典型地层盾构施工诱发振动传播规律及管片减振措施研究

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轨道交通己成为缓解城市拥挤、提高出行效率、改善居住环境的最佳选择。盾构法具有安全、快速,沉降小,机械化程度高等优点,成为城区地铁区间隧道修建的第一大工法。在砂卵石地层浅埋区域,由于盾构施工诱发的环境振动对居民的身体健康、生活工作环境质量以及精密仪器的正常使用造成了不可忽视的影响。所以轨道交通建设振动环境影响研究不仅限于运营阶段,更延伸至建设阶段。针对盾构振动问题仅有少数学者对砂卵石地层进行了现场实测,但对多种地层振动诱发机理、地表传播规律、减振技术鲜有研究。  本文以沈阳富水砂砾地层、北京砂卵石地层、兰州漂石地层的地铁盾构施工典型工程为例,以现场调查和振动监测为主,结合理论分析和数值模拟的研究方法,对不同地层盾构掘进过程中诱发的地表自由场地三向加速度进行了时域、频域和振动加速度级的分析,同时,提出了管片减振措施和工前振动评估方法。主要研究内容和结论如下:  (1)振源传播规律:通过对现场测试和分析盾构施工特点,盾构施工诱发振动主要是以刀盘切削岩土介质诱发振源为主。振源加速度具有明显的随机振动特性,刀盘切削砂砾石地层产生振动加速度的幅值一般小于0.8m/s2,振动的频带分布较宽,主要集中在80~350Hz范围。地表自由场地响应规律:①加速度随距离呈现起伏式衰减的规律。在10~40m范围会反复出现局部放大现象。②建议在对盾构诱发振动环境评价时应同时考虑三向振动的影响。③漂石地层横断面最大峰值加速度为0.55m/s2,峰值不足以引起周围结构的破坏。但多种振动的叠加效应将对环境敏感区域产生不利影响。④50m范围内地表频率主要以4Hz~80Hz为主,各频段振动级并非随振源距离的增加单调衰减,与场地土层卓越频率接近的频段存在较大的反弹现象。⑤漂石地层三向加速度级在50m范围内远超出现有规范的要求,其中最大Z振级可达到95.7dB。  (2)结合典型地层现场测试和数值模拟结果,提出了盾构施工振动的简化计算公式和盾构施工振动的工前评估方法,并给出了相应控制措施,并以现场测试结果验证了方法的有效性。  (3)基于振动传播机理和盾构施工过程,提出了盾构隧道管片减隔振方法,运用波动理论验证该方法有效性,以有限元数值计算为手段率定出了几种减振材料,并给出了相应的现场施设范围和方法。
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