地鐵振動荷載作用下隧道四周飽和軟黏土動力響應(yīng)研究

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1、地鐵振動荷載作用下隧道四周飽和軟黏土動力響應(yīng)研究張曦唐益群周念清王建秀趙書凱摘要:以上海地鐵二號線靜安寺站－江蘇路站區(qū)間隧道四周飽和軟黏土為研究對象，通過對隧道四周不同位置、不同深度土體中預(yù)埋土壓力盒和孔壓計，進(jìn)行現(xiàn)場連續(xù)動態(tài)監(jiān)測，對地鐵振動荷載作用下飽和軟黏土的響應(yīng)頻率、土體響應(yīng)應(yīng)力幅值隨距離地鐵隧道遠(yuǎn)近以及土體響應(yīng)應(yīng)力幅值隨深度的變化規(guī)律進(jìn)行研究，并提出了土體動力響應(yīng)衰減計算公式，利用該式可以計算出地鐵列車經(jīng)過時的影響范圍及其動力響應(yīng)值的大小，可以猜測與估算地鐵列車振動荷載對四周建筑物的影響情況，為地鐵設(shè)計、施工

2、以及安全運(yùn)營提供有價值的參考。關(guān)鍵詞:地鐵隧道;振動荷載;飽和軟黏土;動力響應(yīng)地鐵作為一種安全、舒適、高速的交通工具，在現(xiàn)代城市中必不可少。但是，地鐵列車在行駛過程中引起的振動問題是不容忽視的。有很多模型被用來分析地面上列車荷載作用下產(chǎn)生的地面振動[1－4]。文獻(xiàn)[5－7]中研究了在列車振動荷載下軌道系統(tǒng)的動力響應(yīng)，但其只研究了地基上部結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，并未研究土的動力響應(yīng)。目前，國內(nèi)外對地鐵隧道四周飽和軟黏土動力響應(yīng)的研究尚未見到。然而，飽和軟黏土在地鐵列車長期振動荷載作用下將會產(chǎn)生較大的變形[8－9]，根據(jù)有關(guān)監(jiān)測資料

3、，上海地鐵1號線隧道在某些區(qū)段出現(xiàn)較大的軸線變形和地面沉降量[10]，給地鐵列車的正常運(yùn)營帶來了一定的影響。地鐵隧道的軸線變形和地面沉降直接關(guān)系到地鐵的安全運(yùn)營問題，而其沉降變形首先始于孔隙水壓力的變化及其土體應(yīng)力的變化[11－12]。因而，研究地鐵隧道四周土體的動力響應(yīng)對于地鐵的設(shè)計、施工和安全運(yùn)營具有重要意義。1現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)測為研究地鐵振動荷載對隧道四周飽和軟黏土的影響，研究中采用現(xiàn)場試驗與測試的方法。研究地點選在上海地鐵二號線靜安寺站—江蘇路站之間。現(xiàn)場監(jiān)測采用動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其采樣頻率可高達(dá)200Hz，而精度可達(dá)

4、0.1kPa，完全可以反映四周土體對列車振動荷載的響應(yīng)。動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括:電阻式傳感器，動態(tài)應(yīng)變放大器，數(shù)據(jù)采集器和電腦。該系統(tǒng)通過計算機(jī)系統(tǒng)記錄所有的采樣點數(shù)據(jù)，可以達(dá)到實時監(jiān)測的目的。動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行示意圖如圖1所示。試驗布孔采取折線式布孔方式(如圖2)。平面上，在地鐵隧道平行向和垂直向分別布設(shè)3個鉆孔，鉆孔直徑為110mm，布孔位置距靜安寺地鐵車站隧道出口處的距離為210m。與地鐵隧道軸線平行方向的鉆孔為3、4、5號孔，鉆孔孔距為15.0m，距地鐵隧道管片外側(cè)僅1.8m地鐵振動荷載作用下隧道四周飽和軟黏土動力響

5、應(yīng)研究張曦唐益群周念清王建秀趙書凱摘要:以上海地鐵二號線靜安寺站－江蘇路站區(qū)間隧道四周飽和軟黏土為研究對象，通過對隧道四周不同位置、不同深度土體中預(yù)埋土壓力盒和孔壓計，進(jìn)行現(xiàn)場連續(xù)動態(tài)監(jiān)測，對地鐵振動荷載作用下飽和軟黏土的響應(yīng)頻率、土體響應(yīng)應(yīng)力幅值隨距離地鐵隧道遠(yuǎn)近以及土體響應(yīng)應(yīng)力幅值隨深度的變化規(guī)律進(jìn)行研究，并提出了土體動力響應(yīng)衰減計算公式，利用該式可以計算出地鐵列車經(jīng)過時的影響范圍及其動力響應(yīng)值的大小，可以猜測與估算地鐵列車振動荷載對四周建筑物的影響情況，為地鐵設(shè)計、施工以及安全運(yùn)營提供有價值的參考。關(guān)鍵詞:地鐵

6、隧道;振動荷載;飽和軟黏土;動力響應(yīng)地鐵作為一種安全、舒適、高速的交通工具，在現(xiàn)代城市中必不可少。但是，地鐵列車在行駛過程中引起的振動問題是不容忽視的。有很多模型被用來分析地面上列車荷載作用下產(chǎn)生的地面振動[1－4]。文獻(xiàn)[5－7]中研究了在列車振動荷載下軌道系統(tǒng)的動力響應(yīng)，但其只研究了地基上部結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，并未研究土的動力響應(yīng)。目前，國內(nèi)外對地鐵隧道四周飽和軟黏土動力響應(yīng)的研究尚未見到。然而，飽和軟黏土在地鐵列車長期振動荷載作用下將會產(chǎn)生較大的變形[8－9]，根據(jù)有關(guān)監(jiān)測資料，上海地鐵1號線隧道在某些區(qū)段出現(xiàn)較大的軸

7、線變形和地面沉降量[10]，給地鐵列車的正常運(yùn)營帶來了一定的影響。地鐵隧道的軸線變形和地面沉降直接關(guān)系到地鐵的安全運(yùn)營問題，而其沉降變形首先始于孔隙水壓力的變化及其土體應(yīng)力的變化[11－12]。因而，研究地鐵隧道四周土體的動力響應(yīng)對于地鐵的設(shè)計、施工和安全運(yùn)營具有重要意義。1現(xiàn)場動態(tài)監(jiān)測為研究地鐵振動荷載對隧道四周飽和軟黏土的影響，研究中采用現(xiàn)場試驗與測試的方法。研究地點選在上海地鐵二號線靜安寺站—江蘇路站之間?，F(xiàn)場監(jiān)測采用動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，其采樣頻率可高達(dá)200Hz，而精度可達(dá)0.1kPa，完全可以反映四周土體對列車振

8、動荷載的響應(yīng)。動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括:電阻式傳感器，動態(tài)應(yīng)變放大器，數(shù)據(jù)采集器和電腦。該系統(tǒng)通過計算機(jī)系統(tǒng)記錄所有的采樣點數(shù)據(jù)，可以達(dá)到實時監(jiān)測的目的。動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行示意圖如圖1所示。試驗布孔采取折線式布孔方式(如圖2)。平面上，在地鐵隧道平行向和垂直向分別布設(shè)3個鉆孔，鉆孔直徑為110mm，布孔位置距靜安寺地鐵車站隧道出口處的距離為210m。與地