晏啟祥，徐亞軍，陳　誠(chéng)，段景川，耿　萍

(1.西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都　610031；2.中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都　610072；3.中水電南方建設(shè)投資有限公司，廣東深圳　518000)

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近距離空間交叉盾構(gòu)隧道列車振動(dòng)響應(yīng)特性研究

晏啟祥1，徐亞軍1，陳誠(chéng)2，段景川3，耿萍1

(1.西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都610031；2.中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都610072；3.中水電南方建設(shè)投資有限公司，廣東深圳518000)

摘要：針對(duì)目前國(guó)內(nèi)近距離空間交叉盾構(gòu)隧道工程，采用擬合的列車振動(dòng)荷載公式，考慮列車的行駛效應(yīng)，通過(guò)在輪軸對(duì)上施加振動(dòng)力時(shí)程曲線，同時(shí)給予輪軸一定的行駛速度來(lái)研究列車振動(dòng)作用下空間交叉盾構(gòu)隧道的動(dòng)力特性。在特定列車行駛速度和圍巖條件下，交叉位置對(duì)應(yīng)上下隧道截面的應(yīng)力和加速度情況進(jìn)行分析，并對(duì)上下交叉隧道縱向不同位置的加速度時(shí)程響應(yīng)進(jìn)行研究。獲得上部和下部隧道交叉截面第一主應(yīng)力和加速度分布形態(tài)及其相對(duì)不同交叉凈距的變化趨勢(shì)，揭示了列車在隧道內(nèi)行駛時(shí)，特定觀測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)明顯動(dòng)力響應(yīng)存在一個(gè)對(duì)應(yīng)的影響區(qū)，對(duì)比下部隧道交叉處(縱向中截面)位置點(diǎn)的加速度響應(yīng)值與其左右各點(diǎn)相應(yīng)加速度在數(shù)值大小和一階頻率上的區(qū)別。研究所得結(jié)論對(duì)高速鐵路空間交叉盾構(gòu)隧道的設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：空間交叉隧道；列車振動(dòng)效應(yīng)；行駛效應(yīng)；包絡(luò)線；時(shí)程曲線

隨著國(guó)內(nèi)大中城市著力構(gòu)建立體的現(xiàn)代化交通體系以及提速鐵路和高速鐵路的快速發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的空間交叉隧道。如新建渝利鐵路引入重慶綜合交通樞紐火風(fēng)山隧道，上跨渝懷鐵路新人和場(chǎng)隧道，交叉部位的最小距離僅5.47 m，皖贛雙線鐵路與九景衢鐵路在景德鎮(zhèn)市出現(xiàn)隧道交叉，其最小交叉距離僅為4.5 m；溫福鐵路琯頭嶺隧道下穿同溫福高速公路琯頭嶺隧道，鐵路隧道拱頂距公路隧道基底約2.91 m；新建扒挪塊隧道與既有貴昆線獅子口隧道交叉，其巖層凈距為13.85 m；其他如湘黔鐵路增建Ⅱ線坪口隧道和流潭隧道、貴昆鐵路六沾復(fù)線烏蒙山與新梅花山隧道也出現(xiàn)了多處空間交叉隧道工程。一般而言，空間交叉隧道根據(jù)其相對(duì)關(guān)系可劃分為空間正交型交叉隧道、空間斜交型交叉隧道、空間平行型交叉隧道3類，其中，尤以空間正交型交叉隧道最為典型。

空間交叉隧道在高速列車振動(dòng)荷載作用下，隧道自身和鄰近隧道不可避免地會(huì)產(chǎn)生損傷。通常而言，列車振動(dòng)不會(huì)立即引起隧道結(jié)構(gòu)的破壞，但在動(dòng)力荷載的長(zhǎng)期反復(fù)作用條件下，尤其是在隧道結(jié)構(gòu)工作數(shù)十年性能逐漸劣化的情形下，持續(xù)的列車振動(dòng)效應(yīng)可能會(huì)使隧道結(jié)構(gòu)自身以及周圍鄰近的隧道發(fā)生較大的強(qiáng)度衰減，從而危及隧道和列車的運(yùn)行安全。因此，研究列車振動(dòng)荷載作用下隧道結(jié)構(gòu)及其相鄰隧道、尤其是空間交叉隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特性，對(duì)于今后分析隧道的穩(wěn)定性和長(zhǎng)期安全性具有十分重要的意義。

1列車振動(dòng)研究現(xiàn)狀

目前，國(guó)內(nèi)外針對(duì)列車振動(dòng)對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)已經(jīng)開(kāi)展了較多的研究工作。高峰、關(guān)寶樹(shù)等[1]以深圳地鐵某重疊隧道為例，分別針對(duì)上行、下行和上下交會(huì)動(dòng)載情況下重疊隧道的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行研究；白冰和李春峰[2]對(duì)列車荷載作用下近距離平行隧道的土體-隧道結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行了彈塑性動(dòng)力響應(yīng)分析；龔倫、鄭余朝等[3]采用三維有限元對(duì)列車振動(dòng)荷載作用下下穿隧道的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行模擬和研究；Sheng等[4]基于移動(dòng)格林函數(shù)發(fā)展了離散波數(shù)虛擬力法，以此分析研究鐵路隧道在移動(dòng)諧載作用下的振動(dòng)響應(yīng)；李德武[5]采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的手段，分析研究了列車振動(dòng)荷載對(duì)隧道襯砌結(jié)構(gòu)的影響；晏啟祥、陳誠(chéng)等[6]采用擬合的列車振動(dòng)荷載，對(duì)不同列車速度以及不同圍巖情況下盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)橫通道的動(dòng)力特性進(jìn)行分析；丁祖德、彭立敏等人[7]針對(duì)既有鐵路隧道底部結(jié)構(gòu)，開(kāi)展了低速列車動(dòng)載作用下的隧道底部結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的數(shù)值分析；丁伯陽(yáng)、宋新初等[8]根據(jù)兩相飽和介質(zhì)Green函數(shù)，推導(dǎo)了集中沖擊荷載與簡(jiǎn)諧荷載圓形斷面隧道內(nèi)振動(dòng)位移反應(yīng)表達(dá)式閉合解；張曦、唐益群等[9]研究了地鐵經(jīng)過(guò)時(shí)引起隧道周圍飽和軟黏土的動(dòng)力響應(yīng)和超孔隙水壓力；王鑫，劉增榮等[10]研究了隧道半徑、壁厚、長(zhǎng)度以及隧道埋深對(duì)隧道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的影響；汪偉松[11]結(jié)合新梅花山隧道和烏蒙山隧道立體交叉問(wèn)題，針對(duì)上跨隧道列車荷載與下穿隧道單線列車荷載等多個(gè)工況開(kāi)展了動(dòng)力響應(yīng)分析，除此以外，高玄濤、寧茂權(quán)等[12-14]也針對(duì)列車振動(dòng)作用下地層與隧道襯砌的動(dòng)力響應(yīng)做了相應(yīng)的研究。

上述研究大多集中在單條隧道或平行隧道的動(dòng)力瞬態(tài)響應(yīng)問(wèn)題上，且主要依托列車荷載-平面隧道結(jié)構(gòu)-圍巖二維模型開(kāi)展固定位置振動(dòng)荷載的研究，對(duì)于空間正交隧道，建立列車荷載-隧道結(jié)構(gòu)-圍巖三維模型，考慮列車荷載的行駛效應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)自身和鄰近隧道的振動(dòng)響應(yīng)的影響研究尚不多見(jiàn)。

2空間交叉隧道模型

列車振動(dòng)分析采用隱式H.H.T法時(shí)間積分法[15]求解，振動(dòng)系統(tǒng)阻尼采用Rayleigh阻尼，阻尼比ζ0取為0.05，動(dòng)力計(jì)算邊界條件采用三維一致黏彈性人工邊界，其切向與法向黏彈性人工邊界修正系數(shù)分別取為0.67和1.33。列車振動(dòng)荷載采用國(guó)際通行的時(shí)程擬合公式生成，對(duì)于列車軸重為170 kN，簧下質(zhì)量為M0=750 kg，時(shí)速350 km/h的列車振動(dòng)問(wèn)題，其荷載時(shí)程擬合曲線見(jiàn)圖1。

圖1　350 km/h速度下車輪軸振動(dòng)荷載曲線

圖2　空間交叉結(jié)構(gòu)數(shù)值模型

由于目前國(guó)內(nèi)尚未有超近距離兩兩正交高速鐵路隧道的工程實(shí)例，為分析方便，數(shù)值模型選用虛擬的相同結(jié)構(gòu)和截面的正交盾構(gòu)隧道組成，兩正交盾構(gòu)隧道外徑都為10.8 m，內(nèi)徑都為9.8 m，不考慮管片之間的接頭效應(yīng)，上部隧道埋深保持35 m不變，下部隧道與上部隧道的垂直凈距分別取為2.0、3.0、4.0 m，隧道空間交叉模型如圖2所示。圍巖選用向蒲鐵路戴云山隧道上統(tǒng)長(zhǎng)林組(J3C)Ⅲ級(jí)粉砂巖。數(shù)值模型尺寸為長(zhǎng)500.0 m×寬160.0 m×高80.0 m，地層假定為均一地層，上邊界為地面，其余邊界均為一致黏彈性人工邊界。

考慮列車編組為8節(jié)車廂，單長(zhǎng)度為25.0 m，每節(jié)車輛的前后各有兩對(duì)靠近的輪軸，共計(jì)32對(duì)輪軸。襯砌、軌道、圍巖均采用實(shí)體單元模擬，彈塑性本構(gòu)關(guān)系，屈服準(zhǔn)則選用摩爾庫(kù)倫準(zhǔn)則。襯砌、軌道、巖土體的物理力學(xué)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　物理力學(xué)參數(shù)

在列車行駛的上部隧道(以下簡(jiǎn)稱A隧道)中建立軌道模型，模擬列車在A隧道中行駛對(duì)自身和下部隧道(以下簡(jiǎn)稱B隧道)的影響。列車開(kāi)始實(shí)施振動(dòng)的初始位置為車頭，位于入口內(nèi)200 m處。考慮列車的行駛效應(yīng)，在列車初始輪軸對(duì)上施加隨時(shí)間變化的振動(dòng)荷載，并同時(shí)隨列車向前行駛持續(xù)改變荷載的作用位置，模擬列車行進(jìn)距離300 m。從軌道所受荷載來(lái)看，這種大小在時(shí)間上變化，作用點(diǎn)在空間上變化的荷載施加方式相對(duì)過(guò)去的在特定區(qū)段固定位置上施加隨時(shí)間變化振動(dòng)荷載的方式，能更加有效地模擬列車的真實(shí)運(yùn)動(dòng)情況、揭示列車振動(dòng)的行駛效應(yīng)，列車振動(dòng)荷載施加示意如圖3所示。

圖3　列車振動(dòng)荷載施加示意

3襯砌結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)特性

圖4　位置點(diǎn)和典型截面示意

為便于分析，首先需要在交叉隧道上選取典型截面和數(shù)值提取點(diǎn)。將B隧道縱向中剖面與正交A隧道相交所形成的截面稱為A截面，將A隧道縱向中剖面與正交B隧道相交所形成的截面稱為B截面，如圖4所示。并在A隧道拱底沿列車行進(jìn)方向設(shè)置了A1、A2、A3、A4四個(gè)數(shù)值提取點(diǎn)，A1、A2、A3、A4離A隧道入口的距離分別為72、144、288、360 m，在B隧道拱頂設(shè)置了B1、B2、B3、B4、B5五個(gè)數(shù)值提取點(diǎn)，B1、B2、B3、B4、B5離B隧道右側(cè)入口分別為16、48、80、112、144 m。圍巖級(jí)別為Ⅲ級(jí)，列車行駛速度為350 km/h。

3.1不同凈距下列車振動(dòng)對(duì)A隧道的影響

列車振動(dòng)傳播效應(yīng)不僅與結(jié)構(gòu)自身有關(guān)，也與周邊隧道圍巖和鄰近隧道結(jié)構(gòu)的分布位置有關(guān)，對(duì)于圍巖和隧道結(jié)構(gòu)型式確定的地下空間交叉結(jié)構(gòu)，分布位置中一個(gè)最顯著因素就是兩相鄰隧道的凈距。圖5為A隧道所屬A截面在不同凈距時(shí)的時(shí)程范圍內(nèi)第一主應(yīng)力包絡(luò)線?？梢钥闯?，管片第一主應(yīng)力包絡(luò)線大致沿豎向?qū)ΨQ分布，第一主應(yīng)力最大值出現(xiàn)在左右下方45°位置附近，最小值出現(xiàn)在拱頂，拱底處會(huì)出現(xiàn)一個(gè)相對(duì)最大值較小的極大值；2.0、3.0 m和4.0 m三種不同凈距對(duì)應(yīng)的第一主應(yīng)力最大值分別為26 191.0，22 035.0、11 336.1 Pa，對(duì)應(yīng)的最小值分別為624.0、561.0和198.3 Pa，表明A截面第一主應(yīng)力最大值和最小值均隨著交叉隧道凈距的增加而減小。

圖5　A截面在不同凈距時(shí)σ1最大值包絡(luò)線(單位：Pa)

圖6為3種凈距下A截面時(shí)程范圍內(nèi)加速度包絡(luò)線。加速度包絡(luò)線大致沿豎向?qū)ΨQ，在隧道底部中央加速度最大；2.0、3.0和4.0 m 3種不同凈距對(duì)應(yīng)的加速度最大值分別為7.173、4.766和2.573 cm/s2，加速度最小值分別為0.175、0.181、0.223 cm/s2，表明A截面加速度最大值隨著凈距的增大而減小，且在一定凈距范圍內(nèi)，最小值隨著凈距的增大而增大。

圖6　A截面不同凈距加速度最大值包絡(luò)線(單位：cm/s2)

3.2不同凈距下列車振動(dòng)對(duì)B隧道的影響

圖7為列車在A隧道行駛時(shí)，振動(dòng)引起的B隧道所屬B截面在3種垂直凈距下的第一主應(yīng)力時(shí)程范圍包絡(luò)線?？梢钥闯?，第一主應(yīng)力最大值均出現(xiàn)在頂拱上，最小值均出現(xiàn)在左右拱腰部位，第一主應(yīng)力從拱頂?shù)焦暗壮尸F(xiàn)先減小再增大的趨勢(shì)；2.0、3.0和4.0 m三種不同凈距下，第一主應(yīng)力最大值分別為5 665.0、4 424.0 Pa和3 548.0 Pa，第一主應(yīng)力最小值分別為150.0、194.0 Pa和324.0 Pa，表明第一主應(yīng)力最大值隨著凈距的增大而減少，且在一定凈距范圍內(nèi)，最小主應(yīng)力隨著凈距的增大而增大。

圖7　B截面在不同凈距時(shí)σ1最大值包絡(luò)線(單位：Pa)

圖8為B截面加速度包絡(luò)線。圖中可以看出，B截面加速度最大值均出現(xiàn)在隧道頂拱上，最小值均出現(xiàn)在隧道底拱上，加速度的值以拱頂為中心，向兩側(cè)大致呈均勻減少并至拱底達(dá)最小值的趨勢(shì)。且加速度最大值隨著凈距的增大而減小，在一定凈距范圍內(nèi)，加速度最小值隨著凈距的增大而增大。

圖8　B截面不同凈距加速度最大值包絡(luò)線(單位：cm/s2)

3.3A隧道不同位置加速度時(shí)程特性

前述分析可知，當(dāng)列車在空間正交相鄰結(jié)構(gòu)上部隧道行駛時(shí)，上部隧道的加速度最大值通常出現(xiàn)在隧道底拱中央，下部隧道加速度最大值通常出現(xiàn)在隧道頂拱附近，為此，選取3.0 m凈距的兩隧道，分析350 km/h速度下，上部A隧道底拱中央縱向A1、A2、A3、A4四個(gè)數(shù)值提取點(diǎn)的加速度時(shí)程曲線，分別見(jiàn)圖9～圖12。

圖9可以看出，由于A1點(diǎn)位于列車開(kāi)始行駛振動(dòng)位置中編組的后半段，大致在第6節(jié)車輛的前端，因此其加速度很快達(dá)到5.0 cm/s2的較大水平，并在0.72 s后，即列車車尾通過(guò)A1點(diǎn)后加速度開(kāi)始快速下降并逐漸消失。圖10表明，當(dāng)列車尾部通過(guò)A2點(diǎn)，即1.44 s時(shí)，加速度才開(kāi)始明顯下降；在整個(gè)[0 s，1.44 s]之間，列車的第三節(jié)至最后第八節(jié)依次通過(guò)A2點(diǎn)，其加速度最大值始終在5.0 cm/s2附近波動(dòng)。

圖9　A1點(diǎn)加速度時(shí)程曲線

圖10　A2點(diǎn)加速度時(shí)程曲線

圖11表明，隨著列車向A3點(diǎn)駛來(lái)，在0.42 s時(shí)刻加速度開(kāi)始逐漸上升，當(dāng)列車車頭通過(guò)A3點(diǎn)時(shí)，即0.88 s時(shí)，A3的加速度突然呈現(xiàn)明顯上升，在列車通過(guò)A3點(diǎn)[0.88 s，2.88 s]整個(gè)時(shí)段內(nèi)，第2節(jié)和第6節(jié)車輛通過(guò)時(shí)加速度響應(yīng)最大。圖12中列車到達(dá)A4點(diǎn)的時(shí)間為1.60 s，到達(dá)前1.20 s即0.4 s時(shí)加速度響應(yīng)已然非常明顯。

圖11　A3點(diǎn)加速度時(shí)程曲線

圖12　A4點(diǎn)加速度時(shí)程曲線

上述加速度時(shí)程曲線表明，列車車頭通過(guò)直至車尾通過(guò)特定點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程，加速度響應(yīng)最為明顯，且隧道縱向各位置點(diǎn)的加速度最大值較為接近；與此同時(shí)，就本算例而言，列車車頭到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)前120 m和車尾駛離觀測(cè)點(diǎn)后80 m，也有明顯的加速度響應(yīng)存在；A1、A2、A4相對(duì)更加鄰近下部隧道的A3點(diǎn)而言，加速度頻譜只出現(xiàn)輕微變化。

3.4B隧道沿長(zhǎng)度方向不同位置加速度時(shí)程特性

圖13～圖17為下部B隧道拱頂5個(gè)數(shù)值提取點(diǎn)的加速度時(shí)程變化曲線。每條加速度曲線變化形態(tài)均相似，時(shí)程曲線中部幅值較高、加速度波動(dòng)較大，列車接近交叉位置前和駛離交叉位置后加速度較低，表現(xiàn)為時(shí)程曲線兩側(cè)幅值較低，加速度波動(dòng)較小。交叉位置對(duì)應(yīng)點(diǎn)B3的加速度最大值達(dá)2.05 cm/s2，其他B1、B2、B4、B5各點(diǎn)的加速度最大值在0.37～0.40 cm/s2，表明距離交叉位置對(duì)應(yīng)點(diǎn)B3一定距離各點(diǎn)的加速度下降非常明顯。從振動(dòng)頻率來(lái)看，處于交叉位置的B3點(diǎn)，其振動(dòng)基本以低階振動(dòng)頻率為主導(dǎo)，振動(dòng)周期非常明顯，一階頻率相對(duì)其他各數(shù)值提取點(diǎn)的一階頻率低，且離交叉點(diǎn)越遠(yuǎn)，其一階振動(dòng)頻率越大。

圖13　B1點(diǎn)加速度時(shí)程曲線

圖14　B2點(diǎn)加速度時(shí)程曲線

圖15　B3點(diǎn)加速度時(shí)程曲線

圖16　B4點(diǎn)加速度時(shí)程曲線

圖17　B5點(diǎn)加速度時(shí)程曲線

4結(jié)論

利用列車振動(dòng)荷載擬合公式，采用H.H.T法時(shí)間積分法對(duì)某算例進(jìn)行了兩兩空間正交隧道動(dòng)力特性分析，模擬了列車在上部隧道高速行駛對(duì)隧道自身和下部隧道的影響，得到以下結(jié)論。

(1)通過(guò)在輪軸對(duì)上施加振動(dòng)力時(shí)程曲線，并在列車車輪上施加列車前進(jìn)方向的行駛速度場(chǎng)，可以模擬振動(dòng)荷載的大小和位置變化，從而可以較為精確地模擬列車振動(dòng)荷載的行駛效應(yīng)，揭示隧道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)隨列車行駛速度和位置的發(fā)展變化。

(2)空間正交隧道中，列車振動(dòng)荷載將引起上部隧道左右側(cè)下方45°附近部位和下部隧道頂拱部位第一主應(yīng)力響應(yīng)最大，而上部隧道拱頂和下部隧道左右拱腰部位第一主應(yīng)力響應(yīng)最小；列車振動(dòng)荷載將引起上部隧道底部中央和下部隧道頂部附近加速度響應(yīng)最大，上部隧道頂部和下部隧道底部加速度響應(yīng)最小。

(3)空間正交隧道交叉位置對(duì)應(yīng)上部和下部隧道第一主應(yīng)力和加速度的動(dòng)力響應(yīng)最大值隨著凈距的增大而減小，而其第一主應(yīng)力和加速度動(dòng)力響應(yīng)的最小值在一定凈距范圍內(nèi)可能出現(xiàn)隨凈距增大而增大或隨凈距增大而減小兩種情況。

(4)無(wú)論是上部隧道還是下部隧道上的特定點(diǎn)，當(dāng)列車整個(gè)編組通過(guò)該點(diǎn)的整個(gè)過(guò)程當(dāng)中，其加速度響應(yīng)最大，就本算例而言，列車車頭到達(dá)觀測(cè)點(diǎn)前和車尾駛離觀測(cè)點(diǎn)后一定距離范圍，加速度響應(yīng)依然較為明顯，說(shuō)明列車振動(dòng)相對(duì)某一特點(diǎn)觀測(cè)點(diǎn)，存在一個(gè)列車行駛振動(dòng)的影響區(qū)。

(5)下部隧道交叉點(diǎn)位置的加速度響應(yīng)明顯大于其左右各點(diǎn)的加速度響應(yīng)。由于上部隧道的存在，下部隧道交叉點(diǎn)振動(dòng)響應(yīng)的一階頻率相對(duì)其左右各點(diǎn)的一階頻率低，且離交叉點(diǎn)越遠(yuǎn)，其一階振動(dòng)頻率越大。

上述結(jié)論是在某一算例的條件下獲得的，具有一定的局限性，今后應(yīng)在實(shí)體工程的基礎(chǔ)上開(kāi)展深入的分析工作，包絡(luò)研究不同隧道長(zhǎng)度、不同列車編組和列車行駛速度、不同圍巖條件和凈距、不同隧道斷面面積和型式等因素對(duì)交叉隧道振動(dòng)響應(yīng)的影響分析工作。

參考文獻(xiàn)：

[1]高峰，關(guān)寶樹(shù)，仇文革，等.列車荷載作用下地鐵重疊隧道的響應(yīng)分析[J].西南交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，38(1):38-42.

[2]白冰，李春峰.地鐵列車振動(dòng)作用下近距離水平隧道的彈塑性動(dòng)力響應(yīng)[J].巖土力學(xué)，2009，30(1):123-128.

[3]龔倫，鄭余朝，仇文革.列車動(dòng)載引起下穿隧道振動(dòng)三維數(shù)值分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008，45(4):23-27，43.

[4]SHENG. X，JONES. C J C，THOMPSON.D J.A theoretical model for ground vibration from trains generated by verttical track irregularities[J].Sound and Vibration，2004，272(3-5):937-965.

[5]李德武.列車振動(dòng)對(duì)隧道襯砌影響的分析[J].蘭州鐵道學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，16(4):24-27.

[6]晏啟祥，陳誠(chéng)，黃希，等.盾構(gòu)隧道與橫通道交叉結(jié)構(gòu)的列車振動(dòng)響應(yīng)特性分析[J].土木工程學(xué)報(bào)，2015，48(S1):228-235.

[7]丁祖德，彭立敏，雷明峰，等.高速鐵路隧道列車振動(dòng)響應(yīng)影響因素分析[J].鐵道科學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2011，8(4)：1-6.

[8]丁伯陽(yáng)，宋新初，袁金華.飽和土隧道內(nèi)集中荷載作用下振動(dòng)位移反應(yīng)的Green函數(shù)解答[J].工程力學(xué)，2009，26(6)：153-157.

[9]張曦，唐益群，周念清，等.地鐵振動(dòng)荷載作用下隧道周圍飽和軟黏土動(dòng)力響應(yīng)研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2007，40(2)：85-88.

[10]王鑫，劉增榮，李云璋.基于土與結(jié)構(gòu)相互作用的隧道結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性的理論研究[J].地震工程與工程振動(dòng)，2010，30(5)：142-149.

[11]汪偉松.列車荷載作用下立體交叉隧道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析[D].成都：西南交通大學(xué)，2009.

[12]高玄濤.高速鐵路列車振動(dòng)荷載對(duì)下穿隧道地層動(dòng)力響應(yīng)分析[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2014，58(6):93-97.

[13]寧茂權(quán).列車荷載作用下深厚飽和軟土盾構(gòu)隧道沉降分析[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2015，59(10):94-98.

[14]李宇杰，王夢(mèng)恕，宋國(guó)俠，等.地鐵列車振動(dòng)對(duì)既有礦山法隧道襯砌裂縫的影響研究[J].土木工程學(xué)報(bào)，2015，48(S1):346-350.

[15]黃勝，陳衛(wèi)忠，楊建平，等.地下工程地震動(dòng)力響應(yīng)及抗震研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2009，28(3):483-490.

收稿日期：2015-10-18； 修回日期：2015-11-24

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(51278425，U1134208，51178400)

作者簡(jiǎn)介：晏啟祥(1971—)，男，教授，博士，E-mail：764365015@qq.com。

文章編號(hào)：1004-2954(2016)06-0060-05

中圖分類號(hào)：U451+.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.06.013

The Characteristic Analysis of Short Distance Space Geometry Shield Tunnel under Train Vibration

YAN Qi-xiang1，XU Ya-jun1，CHEN Cheng2，DUAN Jing-chuan3，GENG Ping1

(1.Key Laboratory of Transportation Tunnel Engineering，Ministry of Education，Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031，China; 2.Powerchina Chengdu Engineering Corporation Limited，Chengdu 610072，China; 3.Sinohydro South Construction Investment Co.，Ltd.，Shenzhen 518000，China)

Abstract：This paper aims at solving the current problem of short distance space geometry shield tunnel engineering in China by using the fitting train vibration load formula and applying vibration force time history curves and velocity to the wheel axles to simulate the effect of running train and analyze the dynamic characteristics of space geometry structures. This paper analyzes major principal stress and acceleration envelope curve of the cross position at a specific train speed and level of surrounding rock，and studies the response of acceleration time history at different locations of the upper and lower parts of the tunnel. The present study focuses on the distribution of the first main stress and acceleration and the trend of changes in different distances. The results conclude that when a train running in the tunnel，there is a train influencing area corresponding to the dynamic response of observation points，and difference exists between the intersection of lower tunnel and other observation points in acceleration response value and first frequency. The conclusion may serve as a reference for the space geometry shield tunnel construction of high-speed railway．

Key words：Space geometry tunnel; Effects of train vibration; Effects of traveling; Envelope curves; Time-history curves