目前地铁正在向高速度、高密度、大轴重和大运量发展,轨道结构承受的轮轨冲击越来越大,地铁轨道结构不可避免出现一些病害,如特定区段的无砟轨道振动过大,有砟轨道沉降过大、养护维修频繁等,因此聚氨酯固化道床应运而生。聚氨酯固化道床作为一种新型轨道结构在高速铁路和重载铁路已有应用,且应用效果良好,然而对于城市轨道交通中铺设聚氨酯固化道床的研究尚属空白,急需开展针对其力学性能和减振效果的相关研究。本文基于有限元、轮轨耦合动力学理论和离散元理论,建立车辆-轨道-道床-隧道-土体耦合动力学模型及轨枕-道床离散元模型,分析了地铁隧道内聚氨酯固化道床的动力学性能和减振效果,为城市轨道交通中聚氨酯固化道床的设计和铺设提供了指导,论文主要工作及结论如下:(1)建立车辆-轨道-道床-隧道-土体耦合模型,分析了列车在速度80km/h的条件下普通整体道床、普通碎石道床和聚氨酯固化道床三种道床型式的动力学特性。研究结果表明:与普通整体道床和普通碎石道床相比,聚氨酯固化道床的轮轨作用力和安全性指标稍有变化,轨道结构位移稍有增加,隧道壁振动加速度明显减小,说明聚氨酯固化道床轨道结构能够降低振动对环境的影响。通过对比研究聚氨酯固化道床和普通碎石道床,发现聚氨酯固化道床可降噪4dB左右,说明聚氨酯固化道床有一定的降噪效果。(2)基于建立的动力学模型,分别分析了聚氨酯固化尺寸、扣件刚度以及列车速度等参数对聚氨酯固化道床轨道结构力学行为的影响。研究结果表明:随着聚氨酯固化道床尺寸的增加,轮轨作用力及轨道结构位移稍有增加,脱轨系数和轮重减载率等指标变化不大,隧道壁振动加速度明显减小;随着扣件刚度的增加,轮轨垂向力及安全性指标逐渐增加,钢轨垂向位移逐渐减小,轨道结构和隧道壁振动加速度逐渐增加;随着列车速度的不断增加,各动力学指标均相应增加。因此聚氨酯固化道床设计和铺设时需充分考虑聚氨酯固化道床尺寸、扣件刚度、列车速度等参数影响。(3)基于建立的精细化轨枕-道床离散元仿真模型,对比普通碎石道床、枕下固化0.85m聚氨酯固化道床及全断面聚氨酯固化道床沉降规律和不同位置的道砟振动加速度。研究结果表明:三种道床在循环荷载的作用下沉降量均不断增大,普通碎石道床沉降量最大,全断面聚氨酯固化道床沉降量最小;聚氨酯固化道床尺寸越大,道床沉降达到稳定速率越快,达到稳定时间越短;全断面聚氨酯固化道床道砟振动加速度最小,普通碎石道床道砟振动加速度最大,且道砟振动加速度均随着深度的增加而衰减,聚氨酯固化道床与普通碎石道床相比衰减更快。(4)提出聚氨酯固化道床与复合轨枕、轨枕垫和道砟垫结合减振的新思路。研究结果表明:聚氨酯固化道床与复合轨枕结合、聚氨酯固化道床与轨枕垫结合和聚氨酯固化道床和道砟垫结合均使得轮轨作用力和安全性指标稍有增加,隧道壁结构的振动加速度大幅减小,隧道壁1.5m处振动加速度最大减振量分别可达10.92dB、8.92dB和10.60dB,说明两者结合减振思路可行。聚氨酯固化道床兼具混凝土整体道床和普通碎石道床的优点,道床整体沉降小,维修周期长,并且强度和稳定性均满足要求,同时聚氨酯固化道床具备一定的减振效果,完美契合了城市轨道交通对减振降噪的要求,成为了一种适用于地下线的新型轨道结构。图122幅,表32个,参考文献122篇。