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铁道标准设计2025年第05期:高速铁路单洞双线盾构隧道的振动和传播规律分析

来源:期刊VIP网 时间:


作者:肖明清;薛光桥;何应道;徐晨;徐巍;王春晖;

单位:中铁第四勘察设计院集团有限公司;水下隧道技术国家地方联合工程研究中心;山东建筑大学土木工程学院;哈尔滨工业大学(深圳)土木与环境工程学院;

摘要:针对高速铁路单洞双线盾构隧道的振动传播问题,建立轨道-隧道-场地的2.5维有限元-基本解耦合模型,采用有限元模拟轨道与盾构隧道结构,结合弹性空间格林函数表征围岩介质。通过计算移动轮轨力作用下的动力响应,结合弹性波理论分析振动传播规律。结果表明:隧道上方场地的竖向振动由顶部纵波主导,两侧竖向振动由横波控制;当土层波阻抗从隧道围岩向地表递减时,隧道顶部扩散的柱面纵波经土层界面后趋近平面波特性,侧方横波经界面透射后竖向位移分量显著降低。单洞双线隧道振动分布呈现显著频率相关性:低频振动(0~20 Hz)在隧道正上方地表响应最大,高频振动(40~80 Hz)在偏离隧道中心线一定距离处达到峰值。隧道结构对20 Hz以上振动产生遮挡效应,导致下方围岩振动向上绕射衰减。地表竖向位移分布由频率相关的隧道辐射模式控制,分层土中的波阻抗变化使纵波成为地表振动主导成分。研究揭示了单洞双线盾构隧道振动传播的三维空间特性,明确了低频振动集中传播与高频振动侧向辐射的差异化规律,为城市高铁隧道减振设计提供理论依据。

关键词:盾构隧道;;环境振动;;2.5维有限元-基本解;;弹性波;;单洞双线隧道;;高速铁路

基金资助:山东省自然科学基金项目(ZR2024QE148);; 广东省基础与应用基础研究基金项目(2023A1515111138);; 中铁第四勘察设计院集团有限公司科技研究开发计划课题(KY2023035S)