地铁横通道交叉隧道结构爆破施工与列车振动的动力特性研究
发布时间：2021-10-18 10:06
随着我国城市化水平的提高,越来越多的城市开始修建地铁以缓解交通,提高土地利用率。在地铁建设过程中,地铁横通道工程作为地铁区间建设的重要组成部分,其施工过程对于地铁主隧道的稳定与安全至关重要,受到国内外学者的广泛关注。为此,本文依托哈尔滨轨道交通2号线横通道建设工程,采用理论分析、数值模拟和现场实测的方法,建立横通道数值模型,研究横通道在爆破开挖和列车振动载荷下的衬砌结构稳定性,基于peck公式的修正提出了横通道施工过程中的地表沉降预测计算公式,为哈尔滨地区的地表沉降预测提供重要理论依据。主要研究内容如下:（1）横通道爆破施工过程力学机理分析。基于有限差分软件FLAC 3D,建立横通道的施工数值模型,研究横通道爆破开挖引起的衬砌应力应变和振动速度情况,分析了施工角度、施工爆破方式、横通道埋深和围岩等级对横通道稳定性的影响。（2）横通道在列车载荷下的衬砌稳定性分析。运用数值模型,对列车行驶振动过程中造成的衬砌位移、应力、速度和加速度情况进行研究,并模拟列车在横通道不同施工角度、列车时速、隧道埋深和围岩等级下对列车轨道的影响。（3）监测数据分析。通过现场监测,研究爆破施工过程中和列车行驶运营...
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１地铁营业里程
主要介绍了建立的地铁横通道模型的边界条件、??模型大小和施工方法，为研宄横通道施工与列车振动影响进行准备工作。??２．１．１模型阻尼与动力边界??为了模拟动载荷作用下地层对振动波的消耗与阻挡作用，这里采用施加阻尼??的方法来模拟土体对动载荷传播的消耗作用。在数值软件ＦＬＡＣ?３Ｄ中有三种阻??尼形式，其中瑞利阻尼可以通过选取自振频率，使阻尼自振频率不影响动载荷传??播频率的优点被用于本文模拟横通道爆破施工与列车振动模拟，使用瑞利阻尼时??能够有效的降低横通道模型的刚度和质量分量，由图２－１可以看出，当使用叠加??曲线时，能够较好的降低频率［５３］。??６?＿??５＂?＼??？?＼??．Ｓ?４－?＼??＾?．?＼??仅有刚度分量ａ?＝０??７?３－?Ｉ???仅有质量分量Ｐ＝〇??．＼?一叠加??Ｖ??２－?＼??Ｖ?？一？一?＿??〇?■?Ｉ?■?Ｉ?■?Ｉ?？?Ｉ?■?Ｉ?■?Ｉ??０?５?１０?１５?２０?２５?３０??ｗｉ??图２－１瑞利阻尼的阻尼比与频率之间的关系??在ＦＬＡＣ?３Ｄ动力问题中，模型周围边界会对振动波的传播有反射作用，尽??可能的扩大边界条件可以降低反射率，但是当前实验设备达不到模拟要求，为了??尽可能的降低模型边界对横通道动载荷模拟的影响，采用了静态边界条件来吸收??１０??
?山东大学硕士学位论文???模型边界上的振动波［５４＼??２．１．２计算循环??ＦＬＡＣ?３Ｄ的计算循环如图２－２所示。??运动方程??对Ｓ个节占??——？由应力及外力利用虚功原理求节点不平衡力?＾—??？由不平衡力求节点速率??本构方程??对Ｓ个里元??—＂？?由节綠率求应变增重????？由应变增重求应力墙重及总应力??图２－２?ＦＬＡＣ?３Ｄ计算循环图??２．２爆破施工振动作用数值分析方法??２．２．１数值计算模型??为了分析横通道施工时，主隧道衬砌结构的应力和应变情况，采用有限差分??软件ＦＬＡＣ?３Ｄ进行横通道施工的数值模拟计算。由于横通道的开挖是在主隧道??完成后进行的，这时主隧道处于稳定状态，因此横通道模拟时假定主隧道己经贯??通。??为了研究横通道爆破施工对衬砌结构的影响，建立三维ＦＬＡＣ?３Ｄ数值模型。??建立的数值模拟模型长度为７０ｍ，左右宽６０ｍ，整体高度为５３ｍ。主隧道埋深??１５ｍ，隧道直径为６ｍ，两隧道相距１０ｍ，在两个主隧道之间进行横通道施工。??横通道为“门”型，宽度为３ｍ，高度为６ｍ。模型地层采用摩尔－库伦模型，衬砌??结构采用弹性模型。在既有主隧道开挖完成并完成初衬后进行横通道的施工开挖，??施工方式采用全断面开挖方法，横通道衬砌厚度为０．３ｍ。整体模型图和衬砌结??构如图２－３和图２－４所示。??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于广州地铁隧道施工的Peck公式修正[J]. 邓根,朱洪威,周杰,肖瑞传,王仕红. 江西理工大学学报. 2019(03)
[2]软弱围岩隧道预衬砌法实施效果模型试验研究[J]. 王道远,王庆磊,袁金秀,李文江,朱永全. 岩石力学与工程学报. 2019(S1)
[3]基于地表实测爆破振动的岩体动力学参数快速反演方法[J]. 杨招伟,卢文波,高启栋,陈明,严鹏,王高辉. 岩土工程学报. 2019(04)
[4]新建隧道下穿既有地铁爆破施工数值模拟[J]. 张前进,武科,崔帅帅,于雅琳,张乐文. 交通科学与工程. 2018(03)
[5]桩井爆破振动影响因素灰关联分析与减震措施研究[J]. 秦晓星,廖涛,蒲传金,贺高威,徐金贵,肖定军. 有色金属(矿山部分). 2018(04)
[6]不同倾角和层厚的层状围岩隧道稳定性数值分析[J]. 邓祥辉,赵志清,王睿,卢泽霖. 西安工业大学学报. 2018(03)
[7]爆破振动对既有高铁隧道衬砌安全的影响分析[J]. 郑明新,夏一鸣,胡国平,刘家桦. 地下空间与工程学报. 2018(03)
[8]高大平房仓散装粮堆压力场FLAC3D数值模拟[J]. 张达,郑德乾,陈桂香,蒋敏敏,陈家豪. 河南工业大学学报(自然科学版). 2017(06)
[9]列车振动荷载作用下近距离空间交叠盾构隧道的动力响应特性及损伤规律分析[J]. 陈行,晏启祥,包芮,陈文宇,黄希. 铁道建筑. 2017(12)
[10]地铁列车荷载作用下地裂缝附近土压力响应特征模型试验研究[J]. 刘蕾,马涛,刘雪玲,倪天翔. 中国地质灾害与防治学报. 2017(04)
硕士论文
[1]地铁隧道穿越既有市政道路的地层变形规律与控制方法研究[D]. 张文.山东大学 2017
[2]列车振动荷载作用下隧道衬砌结构动力响应与损伤特性研究[D]. 徐宁.石家庄铁道大学 2016
[3]高速列车荷载作用下交叉隧道动力响应特性及影响分区研究[D]. 康立鹏.中南大学 2013
本文编号：3442624
【文章来源】：山东大学山东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１地铁营业里程
主要介绍了建立的地铁横通道模型的边界条件、??模型大小和施工方法，为研宄横通道施工与列车振动影响进行准备工作。??２．１．１模型阻尼与动力边界??为了模拟动载荷作用下地层对振动波的消耗与阻挡作用，这里采用施加阻尼??的方法来模拟土体对动载荷传播的消耗作用。在数值软件ＦＬＡＣ?３Ｄ中有三种阻??尼形式，其中瑞利阻尼可以通过选取自振频率，使阻尼自振频率不影响动载荷传??播频率的优点被用于本文模拟横通道爆破施工与列车振动模拟，使用瑞利阻尼时??能够有效的降低横通道模型的刚度和质量分量，由图２－１可以看出，当使用叠加??曲线时，能够较好的降低频率［５３］。??６?＿??５＂?＼??？?＼??．Ｓ?４－?＼??＾?．?＼??仅有刚度分量ａ?＝０??７?３－?Ｉ???仅有质量分量Ｐ＝〇??．＼?一叠加??Ｖ??２－?＼??Ｖ?？一？一?＿??〇?■?Ｉ?■?Ｉ?■?Ｉ?？?Ｉ?■?Ｉ?■?Ｉ??０?５?１０?１５?２０?２５?３０??ｗｉ??图２－１瑞利阻尼的阻尼比与频率之间的关系??在ＦＬＡＣ?３Ｄ动力问题中，模型周围边界会对振动波的传播有反射作用，尽??可能的扩大边界条件可以降低反射率，但是当前实验设备达不到模拟要求，为了??尽可能的降低模型边界对横通道动载荷模拟的影响，采用了静态边界条件来吸收??１０??
?山东大学硕士学位论文???模型边界上的振动波［５４＼??２．１．２计算循环??ＦＬＡＣ?３Ｄ的计算循环如图２－２所示。??运动方程??对Ｓ个节占??——？由应力及外力利用虚功原理求节点不平衡力?＾—??？由不平衡力求节点速率??本构方程??对Ｓ个里元??—＂？?由节綠率求应变增重????？由应变增重求应力墙重及总应力??图２－２?ＦＬＡＣ?３Ｄ计算循环图??２．２爆破施工振动作用数值分析方法??２．２．１数值计算模型??为了分析横通道施工时，主隧道衬砌结构的应力和应变情况，采用有限差分??软件ＦＬＡＣ?３Ｄ进行横通道施工的数值模拟计算。由于横通道的开挖是在主隧道??完成后进行的，这时主隧道处于稳定状态，因此横通道模拟时假定主隧道己经贯??通。??为了研究横通道爆破施工对衬砌结构的影响，建立三维ＦＬＡＣ?３Ｄ数值模型。??建立的数值模拟模型长度为７０ｍ，左右宽６０ｍ，整体高度为５３ｍ。主隧道埋深??１５ｍ，隧道直径为６ｍ，两隧道相距１０ｍ，在两个主隧道之间进行横通道施工。??横通道为“门”型，宽度为３ｍ，高度为６ｍ。模型地层采用摩尔－库伦模型，衬砌??结构采用弹性模型。在既有主隧道开挖完成并完成初衬后进行横通道的施工开挖，??施工方式采用全断面开挖方法，横通道衬砌厚度为０．３ｍ。整体模型图和衬砌结??构如图２－３和图２－４所示。??１１??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于广州地铁隧道施工的Peck公式修正[J]. 邓根,朱洪威,周杰,肖瑞传,王仕红. 江西理工大学学报. 2019(03)
[2]软弱围岩隧道预衬砌法实施效果模型试验研究[J]. 王道远,王庆磊,袁金秀,李文江,朱永全. 岩石力学与工程学报. 2019(S1)
[3]基于地表实测爆破振动的岩体动力学参数快速反演方法[J]. 杨招伟,卢文波,高启栋,陈明,严鹏,王高辉. 岩土工程学报. 2019(04)
[4]新建隧道下穿既有地铁爆破施工数值模拟[J]. 张前进,武科,崔帅帅,于雅琳,张乐文. 交通科学与工程. 2018(03)
[5]桩井爆破振动影响因素灰关联分析与减震措施研究[J]. 秦晓星,廖涛,蒲传金,贺高威,徐金贵,肖定军. 有色金属(矿山部分). 2018(04)
[6]不同倾角和层厚的层状围岩隧道稳定性数值分析[J]. 邓祥辉,赵志清,王睿,卢泽霖. 西安工业大学学报. 2018(03)
[7]爆破振动对既有高铁隧道衬砌安全的影响分析[J]. 郑明新,夏一鸣,胡国平,刘家桦. 地下空间与工程学报. 2018(03)
[8]高大平房仓散装粮堆压力场FLAC3D数值模拟[J]. 张达,郑德乾,陈桂香,蒋敏敏,陈家豪. 河南工业大学学报(自然科学版). 2017(06)
[9]列车振动荷载作用下近距离空间交叠盾构隧道的动力响应特性及损伤规律分析[J]. 陈行,晏启祥,包芮,陈文宇,黄希. 铁道建筑. 2017(12)
[10]地铁列车荷载作用下地裂缝附近土压力响应特征模型试验研究[J]. 刘蕾,马涛,刘雪玲,倪天翔. 中国地质灾害与防治学报. 2017(04)
硕士论文
[1]地铁隧道穿越既有市政道路的地层变形规律与控制方法研究[D]. 张文.山东大学 2017
[2]列车振动荷载作用下隧道衬砌结构动力响应与损伤特性研究[D]. 徐宁.石家庄铁道大学 2016
[3]高速列车荷载作用下交叉隧道动力响应特性及影响分区研究[D]. 康立鹏.中南大学 2013
本文编号：3442624
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