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

Abstract
Figure/Table
References (0)
Related Citation (15)

Download: PDF (906 KB) HTML (1 KB)
Export: BibTeX | EndNote (RIS)

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

	Service

	E-mail this article
	Add to my bookshelf
	Add to citation manager
	E-mail Alert
	RSS
	Articles by authors
	YANG Wenbo
	XU Zhaoyang
	CHEN Ziquan
	LI Lingui
	YAN Qiqiang
	HE Chuan

Cite this article:

YANG Wenbo,XU Zhaoyang,CHEN Ziquan, et al. Influence of segment joints on dynamic response of shield tunnel and surrounding soft soil due to train induced vibration[J]. , 2017, 36(8): 1977-1988.

URL:

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

[25]	ISO BS. 14837-1 Mechanical vibration — ground-borne noise and vibration arising from rail systems[S]. [S.l.]：[s.n.]，2005. " target="_blank">
[8]	YANG W，HUSSEIN M F M，MARSHALL A M. Centrifuge and numerical modeling of ground-borne vibration from an underground tunnel[J]. Soil Dynamics and Earthquake Engineering，2013，51(8)：23-34. " target="_blank">
[15]	莫海鸿，邓飞皇，王军辉. 营运期地铁盾构隧道动力响应分析[J]. 岩石力学与工程学报，2006，25(增2)：3 507-3 512.(MO Haihong，DENG Feihuang，WANG Junhui. Analysis of dynamic response of shield tunnel during metro operation[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2006，25(Supp.2)：3 507-3 512.(in Chinese))
[16]	邬玉斌，刘如山，田志敏. 盾构隧道管片接头在内爆炸作用下的动力反应[J]. 武汉理工大学学报，2011，33(7)：107-111.(WU Yubin，LIU Rushan，TIAN Zhimin. Analysis of dynamic response of a shield tunnel under internal explosion loading[J]. Journal of Wuhan University of Technology，2011，33(7)：107-111.(in Chinese))
[21]	SHENG X，JONES C J C，THOMPSON D J. Prediction of ground vibration from trains using the wave number finite and boundary element methods[J]. Journal of Sound and Vibration，2006，293(3/5)：575-586. " target="_blank">
[4]	栗润德，张鸿儒，刘维宁. 地铁引起的地面振动及其对精密仪器的影响[J]. 岩石力学与工程学报，2008，27(1)：206-214.(LI Runde，ZHANG Hongru，LIU Weining. Metro-induced ground vibrations and their impacts on precision instrument[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2008，27(1)：206-214.(in Chinese))
[11]	姜洲，高广运，赵宏. 地铁行车速度对盾构隧道运营沉降的影响分析[J]. 岩土力学，2015，36(11)：3 283-3 292.(JIANG Zhou，GAO Guangyun，ZHAO Hong. Influence of subway train speed on operation-induced settlement of shield tunnel[J]. Rock and Soil Mechanics，2015，36(11)：3 283-3 292.(in Chinese))
[1]	毕湘利，柳献，王秀志，等. 通缝拼装盾构隧道结构极限承载力的足尺试验研究[J]. 土木工程学报，2014，47(10)：117-127.(BI Xiangli，LIU Xian，WANG Xiuzhi，et al. Experimental investigation on the ultimate bearing capacity of continuous-jointed segmental tunnel linings[J]. China Civil Engineering Journal，2014，47(10)：117-127.(in Chinese))
[9]	YASERI A，BAZYAR M H，HATAF N. 3D coupled scaled boundary finite-element/finite-element analysis of ground vibrations induced by underground train movement[J]. Computers and Geotechnics，2014，60(1)：1-8. " target="_blank">
[13]	苏宗贤，何川. 盾构隧道管片衬砌内力分析的壳-弹簧-接触模型及其应用[J]. 工程力学，2007，24(10)：131-136.(SU Zongxian，HE Chuan. Shell-spring-contact model for shield tunnel segmental lining analysis and its application[J]. Engineering Mechanics，2007，24(10)：131-136.(in Chinese))
[12]	朱伟，黄正荣，梁精华. 盾构衬砌管片的壳—弹簧设计模型研究[J]. 岩土工程学报，2006，28(8)：940-947.(ZHU Wei，HUANG Zhengrong，LIANG Jinghua. Studies on shell-spring design model for segment of shield tunnels[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2006，28(8)：940-947.(in Chinese))
[10]	REAL T，ZAMORANO C，RIBES F，et al. Train-induced vibration prediction in tunnels using 2D and 3D FEM models in time domain[J]. Tunnelling and Underground Space Technology，2015，49：376-383. " target="_blank">
[23]	THUSYANTHAN N I，MADABHUSHI S P G. Experimental study of vibrations in underground structures[J]. Geotechnical Engineering，2003，156：75-81. " target="_blank">
[20]	黄大维，周顺华，王秀志，等. 模型盾构隧道管片纵缝接头设计方法[J]. 岩土工程学报，2015，37(6)：1 068-1 076.(HUANG Dawei，ZHOU Shunhua，WANG Xiuzhi，et al. Design method for longitudinal segment joints of shield tunnel model[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2015，37(6)：1 068-1 076.(in Chinese))
[24]	何川，封坤，杨雄. 南京长江隧道超大断面管片衬砌结构体的相似模型试验研究[J]. 岩石力学与工程学报，2007，26(11)：2 260-2 269.(HE Chuan，FENG Kun，YANG Xiong. Model test on segmental lining of Nanjing Yangtze River tunnel with super-large cross-section[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2007，26(11)：2 260-2 269.(in Chinese))
[7]	曾晨，孙宏磊，蔡袁强，等. 饱和土体中衬砌隧道在移动荷载下的动力响应[J]. 浙江大学学报：工学版，2015，49(3)：511-521.(ZENG Chen，SUN Honglei，CAI Yuanqiang，et al. Dynamic response of lined tunnel in saturated soil due to moving load[J]. Journal of Zhejiang University：Engineering Science，2015，49(3)：511-521.(in Chinese))
[26]	ISHIHARA K. Soil behaviour in earthquake geotechnics[M]. Oxford：Clarendon Press，1996：1-5. " target="_blank">
[2]	朱合华，黄伯麒，李晓军，等. 盾构衬砌管片接头内力-变形统一模型及试验分析[J]. 岩土工程学报，2014，36(12)：2 153-2 160. (ZHU Hehua，HUANG Boqi，LI Xiaojun，et al. Unified model for internal force and deformation of shield segment joints and experimental analysis[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2014，36(12)：2 153-2 160.(in Chinese))
[14]	张冬梅，樊振宇，黄宏伟. 考虑接头力学特性的盾构隧道衬砌结构计算方法研究[J]. 岩土力学，2010，31(8)：2 546-2 552. (ZHANG Dongmei，FAN Zhenyu，HUANG Hongwei. Calculation method of shield tunnel lining considering mechanical characteristics of joints[J]. Rock and Soil Mechanics，2010，31(8)：2 546-2 552.(in Chinese))
[17]	艾辉军，彭立敏，施成华. 基于三维非连续接触模型的管片接头静动力特性分析[J]. 岩土工程学报，2013，35(11)：2 023-2 029. (AI Huijun，PENG Limin，SHI Chenghua. Static and dynamic characteristic analysis of segment joints based on three-dimensional discontinuous contact model[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2013，35(11)：2 023-2 029.(in Chinese))
[18]	侯公羽，杨悦，刘波. 盾构管片接头模型的改进及管片内力的数值计算[J]. 岩石力学与工程学报，2007，26(增2)：4 284- 4 291.(HOU Gongyu，YANG Yue，LIU Bo. Improved joint model of shield tunnel segments and numerical calculation of inner forces[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2007，26(Supp.2)：4 284-4 291.(in Chinese))
[19]	葛世平，谢东武，丁文其，等. 盾构管片接头简化数值模拟方法[J]. 岩土工程学报，2013，35(9)：1 600-1 605.(GE Shiping，XIE Dongwu，DING Wenqi，et al. Simplified numerical simulation method for segment joints of shield tunnels[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering，2013，35(9)：1 600-1 605.(in Chinese))
[22]	NEJATI H R，AHMADI M，HASHEMOLHOSSEINI H. Numerical analysis of ground surface vibration induced by underground train movement[J]. Tunnelling and Underground Space Technology，2012，29(5)：1-9. " target="_blank">
[3]	柳献，张晨光，张宸. 地铁盾构隧道纵向接缝承载能力试验研究与解析分析[J]. 土木工程学报，2016，49(10)：110-122.(LIU Xian，ZHANG Chenguang，ZHANG Chen. Investigation on the ultimate bearing capacity of longitudinal joints in segmental tunnel lining[J]. China Civil Engineering Journal，2016，49(10)：110-122.(in Chinese))
[5]	白冰，李春峰. 地铁列车振动作用下近距离平行隧道的弹塑性动力响应[J]. 岩土力学，2009，30(1)：123-128.(BAI Bing，LI Chunfeng. Elastoplastic dynamic responses of close parallel metro tunnels to vibration loading[J]. Rock and Soil Mechanics，2009，30(1)：123-128.(in Chinese))
[6]	张波，李术才，张敦福，等. 岩石介质中地铁列车运行引起的环境振动响应研究[J]. 岩石力学与工程学报，2011，30(增1)：3 341-3 347. (ZHANG Bo，LI Shucai，ZHANG Dunfu，et al. Research on rock environments vibration response induced by metro trains in rock media[J]. Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2011，30(Supp.1)：3 341-3 347.(in Chinese))