巴振寧,高愈輝,梁建文,田巧煥
(1.天津大學(xué) 國(guó)際工程師學(xué)院,天津300072;2.濱海土木工程結(jié)構(gòu)與安全教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,天津300050;3.中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司,天津300072)
城市地下軌道交通作為一種集運(yùn)量大、速度快、能耗少、易管理等優(yōu)點(diǎn)于一身的出行方式,在解決城市交通問(wèn)題中具有特殊的地位和作用,逐漸成為城市交通立體化發(fā)展的主導(dǎo)方式。但是由于城市的建設(shè)需要,地下軌道交通往往距離居民生活工作區(qū)很近,地鐵運(yùn)營(yíng)引起的環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題也日益顯現(xiàn)出來(lái);北京地鐵四號(hào)線,因規(guī)劃穿過(guò)北京大學(xué)理科實(shí)驗(yàn)基地,由于地鐵列車所引起的振動(dòng)大大超過(guò)了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)精密儀器的振動(dòng)允許范圍,曾一度嚴(yán)重干擾實(shí)驗(yàn)工作的進(jìn)行[1];在西安,出于對(duì)地鐵給古建筑造成影響的考慮,西安地鐵二號(hào)線工程建設(shè)部門對(duì)古建筑提出了合理的加固方案和工程減振措施[2]。綜上所述,地鐵振動(dòng)危害已經(jīng)成為不可忽視的城市問(wèn)題之一,但是地鐵線路一旦建成,不管是從振源和振動(dòng)的傳播路徑上,若要消除振動(dòng)影響所產(chǎn)生的危害,所需成本十分高昂,所以在進(jìn)行地鐵線路規(guī)劃時(shí),有必要將地鐵運(yùn)營(yíng)帶來(lái)的振動(dòng)影響納入考慮因素。針對(duì)地鐵造成的環(huán)境振動(dòng)問(wèn)題的研究,國(guó)內(nèi)外學(xué)者均開展了大量的工作:高廣運(yùn)等[3-4]研究了均勻飽和半空間上歐拉梁在移動(dòng)列車荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題;黃強(qiáng)[5]對(duì)上海9號(hào)線地鐵隧道內(nèi)進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試,得到了振動(dòng)從鐵軌傳至隧道在至地表的振級(jí)變化規(guī)律;曹宇靜[6]根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的研究對(duì)地鐵振動(dòng)預(yù)測(cè)模型進(jìn)行了對(duì)比分析和評(píng)價(jià);徐忠根等[7]對(duì)廣州地鐵一號(hào)線地上66 個(gè)截面、地下10 個(gè)截面進(jìn)行了振動(dòng)測(cè)試,給出了不同隧道截面形狀下的地表振動(dòng)傳播公式。巴振寧等[8]采用間接邊界元方法研究了層狀地基-軌道耦合系統(tǒng)在移動(dòng)列車荷載作用下的動(dòng)力響應(yīng)問(wèn)題。
本研究在天津5號(hào)線淮河道-職業(yè)大學(xué)站中段的場(chǎng)地振動(dòng)實(shí)測(cè)的基礎(chǔ)上,結(jié)合天津鐵三院提供的隧道設(shè)計(jì)資料和地勘報(bào)告,利用大型通用有限元軟件ABAQUS建立了的隧道-道床-軌道-土層耦合模型,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)工況進(jìn)行了盡可能的還原。并將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行了比對(duì),得到了地鐵振動(dòng)沿地表的衰減規(guī)律,并間接證實(shí)了有限元模擬在地鐵線路環(huán)境振動(dòng)強(qiáng)度預(yù)測(cè)方面的準(zhǔn)確性。
選取測(cè)試場(chǎng)地位于天津北辰區(qū)地鐵5號(hào)線淮河道站-職業(yè)大學(xué)站中段,此場(chǎng)地因位于未開放的規(guī)劃公路一側(cè),路人及路面行車均較稀少,故路面交通和人為活動(dòng)對(duì)測(cè)試對(duì)象的干擾較小,是十分理想的地鐵環(huán)境振動(dòng)測(cè)試場(chǎng)地。根據(jù)地鐵隧道設(shè)計(jì)方提供的資料,測(cè)試場(chǎng)地的地鐵隧道上方覆土厚度為13.2 m,形式為雙線盾構(gòu)環(huán)狀隧道,測(cè)試工況為列車從靠近場(chǎng)地一側(cè)的隧道經(jīng)過(guò),測(cè)試區(qū)間屬于列車全速段,列車時(shí)速為60 km/h。
本次實(shí)測(cè)應(yīng)用的CMG-5TCDE 一體化強(qiáng)震儀,由英國(guó)Guralp 公司生產(chǎn),其密封的不銹鋼外殼內(nèi)包含了一個(gè)三分向?qū)掝l帶負(fù)反饋地震計(jì)、一個(gè)24位數(shù)據(jù)采集器以及一個(gè)功能靈活的數(shù)據(jù)通信和存儲(chǔ)單元,如圖1所示。儀器接上電源就是一個(gè)完整的測(cè)振系統(tǒng)。其內(nèi)置的基于Linux 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊給予了監(jiān)控和控制模塊較強(qiáng)的靈活性,數(shù)據(jù)處理方面,儀器搭載了專門為其設(shè)計(jì)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)分析軟件—SCREAM。此產(chǎn)品因其高精確性和強(qiáng)靈活性被廣泛應(yīng)用于各類振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)與振動(dòng)常態(tài)化監(jiān)測(cè)。
圖1 CMG-5CTDE一體化強(qiáng)震儀
CMG-5TCDE數(shù)字化加速度計(jì)集成高精度加速度計(jì)以及數(shù)據(jù)采集器,內(nèi)部的加速度計(jì)包含三個(gè)獨(dú)立的用于測(cè)量垂直、南北、東西的三個(gè)傳感器用于測(cè)量地脈動(dòng)信號(hào),最高采樣頻率可達(dá)1 000 Hz。當(dāng)?shù)孛嬗屑?xì)微的振動(dòng)時(shí),傳感器把檢測(cè)到的振動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),然后通過(guò)放大電路、負(fù)反饋電路把信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)電纜輸出到數(shù)據(jù)采集器端,內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集器把得到模擬信號(hào)實(shí)現(xiàn)AD 轉(zhuǎn)換,然后通過(guò)獨(dú)特的算法以及內(nèi)置的操作系統(tǒng),通過(guò)網(wǎng)線輸出連續(xù)的振動(dòng)實(shí)時(shí)信號(hào)。
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試具體過(guò)程如下:
(1)攜帶儀器進(jìn)入預(yù)先規(guī)劃的場(chǎng)地,利用全站儀和地鐵線路圖標(biāo)定地鐵線路的軸線以作距離參考。
(2)以近側(cè)軌道中心線為基準(zhǔn),用皮尺分別標(biāo)定地鐵線路軸線垂直距離為10 m、20 m、40 m、60 m、80 m、100 m 處(分別為圖中A、B、C、D、E、F 測(cè)點(diǎn))并作相應(yīng)標(biāo)記,各測(cè)點(diǎn)位置如圖2所示。
(3)在標(biāo)記處平整并清潔地面,放置強(qiáng)震儀,并進(jìn)行測(cè)試前的調(diào)試,順序?yàn)椋赫{(diào)整儀器方向使其中一側(cè)向垂直于軌道行進(jìn)方向—對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)平—連接電源、數(shù)據(jù)線和GPS 定位器并將GPS 定位器放置于無(wú)上方遮擋的露天處。
(4)將儀器用數(shù)據(jù)線連接至筆記本電腦,并啟動(dòng)SCREAM軟件對(duì)儀器工作狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn),并將采樣頻率設(shè)定為200 Hz。
圖2 場(chǎng)地測(cè)點(diǎn)布置情況
(5)所有儀器調(diào)試完成并確認(rèn)無(wú)誤后統(tǒng)一核對(duì)時(shí)間,開始采集并計(jì)時(shí)。采集時(shí)間為1小時(shí),在采集的同時(shí)安排人員在兩側(cè)地鐵車站記錄地鐵列車經(jīng)過(guò)時(shí)間段和是否從靠近測(cè)點(diǎn)一側(cè)的軌道經(jīng)過(guò)。
(6)采集完成后將測(cè)試數(shù)據(jù)文件從儀器中拷貝到計(jì)算機(jī)中,并拆除儀器,清理場(chǎng)地。
現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試時(shí)間內(nèi),地鐵列車共四次從近側(cè)軌道經(jīng)過(guò)場(chǎng)地中央,利用CMG-5TCDE 配套的振動(dòng)分析軟件SCREAM 對(duì)測(cè)試期間的地表振動(dòng)進(jìn)行時(shí)程分析。提取距近軌隧道中心線10 m、20 m、40 m 和80 m 處的測(cè)點(diǎn)在列車經(jīng)過(guò)時(shí)的地表豎向振動(dòng)時(shí)程曲線,如圖3所示。
因地鐵運(yùn)營(yíng)主要引起的是垂直于地表的振動(dòng)反應(yīng),故截取各測(cè)點(diǎn)的豎向地表加速度時(shí)程做振動(dòng)強(qiáng)度分析。根據(jù)中國(guó)國(guó)標(biāo)《城市區(qū)域環(huán)境振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)》(GB10070-1988)中對(duì)環(huán)境振動(dòng)強(qiáng)度的限值規(guī)定,評(píng)價(jià)選取指標(biāo)為Z振級(jí)VLZ。
同樣截取非地鐵經(jīng)過(guò)時(shí)刻且較為穩(wěn)定的地表振動(dòng)加速度時(shí)程段進(jìn)行比對(duì)分析,以排除場(chǎng)地其他振動(dòng)因素的干擾。各次地鐵同過(guò)場(chǎng)地下方時(shí)的Z振級(jí)值,如表1所示。
圖3 實(shí)測(cè)所得地表豎向振動(dòng)加速度時(shí)程曲線
表1 地鐵經(jīng)過(guò)與非經(jīng)過(guò)時(shí)刻地表Z振級(jí)/dB
從時(shí)程曲線可以看出近場(chǎng)處(10 m~40 m 內(nèi))的地表振動(dòng)強(qiáng)度對(duì)列車經(jīng)過(guò)有明顯的反應(yīng),80 m處的振動(dòng)反應(yīng)與非列車經(jīng)過(guò)時(shí)的常時(shí)振動(dòng)強(qiáng)度相差較小。
將表1中數(shù)據(jù)制成測(cè)點(diǎn)距離-Z振級(jí)圖象,如圖4所示??梢钥闯鲐Q向振動(dòng)強(qiáng)度自距隧道中心線10 m處的63.28 dB衰減至100 m處的54.02 dB,衰減幅度達(dá)9.32 dB,衰減較為明顯(衰減率為14.7%)。同時(shí),與非列車經(jīng)過(guò)時(shí)刻的地表振動(dòng)強(qiáng)度相比,不同距離測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)差值在4.00 dB~13.11 dB。
圖4 實(shí)測(cè)所得地鐵經(jīng)過(guò)時(shí)各測(cè)點(diǎn)Z振級(jí)
研究采用大型通用有限元軟件ABAQUS 對(duì)測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行還原,并利用隱式動(dòng)力分析計(jì)算得到地鐵經(jīng)過(guò)時(shí)段的地表振動(dòng)響應(yīng)強(qiáng)度。
1)土層建模
(1)土層模型參數(shù)
結(jié)合有限元建模精度需要和研究地表振動(dòng)響應(yīng)的范圍,本研究采取土層模型建立尺寸為55 m(垂向深度)×120 m(軸向長(zhǎng)度)×220 m(水平寬度),水平方向上模型長(zhǎng)度大于15D(D=6.6 m),較好地降低了邊界效應(yīng),振動(dòng)模擬較為穩(wěn)定[9]。土層參數(shù)設(shè)定方面,參考劉維寧、馬蒙等的研究[10],軌道交通所引起的土體動(dòng)應(yīng)變很小,一般處于彈性變形階段。因此,在進(jìn)行地鐵振動(dòng)研究時(shí),可認(rèn)為土體模型是彈性模型,并應(yīng)當(dāng)滿足下列幾條簡(jiǎn)化假設(shè):
①土體作為層狀彈性體,每層土體都是由同一種介質(zhì)組成并具有相同的彈性性質(zhì),具有各向同性。
②不考慮土體的初始應(yīng)力,即在運(yùn)動(dòng)方程中不考慮體力一項(xiàng),認(rèn)為在離振源足夠遠(yuǎn)處,地基土中由列車動(dòng)荷載引起的應(yīng)力、形變和位移都是零。
根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)方提供測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)附近土層鉆孔數(shù)據(jù)(如表2所示),將土層進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化處理后,共劃分為6 層,如圖5所示。因缺少土層阻尼比數(shù)據(jù),參考天津市土層特性,每層土阻尼比統(tǒng)一取0.05,關(guān)心頻率范圍取2 Hz~120 Hz,最終求得每層土的Rayleigh阻尼系數(shù)為α=1.235,β=1.32×10-4。
圖5 模型尺寸與土層劃分
(2)網(wǎng)格劃分
在網(wǎng)格劃分過(guò)程中,適當(dāng)?shù)木W(wǎng)格尺寸可以在保持精度的同時(shí),減小計(jì)算代價(jià)。用λsmin表示所關(guān)注振動(dòng)波的最小剪切波波長(zhǎng),當(dāng)在單元長(zhǎng)度取1/12λsmin時(shí),便已經(jīng)可以取得較高的精度;當(dāng)單元長(zhǎng)度取關(guān)注最小剪切波波長(zhǎng)的1/6λsmin時(shí),除距振源點(diǎn)0.5λsmin以內(nèi)的單元以外,其余位置均可得到較為滿意的結(jié)果。如圖6所示。但對(duì)于三維有限元模擬來(lái)說(shuō),過(guò)小的單元尺寸雖提高了計(jì)算精度,計(jì)算代價(jià)卻會(huì)大大增加,綜合參考數(shù)值模型的計(jì)算代價(jià)和精度要求,最終確定在距離襯砌左右較近的土體采取加密網(wǎng)格尺寸即0.3 m,在距離較遠(yuǎn)的土層有限元網(wǎng)格尺寸逐漸放大,最終達(dá)到2.5 m。最終土層三維有限元模型網(wǎng)格劃分效果如圖7所示。
表2 有限元模型土層計(jì)算參數(shù)
圖6 網(wǎng)格尺寸的加密與逐漸放大
圖7 土層有限元模型及網(wǎng)格劃分示意圖
(3)邊界條件
土層模型邊界采用三維黏彈性人工邊界,即在邊界單元節(jié)點(diǎn)上施加三個(gè)方向的彈簧單元并賦予相應(yīng)的彈性模量和阻尼系數(shù),如圖8所示。從而模擬人工邊界外的無(wú)限土體效果。邊界節(jié)點(diǎn)的切向和法向彈簧剛度和阻尼系數(shù)分別如公式(1)所示:
圖8 三維黏彈性人工邊界示意圖
式中:αT、αN分別為切向、法向修正系數(shù),對(duì)于三維模型,取αN=3/4,αT=2/3;G為每層土的剪切模量;ρ為每層土體密度;cs,cp為每個(gè)土層的剪切波與壓縮波速速;r為波源至人工邊界的距離。應(yīng)注意到因每層土的參數(shù)均不同,黏彈性邊界的彈簧阻尼器的參數(shù)也不同。為實(shí)現(xiàn)這一復(fù)雜的參數(shù)設(shè)置問(wèn)題。利用python 編程可實(shí)現(xiàn)根據(jù)每個(gè)土層的不同位置、剪切波速以及密度分別設(shè)置不同的彈簧阻尼器參數(shù),具體設(shè)置效果如圖9所示。
圖9 模型中土層粘彈性邊界設(shè)置(左:整體;右:局部)
2)隧道襯砌、道床、軌枕及鐵軌建模
(1)隧道襯砌:根據(jù)所提供的管片系列構(gòu)造設(shè)計(jì)圖可得,天津5號(hào)線隧道外徑6.2 m,內(nèi)徑5.7 m,混凝土型號(hào)為C50。因本研究的目標(biāo)是地表振動(dòng),管片間相互作用可簡(jiǎn)化忽略,故隧道采用一體化實(shí)體單元建模,如圖10所示。但需對(duì)模型材料進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整以將管片配筋對(duì)混凝土材料的加強(qiáng)作用及各管片間的接頭對(duì)整體隧道的削弱作用考慮在內(nèi),主要措施為將材料彈性模量乘以削弱系數(shù)(0.75)。
襯砌模型同樣采取C3D8R,網(wǎng)格尺寸取為0.3 m;隧道外圍與土層接觸形式采取面面接觸,其中法向?yàn)橛步佑|,切向?yàn)槟Σ两佑|,摩擦系數(shù)取0.85。
圖10 盾構(gòu)隧道有限元模型
(2)鐵軌、軌枕及道床墊層模型尺寸:鐵軌采用T60型鋼軌參數(shù):斷面面積A=7.725×10-3m2,慣性矩I=3.217×10-5m4,單位長(zhǎng)度質(zhì)量m=60.64 kg/m,抗彎剛度EI=6.434×106N·m2;設(shè)置軌枕以考慮軌道的周期性支撐特點(diǎn),軌枕采取實(shí)體單元建模,間距取0.6 m;道床為材料C30 砼,厚度取0.5 m。道床、軌道與襯砌間的約束采取綁定(Tie)約束,具體建模效果如圖11所示。
圖11 道床-軌枕-鐵軌耦合有限元模型
襯砌、道床、軌枕、軌道等材料的力學(xué)參數(shù)如下表3所示。
表3 襯砌、道床等力學(xué)參數(shù)
地鐵運(yùn)行振動(dòng)產(chǎn)生的最主要根源是軌道不平順,而軌道不平順受鋼軌磨耗、損傷,軌枕間距不均、質(zhì)量不一,道床強(qiáng)度不均、松動(dòng)等眾多因素的綜合影響,表現(xiàn)出明顯的隨機(jī)性。建模所施加的列車荷載采取激振力函數(shù)法模擬[11],即采用一個(gè)靜荷載和一系列正弦荷載疊加而成的動(dòng)荷載。此種荷載取值方法表達(dá)式雖然簡(jiǎn)單,但它與車輛振動(dòng)性質(zhì)、線路平順性或路況、車速、荷載組合與傳遞關(guān)系密切,能在一定程度上模擬車輛荷載,被廣泛運(yùn)用于列車荷載模擬中。具體計(jì)算方法如式(2)至式(4)所示。其中F(t)為振動(dòng)荷載;ωi為對(duì)應(yīng)不同條件下不平順振動(dòng)波強(qiáng)下的圓頻率,分別取典型不平順波長(zhǎng)和相應(yīng)矢高為:L1=10 m,a1=3.5 mm;L2=2 m,a2=0.4 mm;L3=0.5 mm,a3=0.08 mm。
根據(jù)實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況,列車車型各項(xiàng)計(jì)算參數(shù)選取自地鐵A 型車,車型質(zhì)量參數(shù)和軸距參數(shù)如表4、特征距離如圖12和表5所示[12]。為了能全面地反映出列車從駛來(lái)到駛離的全過(guò)程,故考慮車輛系統(tǒng)4節(jié)車體,為模擬列車荷載在隧道中的移動(dòng)作用。
表4 地鐵A型車各項(xiàng)參數(shù)
表5 地鐵A型車特征距離/m
圖12 地鐵A型車特征距離
引用ABAQUS 自帶子程序DLOAD,其原理是通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)荷載作用點(diǎn)坐標(biāo)隨時(shí)間變化,從而實(shí)現(xiàn)荷載的移動(dòng)施加;同時(shí)荷載的大小、方向和加載間隔的改變也可通過(guò)DLOAD子程序?qū)崿F(xiàn)。將地鐵列車的輪載時(shí)程輸入程序,并設(shè)定荷載速度為16.7 m/s(60 km/h)。60 km/h列車時(shí)速下單個(gè)輪載時(shí)程曲線如下圖13所示。
圖13 60 km/h速度下模擬列車輪載時(shí)程曲線
采取ABAQUS 的隱式動(dòng)力分析方法對(duì)模型進(jìn)行計(jì)算,分析步長(zhǎng)為0.005 s,輸出得到場(chǎng)地地表在地鐵列車經(jīng)過(guò)時(shí)的地表振動(dòng)加速度時(shí)程。同樣提取10 m,20 m,40 m,80 m處的豎向振動(dòng)加速度時(shí)程曲線,如圖14(a)至圖14(d)所示。
從圖14(a)至圖14(d)與圖5(a)至圖5(d)對(duì)比可以看出,有限元模擬所得地表振動(dòng)加速度與實(shí)測(cè)結(jié)果在幅值上較為相近,但波形與振動(dòng)頻率有一定差距,這種差距主要來(lái)源于荷載的模擬方法較實(shí)際列車產(chǎn)生的荷載具有一定的差距。一般來(lái)說(shuō),近軌一側(cè)地表的振動(dòng)強(qiáng)度大于遠(yuǎn)離軌道一側(cè)地表的振動(dòng)強(qiáng)度。故進(jìn)行環(huán)境振動(dòng)分析時(shí)應(yīng)以距離經(jīng)列車所經(jīng)過(guò)隧道較近的一側(cè)為分析對(duì)象較有代表性。同樣在距離外軌中心線10 m、20 m、40 m、60 m、80 m 和100 m 處提取振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行地表振動(dòng)強(qiáng)度分析,見下表6與圖15所示。
表6 有限元模擬地表振動(dòng)強(qiáng)度/dB
圖14 模擬所得各測(cè)點(diǎn)處豎向加速度時(shí)程曲線
圖15 模擬所得各測(cè)點(diǎn)地表Z振級(jí)變化曲線
根據(jù)以上衰減曲線可得,距離由10 m 增至100 m,Z 振級(jí)衰減較為明顯:由10 m 測(cè)點(diǎn)處的64.68 dB衰減至100 m 測(cè)點(diǎn)處的54.56 dB,共衰減10.12 dB,衰減率達(dá)15.6%。
對(duì)比分析現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與有限元模擬所得的Z振級(jí)結(jié)果,如見下表7與圖16所示。
由圖表可得,在Z振級(jí)方面,各測(cè)點(diǎn)的結(jié)果相差在-1.75 到+0.56 dB 之間。其中,近場(chǎng)處(10 m 測(cè)點(diǎn)到40 m 測(cè)點(diǎn))偏差較大,且模擬結(jié)果偏大,Z 振級(jí)的偏差率最大達(dá)到了2.8%(20 m 測(cè)點(diǎn)處)。考慮到實(shí)測(cè)列車經(jīng)過(guò)時(shí)的偶然性偏差,如乘客數(shù)量、列車速度和場(chǎng)地振源干擾等不確定因素,可以認(rèn)為有限元建模在振動(dòng)強(qiáng)度的模擬上達(dá)到了較高的精度。
表7 實(shí)測(cè)與模擬結(jié)果對(duì)比(Z振級(jí)/dB)
圖16 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與有限元模擬Z振級(jí)結(jié)果對(duì)比
對(duì)于一些特殊建筑(如精密儀器室),環(huán)境振動(dòng)的峰值也被納入環(huán)境振動(dòng)限值參考標(biāo)準(zhǔn)之一,故對(duì)各測(cè)點(diǎn)的豎向加速度峰值進(jìn)行分析。實(shí)測(cè)與模擬所得地表振動(dòng)加速度峰值對(duì)比如表8與圖17所示:
根據(jù)表8與圖17可得,場(chǎng)地的豎向振動(dòng)加速度峰值隨著與隧道中心線距離的增加,衰減較為迅速,且衰減先快后慢:10 m~60 m 的距離內(nèi),豎向加速度峰值衰減了70%左右;而60 m~100 m 的距離內(nèi)僅衰減了6%左右?,F(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果與有限元模擬結(jié)果基本相近,偏差率在7%以內(nèi),說(shuō)明了數(shù)值模擬在加速度峰值預(yù)測(cè)方面的精確性。
表8 實(shí)測(cè)與模擬結(jié)果對(duì)比:加速度峰值/(m·s-2)
圖17 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與有限元模擬豎向加速度峰值結(jié)果對(duì)比
本文基于天津地鐵5 號(hào)線的工程背景,通過(guò)開展沿線場(chǎng)地的振動(dòng)實(shí)測(cè)以及有限元建模研究,得到了地體運(yùn)營(yíng)對(duì)沿線場(chǎng)地地表的振動(dòng)影響規(guī)律,并得到以下結(jié)論:
(1)地表振動(dòng)強(qiáng)度方面,場(chǎng)地實(shí)測(cè)和有限元計(jì)算均顯示,在天津5 號(hào)線的工況下,距隧道中心線0~40 m 的場(chǎng)地Z 振級(jí)較大,達(dá)到了60 dB 以上。10 m~100 m 距離內(nèi),豎向振動(dòng)強(qiáng)度衰減明顯,衰減幅度為9.32 dB,衰減率達(dá)到14.7%。
(2)地表豎向加速度峰值方面,場(chǎng)地實(shí)測(cè)和有限元計(jì)算均顯示,隨著測(cè)點(diǎn)與隧道中心線距離的增大,豎向振動(dòng)加速度的衰減速率先快后慢,60 m 測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)峰值相較于10 m 測(cè)點(diǎn),衰減率已達(dá)到70%。
(3)在模擬誤差方面,地表Z振級(jí)的模擬與實(shí)測(cè)值偏差在2 dB 以內(nèi);豎向振動(dòng)加速度峰值方面,有限元模擬與實(shí)測(cè)值相差在5.0×10-4m/s2以內(nèi),預(yù)估偏差率僅在4.5%~7%之間。