刘力 李严威 李志佳

(1.北京市市政工程设计研究总院有限公司 100082; 2.北京市基础设施投资有限公司 100101)

引言

运营的地铁盾构隧道产生地层沉降是影响隧道结构运营安全的常见问题, 而地铁列车荷载被认为是影响隧道长期沉降的重要因素之一[1]。郑州地铁隧道所处地层往往以黏土、砂土为主, 在郑州地区已运营地铁线路中也发生了隧道上方地表下沉等问题。本文采用Midas/GTS 有限元软件, 针对郑州地区地铁列车长期运营动荷载作用下盾构隧道周边地层沉降, 建立列车动荷载曲线, 通过数值计算方法, 将列车动荷载施加在隧道结构上, 采用HS 小应变模型可以更好地分析地层沉降。对隧道施工完成后运营期间列车荷载对隧道上方地表沉降的影响进行了分析, 为郑州地区地铁运营阶段盾构隧道沉降原因分析提供一定借鉴。

1 线路直线段列车荷载对地层沉降的影响

1.1 竖向列车荷载的确定

根据李亮[2]、张冬梅[3]等的研究, 列车在不平顺的轨道上行驶, 竖向激振荷载Ft可用一个激振荷载力函数来模拟, 其表达式如式(1)所示:

式中:P0为车轮静载;P1、P2、P3为不同因素引起的振动荷载。

列车簧下质量为M0, 相应的振动荷载Pi可由式(2)计算得到:

式中:ai为典型矢高;ωi为对应车速下不平顺振动波长的圆频率, 其计算式如式(3)所示:

式中:v为列车的运行速度;Li为典型波长, 对应于表1 中①、②、③三种情况。

表1 英国轨道几何不平顺管理值Tab.1 Geometric parameters of UK railway engineering

根据郑州地区情况, 列车轴重荷载如图1 所示(所示为两辆车, 共六辆车编组), 车轮静荷载为70kN, 列车簧下质量M0取600kN。……