盾构下穿对既有地铁轮轨系统动力响应影响研究

发布时间：2018-06-21 16:12

本文选题：盾构隧道 + 解析解　；参考：《上海工程技术大学》2015年硕士论文

【摘要】：随着城市轨道交通与地下工程的快速发展,许多大城市的地铁线路逐渐网格化,地铁隧道之间的交叉已不可避免。新建隧道在下穿既有隧道时将引起既有隧道结构和轨道发生变形,进而可能对地铁列车运行安全性和平稳性等产生不利影响。因此,如何预测盾构下穿施工影响下既有线的变形值并评价下穿扰动下既有线的安全性状,给出相应的指标,将穿越工程对地铁结构以及列车运行的影响降低到可接受范围内,就显得尤为重要。本文在现有研究的基础上,主要开展了以下几方面的工作:(1)新建盾构隧道下穿施工引起既有隧道发生变形的解析解推导针对新建隧道正交下穿既有隧道工况,建立盾构下穿引起既有隧道竖向位移的理论计算模型。采用两阶段法计算盾构下穿施工对既有隧道受力和变形的影响,第一阶段计算盾构掘进引起的土体位移:通过汇源法求解盾尾土体损失引起的土体位移,基于Mindlin解采用数值积分方法得到盾构施工的正面推进力、侧壁摩擦力和注浆压力引起的土体位移;第二阶段分析土体位移对既有隧道的影响:将第一阶段计算的土体位移换算为荷载,基于Pasternak地基模型建立新建隧道的平衡微分方程,最终求解得到既有隧道由于下穿隧道盾构施工而产生的竖向位移解析解。该解析解可计算既有隧道因盾构下穿施工而产生的位移和内力。(2)隧道变形对轨道结构几何形位的影响基于经典的弹性地基梁理论,建立了钢轨-整体道床的双层叠合梁模型,得到了双层叠合梁的平衡微分方程并求得其通解,在此基础上推导了考虑盾构下穿施工影响的叠合梁模型的通解,并针对不同工况(有无下穿施工影响)下的叠合梁结构变形及内力进行了力学分析。为了建立一种更加简化的轨道变形计算方法,考虑轨道结构各层之间的连结关系,扣件系统简化为线性弹簧,整体道床与隧道底板之间的连结采用纯受压弹簧模拟,将钢轨与整体道床视为自由梁,基于经典力学理论推导了隧道沉降与钢轨变形间映射关系的解析表达式。简化后的映射关系能更加快速地确定盾构下穿施工引起的轨道几何形位的变化。(3)盾构下穿施工对轮轨动力响应的影响为了分析盾构下穿施工对既有地铁线路列车运行安全性和平稳性的影响,基于多体动力学理论、轮轨动力学原理以及有限元方法建立了车辆-轨道系统的垂向耦合动力学模型,并采用FORTRAN语言编制了相应的车辆-轨道系统动力分析程序(DRIS)。该模型全面考虑了盾构下穿对既有隧道的影响、隧道变形与钢轨变形之间的映射关系以及轮轨动态接触关系,可以快速计算分析下穿施工对既有地铁线路轮轨动力响应的影响。利用所编制的程序,计算分析了盾构施工前后车辆及轨道结构动力响应基本特性,并研究了施工引起的不同沉降幅值、波长以及列车运行速度对轮轨动力响应的影响。结果表明,车体振动加速度、垂向轮轨力、钢轨位移以及钢轨垂向加速度均随沉降幅值与车速的提高而增大,在沉降波长为14m、车速为80km/h的条件下,沉降幅值超过19.52mm时,车体垂向加速度超过了限值,因此,施工时应格外注意控制轨道结构的沉降幅值。本文研究成果可为盾构下穿类工程实践提供理论参考。
[Abstract]:With the rapid development of the urban rail transit and underground engineering , the subway lines in many big cities are gradually meshed , and the cross between the subway tunnels has become inevitable . ( 3 ) In order to analyze the influence of shield tunneling construction on the train running safety and stability of existing subway lines under shield tunneling , the paper establishes the dynamic response of vehicle - rail system on the basis of multi - body dynamics theory , wheel - rail dynamics principle and finite element method .
【学位授予单位】：上海工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U455.43

【参考文献】