浅埋黄土隧道下穿火车站场区的动力响应研究

发布时间：2020-08-20 11:50

【摘要】：随着城市轨道交通的高速发展,地铁隧道下穿既有铁路或火车站,成为城市地铁建设中不可避免的问题。下穿隧道施工安全和既有铁路运营安全,成为此类隧道建设必须解决的关键问题。但是,相关动力响应研究鲜有报道。因此,本文以地铁四号线下穿西安火车站为工程背景,基于动力学理论,利用现场测试和ABAQUS有限元软件,分析了机车振动在黄土地层中的传播规律及其对下穿浅埋隧道的动力作用。取得的主要研究成果如下:(1)采用现场振动测试,对机车股道、黄土地层和下穿隧道进行动力测试。机车股道测试结果表明:钢轨接缝处的振动加速度幅值比钢轨无缝处和道岔处大,道岔处幅值次之。地层测试结果表明:振动加速度幅值随地层深度增加而减小,但由于下穿隧道采用全断面注浆的工艺,使得地层深度4.2m以下的土层发生扰动,并在此处出现加速度幅值的反弹。下穿隧道测试结果表明:当机车通过下穿隧道正上方时,下穿隧道衬砌结构的振动响应最大。(2)建立修正轮轨模型,基于测试数据,分析得到了机车动载。将其施加在三维数值模型上,进一步分析地铁隧道的修建对机车振动衰减规律的影响。并预测地铁列车通车后,整个轨道-路基-隧道系统的动力响应。动力分析表明:铁路路基下方存在隧道时,由于波的反弹作用,出现动力作用局部放大效应。当机车和地铁列车同时行驶时,地层深度4.2m以上的振动衰减趋势由机车荷载主导,以下土层由地铁列车荷载主导。(3)建立三维数值模型,分析机车行驶速度、行驶方式、衬砌参数及机车股道类型对下穿浅埋隧道衬砌结构动力响应的影响。动力分析表明:当单列机车行驶速度为90km/h时,下穿隧道振动响应最大;当双列机车以90km/h的速度同向行驶时,下穿隧道振动响应最大,此时振动速度和动位移的幅值接近规范值;初衬混凝土强度等级的增强对振动响应影响不大,但初衬厚度的增加可以减弱上方机车的动力作用;当机车经过不同类型股道时,下穿隧道衬砌处的振动加速度时程曲线保留原有时程曲线的波形特征。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U455.4;TU311.3
【图文】：

铁线,路图,下穿

程不断推进已成为当今社会的主旋律，城市化加染等“城市综合症”。为缓解城市化高速发展到空前的重视。地下空间的开发符合“节约型社性，降低了现有交通对地面道路的依赖性。因入城市蓝图，将地面和地下建筑完美结合在一地下工程的重要组成部分，构成了复杂的城市我国第一条地下铁路以来，各大城市纷纷效仿个别城市均修建地铁并运行通车，但远远不能大修地铁隧道的时代[3]。西安作为十三朝古都为缓解路面交通压力，自 2007 年以来，西安开未来西安地铁规划如下图 1.1 所示，可见地下交到许多近接工程，例如下穿古城墙、古建筑、）筑物，此类下穿工程施工难度巨大。

示意图,火车站,平面示意图,车站

西安火车站是我国铁路网中联通西北、西南的交通枢纽，客流量大。下穿隧道施工时，要求上方铁路正常通行。这就造成了下穿隧道施工期间振动响应较大，且下穿隧道埋深 10.5m，这种影响更加明显。下穿隧道的施工采用先隧后站－分离岛式车站型式，先在火车站两侧分别设置一座施工竖井兼盾构井，左右线同时开挖。火车站左线暗挖隧道里程为：ZDK17+622.597～ZDK17+634.103，全长267.103m；右线暗挖隧道里程为：YDK17+651.755～YDK17+671.755，全长260.652m（隧道开挖断面尺寸 11.7×10.163m 和 7.22×8.231m）。超前支护采用大管棚、小导管和全断面注浆支护，其中在北竖井建有管棚工作室，工作室的存在使隧道截面发生变化，对后期的开挖支护、拆中隔壁、临时仰拱与施加二衬等都增加了难度，其具体分布示意图如图 1.2 所示。此外火车站场区具有单开道岔、对称道岔、三开道岔、菱形道岔等多种道岔，形成错综复杂的铁路网。下穿隧道施工过程中左线下穿 15 道股道，8 组道岔，右线下穿 14 股道，4 组道岔。隧道和股道、道岔的具体位置如下图 1.3 所示。

示意图,股道,道岔,位置关系

【参考文献】