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穿越施工中轨道与隧道底板相互作用理论分析与数值模拟
| 论文题名： | 穿越施工中轨道与隧道底板相互作用理论分析与数值模拟 |
| 关键词： | 地铁隧道;穿越工程;既有轨道结构;变形预测 |
| 摘要： | 随着城市地铁的大规模建设，势必越来越多地出现新建线路穿越既有地铁隧道的现象。穿越施工引起既有隧道结构产生变形，进而引起其上的轨道结构产生变形，由于钢轨、道床板、隧道结构并不是一体，三者之间将产生变形差异，严重时钢轨与道床板间、道床板与隧道结构间还会产生脱空。轨道结构变形关系到既有地铁运营的舒适性和安全性，也关系到新建工程施工方法及轨道安全防护措施的选择。可见，在已知隧道底板变形量的情况下，如何准确确定既有轨道结构的变形量至关重要。目前，人们在进行穿越施工的轨道结构力学分析时，忽略了轨道与隧道结构的相互作用，简单地将轨道与隧道结构的变形视为一致，且对于隧道结构变形引起的轨道结构变形和内力的计算主要依赖于数值模拟，对解析计算方面的研究较少。因此，进行轨道与隧道结构的相互作用研究具有重要的理论与实践意义。 本文采用理论分析与数值模拟相结合的方法，探讨了轨道与隧道结构的相互作用规律，探究了隧道结构变形引起的轨道结构变形和内力的计算方法。主要研究成果如下: (1)建立了考虑大变形的轨道结构控制微分方程，在微分方程中引入阶梯函数H(x)以描述轨道与隧道的脱空。采用傅里叶级数解法对控制微分方程进行了求解，用数值模拟验证了理论方法的正确性。 (2)采用有限元软件ANSYS建立了钢轨-弹性支承块式道床（钢弹簧浮置板道床）-隧道结构相互作用有限元模型，采用不受拉杆单元考虑钢轨与道床板间、道床板与隧道底板间可能产生的脱空。 (3)考虑隧道底板变形方式、隧道底板最大变形值、沉降槽宽度、道床板变形缝等影响因素，分别采用理论方法和数值模拟方法计算了轨道结构变形和内力、钢轨与道床板的脱空情况、道床板与隧道底板的脱空情况等，较充分地探讨了轨道与隧道结构的相互作用规律。 (4)以某下穿既有盾构隧道施工的工程案例为背景进行了实例计算。计算所得的理论解与数值解能够相互印证。通过对比既有轨道结构沉降的计算值与实测值，可以认为本文所提的理论方法和数值模拟方法均能有效地对轨道结构的变形和内力进行预测。 |
| 作者： | 程霖 |
| 专业： | 土木工程 |
| 导师： | 杨成永 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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