隔振沟减缓列车运行对地连墙扰动的作用机理及方案研究

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列车运行时会产生动荷载,带来的环境振动问题不仅给人们的日常生活带来困扰、对一些科研精密仪器带来不同程度的破坏,而且给周围一些既有或即将建设的建筑物带来安全隐患。在城市郊区既有铁路线周围进行基坑开挖,列车运行产生的动荷载会对基坑的安全造成一定的影响,需要采取必要措施防止基坑安全问题的发生。基于此,本文探讨了振动荷载产生的原因、传播过程中的衰减问题以及屏障隔振的机理,通过建立数值计算模型,研究了列车对邻近基坑稳定性的影响,并讨论了采用空沟和隔振沟等隔振方式减小列车动荷载影响的方案,具体的工作内容和研究结论如下:利用FLAC3D模拟软件建立轨道-路基-地连墙三维模型,模拟分析铁轨分别处于无列车荷载、列车等效静荷载、列车动荷载影响三种情况下和列车行驶速度不同时,地连墙水平位移、地表沉降变化规律,结果表明:(1)列车运行产生的动荷载对基坑稳定性影响较大,数值模拟得到的基坑地连墙支护结构水平位移计算值和实际监测值相比变化规律基本一致,说明本文建立的FLAC3D有限元计算模型较准确,激振力函数模拟列车动荷载方法可行;(2)相比无列车荷载影响或有列车静荷载影响时,列车动荷载作用下地表沉降最大值与地连墙水平位移最大值均增加较大,建议考虑列车运行产生的振动荷载对基坑稳定性的影响;(3)列车行驶速度增加使地表沉降和地连墙水平位移最大值均逐步增大,在进行基坑的稳定性分析时,按列车行驶最大速度产生的动荷载进行计算较为安全。采用FLAC3D有限差分软件,模拟在基坑和既有铁路线之间通过设置隔振沟减缓振动荷载影响的隔振效果,对比分析了空沟和填充沟的深度、宽度、空沟和填充沟与铁路线之间的距离、空沟截面形状的改变以及填充材料对隔振效果的影响,计算结果表明:(4)空沟有着明显的隔振作用,沟深和隔振效果的增加并非呈线性关系,本文工程背景下,当空沟深度增加到h=8 m时,随着深度的增加,隔振效果增加变缓慢。沟宽在考虑工程经济性条件下设置较小为宜(w=0.5 m),为了保证空沟隔振的覆盖范围,在规范允许的条件下尽量使空沟靠近振动源(l=6 m)。当改变空沟的截面形状时,隔振效果也随之略微改变,新型截面形状中,斜面靠近铁路线的一侧的直角梯形截面隔振效果最优,但是隔振效果相差不大且现场施工难度增加,设置矩形截面较合适;(5)不同的填充材料下,隔振沟隔振效果不同。当填充材料和地基土的阻抗比α接近1时,即两者属性越接近时,隔振效果越不理想,在选择填充材料时应尽量选择和地基土属性相差较大的“软”材料为宜。和空沟相似,填充沟深度深度和隔振效果呈非线性关系,当深度增加到h=8 m时,隔振效果改善速度逐渐减缓,隔振沟宽度和空沟与铁路线的距离参数设置参考空沟。
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