曲线隧道内地铁列车运行引起的地表振动传播规律研究

发布时间：2020-11-02 09:16

　　 由于受城市区域地形、地物及不同地质等因素的约束,为了最大限度的满足城市既有布局对列车运行线路平面的布置要求以及客流的需求,实际在地铁的线路规划和设计中,曲线隧道应用广泛。而实测数据表明,列车在直线段、曲线段运行时引起的地表环境振动规律存在一定的差异,而目前国内外关于曲线隧道内列车运行引起的环境振动的研究相对较少。基于以上背景,本文利用列车-曲线轨道耦合解析模型及周期性曲线有限元-无限元耦合模型,对列车作用下曲线隧道的地表振动传播规律进行研究。论文的主要研究内容及结论如下:1.基于无限周期结构理论,将列车-曲线轨道耦合解析模型以及周期性曲线有限元-无限元耦合模型结合起来,提出了曲线隧道内列车运行引起的环境振动的预测模型。2.以北京地铁15号线一曲线隧道段现场实测的土层参数、隧道结构参数以及列车运行速度等为依据,利用本文提出的预测模型,对列车作用下曲线隧道的地表环境振动进行计算和分析,并与该曲线段地表振动实测数据进行对比分析,验证了本文提出的预测模型的准确性与可靠性。3.考虑曲线半径、列车速度以及土层物理力学参数等因素的影响,计算了曲线外侧地表点的振动响应,并对列车作用下曲线隧道环境振动的若干影响因素进行敏感性分析。研究发现:列车运行速度、土层参数对列车作用下曲线隧道地表环境振动影响较大,曲线半径影响相对较小。4.对地表点水平向和铅垂向振动加速度时程、1/3倍频程谱以及Z振级进行分析,研究了随距线路中心线的距离增大,不同影响因素条件下水平向与铅垂向振动的传播规律。结果表明:地表各拾振点的水平向与铅垂向加速度时域有效值(RMS),20~100Hz频段的1/3倍频程谱以及Z振级量值随着车速的增加均呈现增加的趋势,随着土层弹性模量(单一土层)的增大而呈现减小的趋势,而受曲线半径变化的影响相对较小。无论曲线隧道还是直线隧道,列车运行引起的地表铅垂向、水平向振动加速度响应在与线路中心线距离20m处附近均会产生振动放大现象。
【学位单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O32;U231;U451.3
【部分图文】：

ｌ．ｉ随着中国经济的髙速发展，城市人口不断增加，人口密度越来越大，城市的??交通环境严重恶化，城市交通拥堵问题日益加剧。城市轨道交通具有能耗低、运??量大、速度快、环保、乘坐舒适等诸多优点，能满足人们对于出行的需求，是缓??解如今交通巨大压力的有效措施。自英国于１８６３年建立了世界上第一条地铁以??来［１］，经过近１５０多年的发展，城市地下交通已成为解决城市交通拥堵的重要手??段和捷径，越来越多国家的不同地区正在修建或者规划地下铁道。截至目前，世??界范围内己经有５５个国家的１５８个地区修建了地下铁道［２］。我国于１９７１年修建??了国内第一条地下铁道－北京地铁１号线［３］，在此后的４０余年里，国内地下铁道??处于快速发展阶段。据相关数据显示［４］，仅在２０１８年，中国新增城市快速轨道交??通运营线路里程总计达６４７．８ｋｍ，新增开通运营城市１个，新增投入运营线路１４??条。最新数据显示，截至２０１８年１２月３１日，中国拥有快速轨道交通的城市共??３６个，运营线路１６９条，运营线路总长度达５４９４．９ｋｍ，运营车站３５１３座。预计??在２０２０年底，地铁的竣工总里程数将达到８１３３公里［５］，北京地铁２０２０年规划??

－－－，对实际工程做大量的简化。采用理论解析法以及经验预测法难以获得较为精确的??解。随着二十世纪七十年代高性能电子计算机的问世和不断发展，直至现在，采??用数值模拟的研究方法分析振动波的传播问题是最便捷和经济的研究方法。常见??的方法有：有限元法、有限差分法、边界元法、有限元－边界元耦合方法以及有限??元－无限元耦合方法等。??（１）有限元方法??数值模拟方法中，最常用的是有限元法［３１］；其优点是在分析中能适应多种复??杂的几何尺寸和形状，并且在模拟中可采用多种边界条件对相关问题进行模拟，??可用于求解非线性和非均质等问题。??刘维宁等［６８］通过建立“地铁车辆？轨道基础－衬砌结构－地层系统”模型（如图??１．４所示），用来分析地铁列车运行通过时引起的正上方地表的振动传播规律。分??析表明：距离地铁列车运行线路中心线一定范围内，其振动响应存在振动放大的??一个区域（如图１．５所示）；此外，地层响应还存在一个主要的频带，地表建筑的??自振周期若落入这一频带，则会受到过往车辆产生振动的显著影响。??

－－－，对实际工程做大量的简化。采用理论解析法以及经验预测法难以获得较为精确的??解。随着二十世纪七十年代高性能电子计算机的问世和不断发展，直至现在，采??用数值模拟的研究方法分析振动波的传播问题是最便捷和经济的研究方法。常见??的方法有：有限元法、有限差分法、边界元法、有限元－边界元耦合方法以及有限??元－无限元耦合方法等。??（１）有限元方法??数值模拟方法中，最常用的是有限元法［３１］；其优点是在分析中能适应多种复??杂的几何尺寸和形状，并且在模拟中可采用多种边界条件对相关问题进行模拟，??可用于求解非线性和非均质等问题。??刘维宁等［６８］通过建立“地铁车辆？轨道基础－衬砌结构－地层系统”模型（如图??１．４所示），用来分析地铁列车运行通过时引起的正上方地表的振动传播规律。分??析表明：距离地铁列车运行线路中心线一定范围内，其振动响应存在振动放大的??一个区域（如图１．５所示）；此外，地层响应还存在一个主要的频带，地表建筑的??自振周期若落入这一频带，则会受到过往车辆产生振动的显著影响。??
【参考文献】

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本文编号：2866850