列车动载下衬砌厚度对隧道结构动力响应的影响研究

现 有 的列 车 动 载对 隧道 结 构 影 响 的研 究 中 ， 李 德 武等发 现 。 仰 拱 与边墙进 行 刚接对 竖 直振动 衰减 有利 ，
令列 车簧下 质量为 眠 ， 则相应 的振动荷 载幅值 为 ：
Ｐ ｉ － ． － － Ｍｏ ａ ｉ 。 （ ２ ）
Ｔｕ ｎ ｎ ｅ ｌ Ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ Ｔｒ ａ ｉ ｎ Ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ｌｏ ａ ｄ
Ｌｉ Ｂｉ ｎｇ， Ｎｉ ｕ Ｘｉ ａ ｏ ｋ ａ ｉ
支 护 结 构 的基 本 作 用 是 和 围岩 一 起 组 成 一 个 有 １ 列 车动载 描述 足够 安 全度 的地 下 结 构体 系 ， 承 受可 能 出 现 的各 种 荷
载下 不 同 断面 形式 隧 道 的动 力 响应 进行 了分 析 。 发 现 应于表 １ 中相应条件① ， ②， ③。 隧道衬 砌 内力 以直边墙 隧道 最 大 ， 圆断面 隧道 最小 ， 曲 边墙 隧 道介 于二 者 之 间［ ４ １ 。凌 昊 等基 于深 圳 地铁 某 重 计算 式 为 ：
中图 分 类 号 ： Ｕ ４ １ ５ ． ４ 文献标志码： Ｂ 文章 编 号 ： １ ０ ０ ９ — ７ ７ ６ ７ （ ２ ０ １ ５ ） ０ １ 一 Ｏ ０ ８ ３ — ０ ７
Ｔｈ ｅ Ｉ ｎｆ ｌｕｅ ｎｃ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｌｉ ｎ ｉ ｎｇ Ｔｈｉ ｃ ｋ ｎｅ ｓ ｓ ｏ ｎ Ｄｙ ｎ ａ ｍｉ ｃ Ｒｅ ｓ ｐｏ ｎ ｓ ｅ ｏ ｆ
（ １ ． 北 京 城 投 地 下 空 间 开发 建 设 有 限 公 司 ， 北京
摘
要： 以北 京 市 某 在 建 地 铁 盾 构 区 间 为工 程 背 景 ， 探 究 列 车 动 载 下 衬 砌 厚 度 对 隧 道 结 构 动 力 响应 的影 响 。 采 用 英 国几
何 不 平 顺 值 提 供 的 公 式 模 拟 列 车 运 行 过 程 中产 生 的 激振 力 ， 研究 ８ ０ ｋ ｍ ／ ｈ车 速 下 隧 道 结 构 不 同 监 测 点 的 动 力 响 应 。运
断 面动 力 特性 ， 结果表明， 对 于 单洞 双 层 隧道 结 构 ， 在 为不 。 取 Ｐ ｏ ＝ ８ ０ ｋ Ｎ， 眠＝ ７ ５ Ｏ ｋ ｇ ， 对应 于表 １中 ３种 控 制
列 车动 载 的影 响 下 ． 结构 隔 板 与边 墙连 接 处 的受 力 最 条 件 采用 已运营 的北 京 地铁 １ ０号线 列 车参 数 【 ， 分别
取 其典 型的不平顺 振动波 长 和相应 的矢高为 ： Ｌ ＝ １ ０ ｍ，
现有 的文献 中 ． 极 少有 关 于 衬砌 厚 度 对 隧道 结 构 ａ ｌ ＝ ５ ｍｍ； Ｌ ２ ＝ ｌ ｍ， ａ ２ ＝ ０ ． ５ ｍ ｍ； Ｌ ３ ＝ ０ ． ２ １ ｍ， ａ ３ ＝ ０ ． ０ ４ Ｉ ｎ Ｉ ｎ ｏ 依 动 力 响应 影 响 的研 究 ， 因此 ， 笔 者 以某 在 建 地 铁 隧 道 照前 述 激 振 力 函数 表 达 式 及 列 车 运 营 参 数 获 得 车 速
厚度 大 的仰 拱 结构 有 利 于横 向振 动 衰减 ， 刚度 较 小 的 式 中： ａ ｉ 为典型矢高 ， 与表 １中① ， ②， ③３ 种情况相对
仰拱结 构有 利 于竖 向振 动衰减【 】 。王祥秋 等对 相 同荷 应 ； 为对应 车速下 不平 顺振 动 波长 的 圆频 率 。 分 别对
有 防止 围岩 质量 进一 步 恶化 的作用 【 ” 。在 目前 的隧 道 列 车在 不 平顺 的轨 道上 行驶 ， 竖 向激 振 荷 载 可用 Ｆ （ ｔ ） ＝ Ｐ ｏ ＋ Ｐ ｌ ｓ ｉ ｎ （ ｔ ｏ ｌ ￡ ） ＋ Ｐ ２ ｓ ｉ ｎ （ ｔ ｏ ２ ） ＋ ｓ ｉ ｎ （ ｗ ３ ｔ ） 。（ １ ） ６ ＿ ８ 】 ， 其表 达式 为 ： 载， 保 持 地下 工程 断 面 的使 用 净空 。 另外 ， 支 护结 构 还 激 振力 函数 来模 拟【
用 有 限差 分 软 件 Ｆ Ｌ Ａ Ｃ 叩建 立 计 算 模 型 ， 计 算分析 了 ２ ５ ０ 、 ３ ０ ０ 、 ３ ５ ０ 、 ４ ０ ０ 、 ４ ５ ０ ｍ ｍ ５种 管 片 厚 度 下 结 构 的动 力 响应 。 通 过
计算得 出 ： 列 车 动 载 下 结 构 出现 整 体 运 动 趋 势 ； 位 置 特 点 相 同 的 监 测 点 具 有 更 加 相 近 的 振 动 时 程 曲线 ； 隧道 两 拱 脚 及 拱 顶和仰拱处均产生位移差 ， 进 而 引起 附 加应 力 ； 最 大 主应 力 峰 值 远 小 于 结 构 材 料 的极 限抗 拉 强 度 ； 管 片 厚 度 较 大 的结 构 在 动 力 响 应方 面表 现 出一 定 的 优 势 。 关键词 ： 盾构隧道 ； 列车动载 ； 动力响应 ； 衬 砌 厚 度
支护 结 构设 计 中 只考 虑 隧道 结构 的安全 性 问题 ， 即承 式 中 ： Ｐ ０ 为车 轮静 载 ； 尸 １ ， Ｐ ２ ， Ｐ ３ 分 别 为对 应 于表 １中控 载力极 限状态 ． 很少 考虑 列车动 载对 隧道结 构 的影 响 。 制条件① ， ②， ③中的某一典型值 。
轨 道 交 通 与 地 下 工 程 器
Ｔｒ ａ ｃ ｋ Ｔｒ ａ ｉ ｃ ＆ Ｕｎ ｆ ｄ ｅｒ ｇ ｒ ｏｕ ｎ ｄ Ｅｎ ｇｉ ｎ ｅ ｅｄ ｎ ｇ
列车动载下衬砌厚度对 隧道结构 动力响应 的影响研 究
李 兵 ． 牛 晓凯
１ ０ ０ ０ ４ ４ ； ２ ． 北京市市政工程研究院 ， 北京 １ ０ ０ ０ ４ ５ ）
＝
２ 俐 厶（ １ ， ２ ， ３ ） 。
（ ３ ）
叠 隧道 典 型断 面原 位 测试 ， 结 合 轮一 轨 相 互作 用 理论 ， 式 中： 为列车 运行速 度 ； 厶为典 型波长 ， 对 应于 表 ｌ中
得 到列 车 动载 的数 学 表 达式 。 并 采 用有 限元 法分 析 各 ① ， ②， ③３ 种情况。