地铁盾构隧道施工与运营对城际铁路路基沉降的影响

论文摘要

随着地铁建设的发展,地铁下穿既有铁路的工程越来越多。在地铁下穿既有铁路时,会使既有铁路产生差异沉降,这个差值如果超限,就会造成铁路路基沉降、轨道结构弯曲和扭曲变形,并由此引发轨道几何形位的改变,给既有线运营造成危害。因此,研究地铁施工与运营两种情况下铁路路基的沉降变形规律及对既有铁路正常运营的影响具有重要的现实意义。本文以北京地铁十四号线马家堡东路站-永定门外大街站区间隧道下穿既有京津城际铁路为工程背景,主要采用数值模拟的方法进行研究,并辅以经验公式法加以验证。首先,对下穿京津城际铁路段的盾构隧道施工过程进行三维数值模拟并进行铁路路基的沉降变形分析。其次,对进行地层加固后的下穿京津城际铁路段的盾构隧道施工过程进行三维数值模拟,与未进行地层加固的数值模拟计算结果进行比较,分析地层加固的效果。最后,对下穿京津城际铁路段的地铁列车运行过程进行三维动力数值模拟并进行铁路路基的位移与加速度振动响应分析。通过对上述工作,取得以下主要成果：（1）分析出盾构掘进过程中京津城际铁路路基及地表的沉降特征及规律,归纳出盾构掘进对铁路路基沉降的横向和纵向影响范围,分析盾构下穿过程对城际铁路安全运营的影响。（2）通过对注浆加固前后数值计算结果的比较,得出采用注浆法对下穿段一定范围内的土体进行注浆加固可以有效控制盾构隧道施工引起的既有铁路路基纵向和横向沉降及不均匀沉降,从而保证既有铁路安全运营不受影响。（3）确定了该工程“轨道-隧道-地层”三维动力分析模型的计算范围、单元尺寸、边界条件、阻尼系数与时间步长；分析出在列车动荷载作用下的京津城际铁路路基及地表的竖向位移和加速度响应规律,对地铁运营期间京津城际铁路正常运行的安全状况做出初步评价。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 经验法
• 1.2.2 解析法
• 1.2.3 模型试验法
• 1.2.4 数值计算法
• 1.3 研究目标
• 1.4 研究内容
• 2 盾构施工引起的地表沉降规律
• 2.1 盾构机简介
• 2.2 盾构法施工工艺
• 2.3 盾构施工引起的地表沉降规律
• 2.3.1 地表纵向沉降
• 2.3.2 地表横向沉降
• 2.4 影响地层沉降的因素
• 2.5 地表沉降的控制基准分析
• 3 MIDAS/GTS计算原理
• 3.1 MIDAS/GTS简介
• 3.2 MIDAS/GTS实体单元概要
• 3.3 MIDAS/GTS施工阶段分析概要
• 3.4 MIDAS/GTS特征值分析概要
• 3.5 MIDAS/GTS动力时程分析概要
• 4 地铁盾构隧道施工对城际铁路路基沉降的影响分析
• 4.1 工程概况
• 4.2 地铁施工阶段三维数值模拟
• 4.2.1 计算模型及边界条件
• 4.2.2 材料参数
• 4.2.3 荷载的确定
• 4.2.4 盾构隧道施工模拟方法
• 4.3 计算结果分析
• 4.3.1 计算结果及分析
• 4.3.2 数值模拟计算结果与经验公式结果对比
• 4.4 小结
• 5 地层加固控制京津城际铁路路基沉降的有效性分析
• 5.1 地层加固方案的确定
• 5.2 注浆加固情况下施工阶段三维数值模拟计算结果分析
• 5.3 小结
• 6 地铁运营对城际铁路路基的动力影响分析
• 6.1 地铁列车振动概述
• 6.1.1 地铁振动的主要发生源
• 6.1.2 列车振动频率
• 6.1.3 列车振动的传播规律
• 6.2 列车振动荷载确定方法
• 6.2.1 列车振动荷载数定分析
• 6.2.2 本文采用的列车荷载
• 6.3 地铁运营期间三维数值模拟
• 6.3.1 土体模型基本假定
• 6.3.2 动力有限元计算方法的确定
• 6.3.3 模型范围与单元尺寸的确定
• 6.3.4 边界条件的确定
• 6.3.5 阻尼系数及时间步长的确定
• 6.4 计算结果分析
• 6.4.1 单列列车荷载作用下的动力分析结果
• 6.4.2 交会列车荷载作用下的动力分析结果
• 6.5 小结
• 7 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集