列车振动荷载作用下管片接缝对盾构隧道衬砌结构与周围软土地层动力响应影响研究

doi:10.13722/j.cnki.jrme.2017.0031

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摘要为探究盾构隧道管片接缝对于隧道结构及周围软土地层的动力响应的影响，采用模型试验与数值模拟相结合的方法，借助2种不同的盾构隧道模型——忽略接缝的均质圆环模型与考虑接缝效应的管片衬砌拼装模型，以频域分析为基础，模拟计算列车振动荷载全频域内隧道衬砌结构及周围软土地层的频率响应函数，分析在不同频率荷载作用下衬砌结构的内力分布规律。研究结果表明：在列车振动荷载作用的频域区间内，隧道结构和软土地层的竖向加速度响应均呈现出随频率升高而增强的趋势，在低频段(0～60 Hz)增长迅速，中高频段(60 Hz以上)则增速放缓；管片接缝的存在使隧道结构的动力响应明显降低，最高幅值可达10 dB，但影响范围主要集中于40～200 Hz的中高频率荷载区段；管片接缝对软土地层的动力响应也具有一定的影响，但影响程度远小于隧道结构本身；管片内力主要集中于施加振动荷载的拱底附近，接缝对管片环所受轴力有较为明显的影响，而对结构所受弯矩影响较小。从模型试验与数值模拟计算结果可以看出，考虑列车振动荷载作用下隧道衬砌结构的动力响应时，应充分注意管片接缝的影响。

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关键词 ：隧道工程, 盾构, 管片接缝, 模型试验, 数值模拟, 动力响应

Abstract：为探究盾构隧道管片接缝对于隧道结构及周围软土地层的动力响应的影响，采用模型试验与数值模拟相结合的方法，借助2种不同的盾构隧道模型——忽略接缝的均质圆环模型与考虑接缝效应的管片衬砌拼装模型，以频域分析为基础，模拟计算列车振动荷载全频域内隧道衬砌结构及周围软土地层的频率响应函数，分析在不同频率荷载作用下衬砌结构的内力分布规律。研究结果表明：在列车振动荷载作用的频域区间内，隧道结构和软土地层的竖向加速度响应均呈现出随频率升高而增强的趋势，在低频段(0～60 Hz)增长迅速，中高频段(60 Hz以上)则增速放缓；管片接缝的存在使隧道结构的动力响应明显降低，最高幅值可达10 dB，但影响范围主要集中于40～200 Hz的中高频率荷载区段；管片接缝对软土地层的动力响应也具有一定的影响，但影响程度远小于隧道结构本身；管片内力主要集中于施加振动荷载的拱底附近，接缝对管片环所受轴力有较为明显的影响，而对结构所受弯矩影响较小。从模型试验与数值模拟计算结果可以看出，考虑列车振动荷载作用下隧道衬砌结构的动力响应时，应充分注意管片接缝的影响。

Key words：隧道工程盾构管片接缝模型试验数值模拟动力响应

引用本文:

杨文波，徐朝阳，陈子全，李林桂，晏启祥，何川. 列车振动荷载作用下管片接缝对盾构隧道衬砌结构与周围软土地层动力响应影响研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2017, 36(8): 1977-1988.
YANG Wenbo，XU Zhaoyang，CHEN Ziquan，LI Lingui，YAN Qiqiang，HE Chuan. Influence of segment joints on dynamic response of shield tunnel and surrounding soft soil due to train induced vibration. , 2017, 36(8): 1977-1988.

链接本文:

http://www.rockmech.org/CN/10.13722/j.cnki.jrme.2017.0031 或 http://www.rockmech.org/CN/Y2017/V36/I8/1977

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