《砂卵石地層盾構施工及列車運行環境振動影響》是2015年清華大學出版社出版的圖書，作者是蘇藝、蘇斌、陶連金。
基本介紹
- 書名：砂卵石地層盾構施工及列車運行環境振動影響
- 作者：蘇藝 蘇斌 陶連金
- ISBN：9787302354062
- 定價：59
- 出版社：清華大學出版社
- 出版時間：2015.10.01
內容簡介,前言,目錄,
內容簡介
砂卵石地層在北京西北部地區廣泛分布，粒徑大小及分布不均勻且時有膠結，在捷運盾構施工及運營時會產生顯著的環境振動效應，導致鄰近建築的擾民及民擾問題。本書以北京捷運10號線工程為背景，闡述了砂卵石地層盾構施工及運營階段振動測試方法、傳播與衰減規律、複雜條件下的數值分析方法等內容，為捷運環境評價、減振降噪等突出問題提供了基礎。
本書可供從事捷運設計、施工、運營及環境評價的科研、技術人員及相關專業的高等院校師生參考使用。
前言
隨著城市規模的擴大和城市人口的增多，地面交通日益擁擠，城市軌道交通已成為解決城市交通擁擠的有效途徑。盾構法作為區間隧道開挖的成熟工法，具有對地層擾動小、地面沉降控制好、施工機械化程度高、安全性好等優點，但是在北京砂卵石地層淺埋區域，由於盾構施工引起的周圍地面及鄰近建（構）築物的振動已經對人們的身體健康、生活工作環境質量以及精密儀器的正常使用造成了越來越嚴重的影響。所以軌道交通建設振動環境影響研究不僅僅關注運營階段，更需延伸至建設階段。在前人捷運運營振動問題研究的基礎上，作者對淺埋砂卵石地層盾構施工及運營誘發環境振動在振源、振動傳播等問題開展了重點研究工作，獲得了一些有套用意義的認識和結論。
結合北京捷運10號線二期工程，分析了北京地區卵石層的物理、力學性質。分析卵石層淺埋條件下北京典型的成層地層振動波向不同性質介質透射、折射的規律。在現場開展盾構施工誘發振動的測試工作，識別出的振源為：刀盤掘進、電瓶運輸車運行及後配套車設備振動，並對不同振源誘發振動時域、頻域進行分析，得出對地表環境影響最大的為刀盤掘進，其次為電瓶運輸車，後配套車設備振動對地表環境的影響可以忽略。
針對刀盤掘進誘發振動的時空複雜性，採用現場時間-空間同步的方式進行測試。通過對多個工點、不同粒徑、不同形式盾構設備進行掘進振動測試試驗，得到卵石地層刀盤掘進誘發環境振動特性及傳播規律如下：刀盤掘進振動幅值在空間上存在較明顯的規律，其中刀盤上方及前方幅值最大，並且水平幅值大於豎向值；其次為刀盤兩側振動幅值，水平向與豎直向幅值相當；刀盤後方幅值最小，水平向與豎直向幅值相當。掘進誘發地層振動頻率在幾赫茲到100Hz均有分布，振動傳播過程中頻率有所衰減，鬆散地層土體中高頻衰減較快。刀盤附近地表振動感知明顯，刀盤掘進振動影響範圍在20m左右，刀盤附近地表最大?Z?振級超過80dB，離刀盤20～30m振級低於60dB。
在輸入刀盤掘進誘發的環境振動波情況下，通過有限元模型分析了框架結構對掘進振動波的振動回響及傳播規律，由於盾構掘進誘發振動以中高頻為主，與結構自振頻率具有較大差異，使振動峰值和頻率不斷衰減，其中水平向衰減較為明顯，但水平向和豎直向振級均有所放大，基於離散元原理對地表砌體結構進行振動回響分析，發現砌體結構對振動存在放大效應，並以低頻為主。
將振動信號時頻分析技術用於盾構誘發振動信號分析。在此基礎上對刀盤掘進誘發振動的非平穩信號進行時頻聯合分析，結合盾構掘進試驗過程中盾構刀盤轉速、扭矩、推力等盾構參數，分析其與振動幅值的關係，以獲取掘進過程主動減振措施依據，當盾構掘進通過較為敏感區域時，可以通過適當減小扭矩、推力及刀盤速度進行施工，以減小對地表振動的影響。
由於砂卵石淺埋使地層呈現“上軟下硬”狀態，振動波通過地層界面向上透射和折射而形成地表振動放大區，為此建立有限元-無限元耦合模型，分析單點、多點激振條件下地表振動衰減規律：單點激振分析中，中低頻激振下地表放大區在20～80m範圍，上下地層差異越小，加速度峰值放大越明顯。上層土厚度對中低頻影響較大。雙孔隧道多點激振條件下，平行隧道之間或上方區域振動疊加效應明顯，振動加速度幅值大於其他區域，隧道距離增加，遠場放大區放大幅度有所增大。上下並行隧道則隨下方隧道埋深增加，地表振動幅值逐漸減小，但遠場放大區放大幅度增大。
對捷運10號線二期部分典型區段進行振動環境量測，通過對隧道內整體道床、地表、建築物內進行振動量測，結果表明隧道道床及結構上振動回響的頻率在0～120Hz均有分布，豎向加速度幅值大於水平向加速度幅值，其中幅值較大的主要為低頻段0～10Hz和中頻段30～80Hz，地表振動以20Hz中心頻率振動為主，當振動在結構中傳播時，幅值衰減不明顯，由於結構形式不同，部分樓層甚至稍有放大，多以30Hz以下中低頻振動為主。
通過對10號線二期典型砂卵石地層盾構施工誘發的振動監測及衰減規律研究，可以評價振動環境效應，在影響較大的區域，通過隧道內調整盾構施工參數及砂卵石地層改良可有效降低振動效應。通過在14號線大盾構施工地面振動測試，幅值小到可以忽略，證明地層土體的粒徑及膠結狀態是振動控制因素。運營階段地面振動環境超標或擾民嚴重的地段無一例外地處於砂卵石地層中。這種規律和認識對於新線規劃、設計、環境評價及振動控制提供了依據。
本書由蘇藝、蘇斌、陶連金著，汪國鋒、郭飛、黃俊、胡友剛、張波、鮑艷、吳精義、武潤利、孫希波、韓鐵蓮、賈大鵬、李積棟、侯森、董洪昌、劉璐、孟濤、蔡東明、周明科、閆冬梅、楊丁銘、邊金、劉春曉等也參加了本書的編寫工作。
在現場監測過程中，我們得到了中鐵十六局、北京勘察設計研究院等單位的大力支持，沒有他們的幫助和支持，現場監測工作不可能如此順利。
由於施工期間盾構誘發的振動監測鮮有先例，本書中的測試方法及研究方法雖有新意，但研究結果僅供同行參考，加之作者水平及認識有限，書中難免有不當之處，懇請讀者批評指正。
編者
2014年12月於北京
目錄
第1章緒論 1
1.1研究背景 1
1.1.1軌道交通環境振動影響 1
1.1.2不同階段軌道交通誘發振動影響的特點 5
1.2盾構隧道引起環境振動問題的研究內容及研究方法 6
1.2.1研究內容概述 7
1.2.2研究方法概述 8
1.3國內外研究現狀 9
1.3.1地層中振動傳播及衰減規律研究 9
1.3.2振源問題研究 14
1.3.3減振、隔振方法研究現狀 17
1.4本書的主要內容 19
參考文獻 19
第2章北京地區砂卵石地層特徵及盾構施工振源分解 25
2.1北京砂卵石地層特徵 25
2.1.1砂卵石地層成因 25
2.1.2北京地區砂卵石地層特徵 27
2.1.3砂卵石及其上覆土層力學特點研究 32
2.2盾構施工過程誘發振動振源識別及特性研究 34
2.2.1施工過程振源識別 34
2.2.2振動特性測試研究 35
2.2.3盾構施工振動與常見振源誘發振動比較 47
參考文獻 48
第3章盾構掘進誘發環境振動的傳播及衰減規律 49
3.1盾構掘進誘發環境振動的實時監測 49
3.1.1測試場地選擇 49
3.1.2盾構掘進誘發環境振動測試實施 54
3.1.3振動實測方法及要求 57
3.2環境振動數據處理、分析方法 58
3.2.1振動數據處理方法 58
3.2.2振動數據分析方法 61
3.3A區間盾構掘進誘發振動傳播規律分析 63
3.3.1地層—地表測點時域—頻域分析 64
3.3.2盾構掘進誘發振動空間傳播規律分析 69
3.3.3盾構掘進誘發環境振動的評價 72
3.4B區間盾構掘進誘發環境振動傳播規律分析 74
3.4.1地表測點時域-頻域分析 74
3.4.2地表振動傳播、衰減規律分析 76
3.4.3盾構掘進誘發環境振動評價 77
參考文獻 78
第4章盾構掘進誘發振動對建築物的影響及主動控制措施 79
4.1框架結構環境振動回響研究 79
4.1.1結構模型選擇 79
4.1.2振動波輸入及阻尼矩陣 80
4.1.3建築物受環境振動影響分析 81
4.2砌體結構環境振動回響 85
4.2.1離散元原理 86
4.2.2離散元在砌體結構環境振動評價中的套用 87
4.2.3關於用耦合方法實現砌體結構捷運施工及運營環境影響
評價的探討 90
4.3掘進振動的主動控制措施 91
4.3.1盾構掘進參數選取與分析 92
4.3.2地層振動與掘進參數的相關性 93
參考文獻 101
第5章捷運運營誘發環境振動影響的有限元-無限元分析 102
5.1捷運振動數值模擬原理及關鍵問題 102
5.1.1有限元-無限元耦合原理 103
5.1.2振動問題運動方程及解法 105
5.1.3Newmark-β法及其穩定性 106
5.1.4阻尼矩陣 107
5.2成層土捷運振動地表放大區特性 108
5.2.1地表振動放大區現象 108
5.2.2有限元-無限元耦合數值模擬模型 110
5.2.3成層半空間單點埋置振源地表振動衰減 113
5.2.4成層半空間多點埋置振源地表振動衰減 116
5.2.5列車荷載作用下地表振動衰減計算 122
5.3砂卵石地層捷運運營振動環境影響實測 125
5.3.1測試目的及方案 125
5.3.2測試結果及其分析 126
參考文獻 137
結語 139
