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    地铁列车振动作用下盾构隧道及周边土体动力响应规律

    王晓睿 秦文茜 于怀昌

    王晓睿, 秦文茜, 于怀昌, 2024. 地铁列车振动作用下盾构隧道及周边土体动力响应规律. 地球科学, 49(12): 4673-4689. doi: 10.3799/dqkx.2023.075
    引用本文: 王晓睿, 秦文茜, 于怀昌, 2024. 地铁列车振动作用下盾构隧道及周边土体动力响应规律. 地球科学, 49(12): 4673-4689. doi: 10.3799/dqkx.2023.075
    Wang Xiaorui, Qin Wenqian, Yu Huaichang, 2024. Research on Dynamic Response Law of Shield Tunnel and Surrounding Soil Based on Vibration Action of Subway Train. Earth Science, 49(12): 4673-4689. doi: 10.3799/dqkx.2023.075
    Citation: Wang Xiaorui, Qin Wenqian, Yu Huaichang, 2024. Research on Dynamic Response Law of Shield Tunnel and Surrounding Soil Based on Vibration Action of Subway Train. Earth Science, 49(12): 4673-4689. doi: 10.3799/dqkx.2023.075

    地铁列车振动作用下盾构隧道及周边土体动力响应规律

    doi: 10.3799/dqkx.2023.075
    基金项目: 

    国家自然科学基金青年项目 51309100

    详细信息
      作者简介:

      王晓睿(1975-),男,教授,博士,主要从事地下工程方面的研究.ORCID:0009-0005-0848-2352.E-mail:wxrui203@163.com

      通讯作者:

      秦文茜, E-mail:1286155850@qq.com

    • 中图分类号: TU443

    Research on Dynamic Response Law of Shield Tunnel and Surrounding Soil Based on Vibration Action of Subway Train

    • 摘要: 为研究小半径曲线段列车荷载作用下隧道周边土体动力响应的影响,以郑州地铁一号线为背景,对孔隙水压力、水位进行现场实测,采用有限元软件MIDAS开展数值分析,研究列车振动荷载下隧道周边土层动力响应变化规律.研究结果表明:列车运营过程中,振动荷载的施加是导致孔隙水压力变化的重要原因;埋深越深孔压越大,随时间增长孔压逐渐减小;距隧道越近土体动力响应对列车振动的反应越敏感,土体中孔隙水压力变化幅度和速率、竖向变形峰值均越大;小半径曲线隧道底部土体的动力响应随列车运行速度的增加而增大;土体产生的超孔隙水压力逐渐消散,可以预测随列车振动对周围土层不会产生变形危害.

       

    • 图  1  监测点平面图

      Fig.  1.  Monitoring point plan

      图  2  地质剖面

      Fig.  2.  Geological profile

      图  3  人工监测点(a)和自动监测点(b)孔隙水压力变化情况

      Fig.  3.  Changes of pore water pressure at the manual monitoring points (a) and automatic monitoring points (b)

      图  4  人工监测点(a)和自动监测点(b)超孔隙水压力变化情况

      Fig.  4.  Changes of superpore water pressure at the manual monitoring points (a) and automatic monitoring points (b)

      图  5  K3监测点孔压变化情况

      Fig.  5.  Change of pore pressure at K3 monitoring point

      图  6  监测点水位变化情况

      Fig.  6.  Water level change at the monitoring points

      图  7  地铁3D有限元模型

      Fig.  7.  Metro 3D finite element model

      图  8  v=80 km/h时列车振动荷载时程曲线

      Fig.  8.  Train vibration load time course curve at v = 80 km/h

      图  9  参考点位置

      Fig.  9.  Reference point location map

      图  10  参考点孔压变化情况

      Fig.  10.  Change of hole pressure at the reference point

      图  11  分析点单次加载孔压变化情况

      Fig.  11.  The change of pore pressure in a single loading point analyzed

      图  12  分析点单次加载竖向变化情况

      Fig.  12.  Analyze the vertical deformation of the point

      图  13  不同速度单次加载后隧道基底孔压变化情况

      Fig.  13.  Changes of pore pressure of tunnel base after single loading at different speeds

      图  14  不同速度下单次加载孔压峰值对比

      Fig.  14.  Comparison of peak pressure of single loading holes at different speeds

      图  15  不同速度下单次加载竖直方向(a)和水平方向(b)加速度峰值对比

      Fig.  15.  Comparison of peak acceleration in the vertical direction (a) and the horizontal direction (b) of single loading at different speeds

      图  16  不同速度下单次加载后隧道基底竖向变形和峰值对比

      Fig.  16.  Comparison of vertical deformation of the tunnel base after single loading at different speeds

      表  1  监测点位信息

      Table  1.   Monitoring site information

      监测点
      编号
      监测点距区间隧道
      外轮廓平面净距(m)
      监测点
      孔深(m)
      孔底距隧道
      底板间距(m)
      监测
      设备
      K1 4.8 21.5 0.5 自动
      K2 3.6 21.5 0.9 人工
      K3⁃1 4.6 20.0 0.6 人工
      K3⁃2 4.6 23.0 3.6 自动
      K3⁃3 4.6 28.0 8.6 自动
      K3⁃4 4.6 38.0 18.6 自动
      K4 4.8 19.0 0.8 人工
      K5 3.3 18.0 0.8 自动
      K6 3.7 21.5 0.5 人工
      K7 3.9 21.5 0.9 人工
      K8 4.4 20.0 0.5 人工
      K9 3.8 19.0 0.6 人工
      K10 3.6 18.0 0.6 人工
      K11⁃1 4.0 20.0 0.5 人工
      K11⁃2 4.0 23.0 3.5 人工
      K11⁃3 4.0 28.0 8.5 人工
      K11⁃4 4.0 38.0 18.5 人工
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      表  2  物理力学性能指标

      Table  2.   Physical and mechanical performance indicators

      序号 土层名称 层厚(m) 弹性模量(E/MPa) 泊松比(µ) 重度(KN/M3) 摩擦角(°) 黏聚力(kPa)
      1 杂填土 2.855 9 0.37 17 18 10
      2 粉土 10.095 8.1 0.3 19.6 20 14
      3 粉质黏土 4.04 5.2 0.3 19.2 10 19
      4 粉砂 2.347 5 12.63 0.3 20.2 24 0
      5 中砂 9.51 34.58 0.25 20.8 31 0
      6 粉质黏土 4.027 5 11.58 0.25 20 13 22
      7 中砂 6.775 33.33 0.25 20.8 30 0
      8 粉质黏土 28.65 20.35 0.3 20.1 14 16
      9 衬砌 0.3 34.5 0.2 25 / /
      10 道床 0.44 30 0.2 25 / /
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    • Bian, X. C., Jiang, H. G., Chang, C., et al., 2015. Track and Ground Vibrations Generated by High-Speed Train Running on Ballastless Railway with Excitation of Vertical Track Irregularities. Soil Dynamics and Earthquake Engineering, 76: 29-43. https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2015.02.009
      Dai, L. F. B., Wang, G. D., Gao, B., 2012. Study of Sand Liquefaction under Vibration Load of High Speed Train. Chinese Journal of Underground Space and Engineering, 8(2): 434-438 (in Chinese with English abstract).
      Lei, H. Y., Yang, X. N., Xu, Y. G., et al., 2021. Experiment of Dynamic Characteristics of Saturated Remolded Clay under Intermittent Cyclic Loading. Journal of Tianjin University (Science and Technology), 54(8): 799-806(in Chinese with English abstract).
      Ren, L., Zhu, Y., Cui, T. L., 2021. Study on Protection Scheme of Shield Tunnel Passing through Railway Bridge Pile at a Short Distance. Earth Science, 46(6): 2278-2286(in Chinese with English abstract).
      Shi, Y. F., Cao, C. W., Tan, Y. F., et al., 2022. Study on Dynamic Response and Long-Term Settlement of Water-Saturated Weathered Soft Rocks at the Base of Subway Tunnels. Modern Tunnelling Technology, 59(2): 86-95(in Chinese with English abstract).
      Wang, X. R., Cai, S., Yang, W., et al., 2022. Influence of Existing Buildings on Construction of Earth Pressure Shield in Extremely Soft Rock Stratum. Earth Science, 47(4): 1483-1491(in Chinese with English abstract).
      Wang, X. R., Jiang, H. J., Zhu, K., et al., 2019. Research on Ground Settlement Laws of Urban Subway Tunnel Construction Process Based on Earth Pressure Shield. Earth Science, 44(12): 4293-4298(in Chinese with English abstract).
      Xu, Y., Xu, J. L., Dai, J., et al., 2018. Study of Pore Water Pressure and Deformation Characteristics of Soil below Tunnel under Vibration Load of Metro Trains. Tunnel Construction, 38(11): 1785-1792 (in Chinese with English abstract).
      Zhang, X. L., Yi, R. B., Ji, Z. P., et al., 2023. Property Evolution and Liquefaction Stage Characteristics of Saturated Sand under Cyclic Loading. Engineering Mechanics, 40(2): 157-167(in Chinese with English abstract).
      戴林发宝, 王广地, 高波, 2012. 高速列车振动下隧道周边砂土液化研究. 地下空间与工程学报, 8(2): 434-438.
      雷华阳, 杨晓楠, 许英刚, 等, 2021. 间歇性循环荷载条件下饱和重塑黏土的动力特性试验. 天津大学学报(自然科学与工程技术版), 54(8): 799-806.
      任磊, 朱颖, 崔天麟, 2021. 盾构超近距离侧穿铁路桥桩保护方案探讨. 地球科学, 46(6): 2278-2286. doi: 10.3799/dqkx.2021.041
      石钰锋, 曹成威, 谈亦帆, 等, 2022. 地铁隧道基底饱水风化软岩动力响应及长期沉降研究. 现代隧道技术, 59(2): 86-95.
      王晓睿, 蔡松, 杨伟, 等, 2022. 既有建筑对极软岩地层中土压盾构的施工影响. 地球科学, 47(4): 1483-1491. doi: 10.3799/dqkx.2020.326
      王晓睿, 姜洪建, 朱坤, 等, 2019. 基于土压盾构的城市地铁隧道构筑过程地表沉降规律. 地球科学, 44(12): 4293-4298. doi: 10.3799/dqkx.2019.269
      徐阳, 徐佳琳, 戴金, 等, 2018. 地铁列车振动荷载作用下隧道底部土层孔隙水压力及变形特性研究. 隧道建设(中英文), 38(11): 1785-1792.
      张鑫磊, 衣睿博, 纪展鹏, 等, 2023. 循环荷载作用下饱和砂土的性质演化规律及液化阶段性特征. 工程力学, 40(2): 157-167.
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    出版历程
    • 收稿日期:  2023-04-07
    • 网络出版日期:  2025-01-09
    • 刊出日期:  2024-12-25

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