發(fā)布時間：2020-06-13 06:05

【摘要】：近些年,城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)密度不斷增大,導(dǎo)致越來越多的軌道交通線路在空間上產(chǎn)生交叉。盾構(gòu)法在隧道施工中得到了普遍的應(yīng)用,但在施工過程中仍不可避免地會對地層產(chǎn)生擾動,從而影響既有隧道和既有軌道結(jié)構(gòu)的變形,對列車的運(yùn)行舒適性和安全性產(chǎn)生一定的影響。因此,本文系統(tǒng)地研究了盾構(gòu)下穿施工對既有地鐵鋼軌變形的影響規(guī)律,及對運(yùn)行列車輪軌系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響。論文主要研究工作如下:(1)以北京地區(qū)某新建地鐵盾構(gòu)區(qū)間下穿既有地鐵隧道為背景,建立了既有隧道-土體-新建隧道三維空間耦合靜力學(xué)模型,利用生死單元法模擬盾構(gòu)開挖過程,并利用監(jiān)測數(shù)據(jù)驗證了模型可靠性;研究了盾構(gòu)開挖至既有地鐵不同距離的位置處,既有地鐵鋼軌的垂向、橫向變形規(guī)律及垂向差、橫向差變化過程。研究結(jié)果表明,盾構(gòu)施工至既有隧道正下方時鋼軌的變形速率和垂向變形差均達(dá)到最大,施工結(jié)束后,鋼軌的最終垂向變形達(dá)到最大值,最終橫向變形很小。(2)基于建立的有限元模型,研究新建隧道埋深、盾構(gòu)施工半徑、新建隧道雙線水平間距三個因素對既有地鐵鋼軌變形的影響,研究發(fā)現(xiàn):在既有隧道埋深不變的情況下,一定范圍內(nèi)新建隧道埋深增大導(dǎo)致兩者之間土體厚度增大,從而使土體能夠產(chǎn)生的變形增大,對既有地鐵鋼軌的垂向變形和橫向變形影響也增大;新建隧道盾構(gòu)半徑增大,既有地鐵鋼軌的垂向變形、橫向變形及變形差均增大,鋼軌垂、橫向變形最大值達(dá)到了 11.74mm、1.73mm,垂、橫向變形差達(dá)到了1.11mm、0.16nmm;兩新建隧道水平間距越小,右線隧道施工對先行左線隧道施工產(chǎn)生的擾動的疊加效應(yīng)越明顯,施工對既有地鐵鋼軌的變形影響越大。三種因素中,盾構(gòu)半徑的變化對既有鋼軌變形的影響最大。(3)基于多體動力學(xué)理論,建立了地鐵車輛空間耦合動力學(xué)模型,將靜力分析中得出的最不利工況下各階段的施工不平順、疊加不平順導(dǎo)入動力學(xué)模型,研究了盾構(gòu)施工過程、鋼軌變形的幅值和波長對輪軌系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明,車輛運(yùn)行安全性和平穩(wěn)性在各階段均未受到影響,盾構(gòu)右線施工至既有隧道正下方時為最不利施工階段;隨著鋼軌變形幅值的增大,輪軌動力響應(yīng)均小幅度增加,當(dāng)鋼軌最大垂向變形、垂向變形差、橫向變形、橫向變形差分別達(dá)到91.5mm、11.12mm、17.33mm、1.62mm時,列車仍可安全運(yùn)行,但舒適度較低;改變波長對列車運(yùn)行安全性影響較大,波長越短輪軌動力響應(yīng)越大,當(dāng)波長為40m時,脫軌系數(shù)和輪重減載率均超過限值,車輛運(yùn)行安全性較差。
【圖文】：

因素的影響機(jī)理分為使地層隆起和沉降兩種［８（）］。逡逑（１）地層縱向變形逡逑傳統(tǒng)地層縱向變形趨勢如圖２－１所示。沿盾構(gòu)機(jī)前進(jìn)方向來看，，盾構(gòu)機(jī)前方逡逑地層變形呈現(xiàn)隆起的趨勢，盾構(gòu)機(jī)后方的地層呈現(xiàn)沉降的趨勢。這是由于盾構(gòu)掘逡逑進(jìn)過程中盾構(gòu)機(jī)提供的支護(hù)力在保證施工正常推進(jìn)和安全的同時，若壓力過大，逡逑土體發(fā)生擠壓作用，產(chǎn)生了向上的位移，形成土層隆起；盾構(gòu)機(jī)后方地層發(fā)生沉逡逑降，則是由于盾構(gòu)尾部間隙造成地層損失、同步注漿壓力以及盾構(gòu)掘進(jìn)過程中對逡逑周圍土體的擾動。逡逑７０邐８０邐９０邐１００逡逑：丨邋二逡逑－３邋邐邐邐邋邐邋盾Ｍ進(jìn)方向逡逑＝ｉ＞逡逑圖２－１傳統(tǒng)縱向變形曲線逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋Ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ邋ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ邋ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｃｕｒ＼ｒｅ逡逑在上述分析的基礎(chǔ)上，考慮盾構(gòu)機(jī)鋼質(zhì)外殼與周邊土體發(fā)生摩擦作用對土體逡逑變形的影響，將引起土體縱向變形的原因歸納如表２－１所示：逡逑１６逡逑

圖２－３地層橫向變形逡逑Ｆｉｇ．邋２－３邋Ｌａｔｅｒａｌ邋ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｓｔｒａｔａ逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：U455.43;U231

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2710766