列車動載作用下盾構隧道及圍巖動力響應特性研究

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1、國內圖書分類號：U25密級：公開國際圖書分類號：624西南交通大學研究生學位論文列車動載作用下盾構隧道及圍巖動力響應特性研究年級二零一五級姓名徐朝陽申請學位級別工學碩士專業(yè)橋梁與隧道工程指導老師楊文波副教授二零一八年五月ClassifiedIndex:U25U.D.C:624SouthwestJiaotongUniversityMasterDegreeThesisSTUDYONTHEDYNAMICRESPONSEOFSHIELDTUNNELANDSURROUNDINGSTRATADUETOTRAININDUCEDVIBRATIONGrade:2015Candidate:XU

2、ZhaoyangAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringSpeciality:BridgeandTunnelEngineeringSupervisor:AssociateProf.YangWenboMay,2018西南交通大學碩士研究生學位論文第Ⅰ頁摘要地鐵的開通極大地方便了市民的出行，緩解了城市交通擁堵問題。然而，列車運營產生的環(huán)境振動與噪聲問題對沿線居民的生活與工作產生了一定不良影響。盾構隧道襯砌結構通常由多個不同尺寸的管片拼裝而成，因此不可避免的存在眾多接頭，這些接頭會削弱隧道襯砌的力學性能。在列車振動荷載作用下，尤其當

3、列車長期運營或結構本身存在損傷時，盾構隧道結構有可能會產生累計損傷以致破壞，從而危害地鐵的安全運營。本文采用資料調研、模型試驗與數值模擬等手段，研究了列車振動荷載作用下隧道結構與周圍地層的動力響應特性，重點分析了管片接頭和拼裝方式的影響規(guī)律，主要工作與研究成果如下：（1）在充分調研的基礎上，開展室內相似模型試驗，利用激振器將荷載施加在管片結構底部，分析了列車振動荷載作用下隧道結構和周圍地層的加速度響應規(guī)律。利用掃頻振動荷載與頻率響應函數（FRF）獲得了不同振動頻率下的動力響應特性，并分析了模型試驗測試結果的可靠性。同時，通過測試三種管片襯砌模型：勻質圓環(huán)模型、通縫拼裝模型和

4、錯縫拼裝模型，研究了管片接頭與不同拼裝方式對管片襯砌和地層動力響應的影響規(guī)律。結果表明，FRF響應是管片襯砌與地層自身動力響應特性的體現，與掃頻周期、掃頻方向和荷載振幅無關。振動荷載頻率較低時（40Hz以下），模型試驗結果易受噪音等因素干擾，結果的可靠性相對較低。當荷載頻率大于40Hz時，模型試驗測試結果可靠度較高。（2）采用FLAC3D軟件開展數值模擬研究，通過與模型試驗對比驗證了兩種研究方法下動力響應結果的可靠性。通過數值模擬重點分析了隧道結構和地層在低頻段（0~40Hz）的FRF響應特性，獲得了管片內力響應規(guī)律。同時研究了管片接頭和拼裝方式的影響規(guī)律。結果表明，考慮管

5、片接頭時，襯砌結構與地層的FRF響應均有所降低，其中襯砌結構動力響應的減少幅度更為顯著。同時，管片接頭使隧道拱底附近彎矩變大，其余位置彎矩變小。而接頭使管片襯砌所受軸力整體變小。（3）以上述研究為基礎，進一步考慮列車的移動，建立三維數值計算模型，對移動列車荷載作用下隧道結構與周圍地層的動力響應進行了計算。從豎向加速度、應力、應變和管片內力多個角度，探究了管片接頭、拼裝方式以及列車時速的影響規(guī)律。結果表明，管片接頭對襯砌結構的動力響應有顯著影響，而對地層的動力響應影響相對較小。列車時速的改變對襯砌結構與周圍地層的動力響應均有一定影響，隨著時速的增加，動力響應整體呈現出增強的趨

6、勢。綜上所述，當研究列車振動荷載作用下盾構隧道結構的動力響應問題時，有必要考慮管片接頭的影響。關鍵詞：盾構隧道；列車振動荷載；動力響應；管片接頭；管片拼裝方式西南交通大學碩士研究生學位論文第II頁AbstractTheurbansubwaysgreatlyfacilitatethemovementofcitizensandalleviatetrafficcongestions,buttheenvironmentalvibrationandnoisecausedbythetrainoperationhaveanadverseinfluenceonthelifeandworko

7、ftheresidentsalongtheline.Theliningstructureoftheshieldtunnelisusuallyassembledbysegmentswithdifferentsizes.Therefore,therewillinevitablybealargenumberofjointsinthetunnellining,whichdeclinethemechanicalpropertiesoftunnellining.Afterthelong-termrunningofthetrai