段是车站洞桩法施工中引起地表沉降的重要工序;管道变形与其相对于隧道的位置关系密切,管道正下方土体开挖过程对管道的影响最为显著;柔性接头管道的变形主要由管道接头承担,可采用接头转角和脱开作为管道变形的控制指标;管道接头转角的变化经历初始变化、凸曲率、凹曲率和稳定等四个阶段,而管道接头脱开经历初始变化、快速增长和稳定等三个阶段。     

隧道降水施工地表沉降的渗流-应力耦合分析

根据有效应力分析方法,建立了弹塑性渗流–应力耦合分析理论模型;采用流体体积方法方法来跟踪非稳定渗流场的动态自由水面,开发相应的数值模拟分析程序;并对某地铁隧道工程的动态降水过程和开挖过程进行仿真模拟,对降水和开挖过程中的地表沉降进行重点分析,得出动态变化的地表沉降曲线,通过将地表沉降计算值与现场量测值比较分析,两者数据吻合较好。研究结果表明,降水的影响半径约为30m,降水所引起的地表最大沉降值约为23mm,左右隧道施工完时地表最大沉降值约为43mm,施工期间周围建筑物和地下管线均无安全隐患。而通常采用30mm的控制标准,说明城市地铁工程的沉降控制基准要视具体的工程环境条件而定,这为该工程和类似工程施工提供了依据和参考作用。