張亮亮，孫前輝，傅金陽(yáng)，3，楊 州，丁 寧，李亞楠

（1. 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢 430063；2. 中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙 410075；3. 中南大學(xué)高速鐵路建造技術(shù)國(guó)家工程研究中心，湖南長(zhǎng)沙 410075；4. 濟(jì)南城市建設(shè)集團(tuán)有限公司，山東濟(jì)南 250014；5. 濟(jì)南城隧建設(shè)工程有限公司，山東濟(jì)南 250032；6. 黃河勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司，河南鄭州 450003）

1 背景

隨著城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，地鐵作為一種具有快捷、高效等優(yōu)點(diǎn)的交通工具，是目前解決各大城市人口密集、交通擁堵、建筑空間不足等問(wèn)題最有效的手段。截至2021年底，我國(guó)有50個(gè)城市先后開(kāi)啟了城市軌道交通線路建設(shè)，運(yùn)行線路達(dá)9 206.8 km[1]。地鐵的快速發(fā)展給人們帶來(lái)巨大便利的同時(shí)，也產(chǎn)生了一些亟待解決的問(wèn)題，如地基振動(dòng)、建筑物強(qiáng)度降低、噪聲污染等。為了保證地鐵與公交之間換乘方便，地鐵隧道大多沿著現(xiàn)有道路進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，很難完全避開(kāi)既有建（構(gòu)）筑物，同時(shí)地鐵隧道之間相互交叉、并行重疊的工況也變得更加常見(jiàn)，更加劇了這些問(wèn)題所帶來(lái)的影響。

列車(chē)運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的振動(dòng)荷載作為一種特殊的循環(huán)荷載，既不同于靜載，也不同于地震荷載，其產(chǎn)生的振動(dòng)盡管能量低，但具有周期性、長(zhǎng)期性等特點(diǎn)，其長(zhǎng)期反復(fù)振動(dòng)會(huì)使周?chē)馏w發(fā)生塑性累積變形，隧道底部也會(huì)出現(xiàn)斷裂、滲漏水、基底軟化等病害，周?chē)募扔薪Y(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力損傷響應(yīng)，其安全性有待評(píng)估。同時(shí)，列車(chē)所產(chǎn)生的振動(dòng)污染給居住者的生活帶來(lái)強(qiáng)烈的不適感以及對(duì)周?chē)咝；蚩蒲袉挝粌?nèi)精密儀器的使用帶來(lái)很大影響，所以列車(chē)運(yùn)行產(chǎn)生的振動(dòng)已不可忽視，國(guó)際上已經(jīng)把列車(chē)所產(chǎn)生的振動(dòng)問(wèn)題列為七大環(huán)境公害之一[2]。因此，開(kāi)展列車(chē)動(dòng)荷載及其影響的研究具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

目前，關(guān)于列車(chē)振動(dòng)影響的研究主要集中在列車(chē)振動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響及列車(chē)振動(dòng)引起隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)方面。國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)數(shù)十年的實(shí)際測(cè)試和理論分析，在地鐵振動(dòng)的產(chǎn)生機(jī)理、傳播規(guī)律以及控制方法上都取得了一定成果。為了更好地研究地鐵列車(chē)荷載產(chǎn)生的影響，本文從地鐵列車(chē)振動(dòng)荷載、隧道動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值模擬方法、隧道動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)、地鐵振動(dòng)對(duì)既有結(jié)構(gòu)物影響等方面，論述了當(dāng)前的研究現(xiàn)狀及其存在的問(wèn)題，為深入研究地鐵列車(chē)荷載對(duì)鄰近結(jié)構(gòu)物影響的相關(guān)問(wèn)題提供參考。

2 地鐵列車(chē)振動(dòng)荷載

在分析列車(chē)運(yùn)行對(duì)結(jié)構(gòu)物及周?chē)h(huán)境造成的影響問(wèn)題時(shí)，準(zhǔn)確描述列車(chē)振動(dòng)荷載對(duì)其計(jì)算結(jié)果的精確度具有重要影響。列車(chē)振動(dòng)荷載的確定方法主要分為模型分析法、試驗(yàn)分析法、經(jīng)驗(yàn)分析法。

2.1 模型分析法

模型分析法主要根據(jù)車(chē)輛模型、軌道模型和輪軌間的相互作用來(lái)求解列車(chē)的動(dòng)荷載。劉維寧[3]等基于輪軌的相互作用關(guān)系理論建立了車(chē)輛-軌道振動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，并通過(guò)Newmark逐步積分法求解得到車(chē)-軌系統(tǒng)作用于隧道結(jié)構(gòu)上的荷載。王田友、張璞等[4-5]對(duì)車(chē)輛模型進(jìn)行了不同程度的簡(jiǎn)化，使模型應(yīng)用更加方便。Li等[6]采用二自由度四分之一車(chē)輛模型，利用MATLAB/SIMULINK編制隨機(jī)動(dòng)荷載程序，獲得隨機(jī)動(dòng)荷載。

2.2 試驗(yàn)分析法

由于列車(chē)荷載不能直接測(cè)得，通常將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)得到的軌道加速度波形分解成許多不同頻率的正弦波和余弦波之和，進(jìn)而模擬成相應(yīng)的數(shù)學(xué)函數(shù)，再根據(jù)車(chē)輛振動(dòng)簡(jiǎn)化模型來(lái)建立列車(chē)的運(yùn)動(dòng)方程，推導(dǎo)列車(chē)的動(dòng)荷載。如潘昌實(shí)[7-8]通過(guò)對(duì)列車(chē)振動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的加速度進(jìn)行測(cè)定，獲得了若干測(cè)試點(diǎn)的動(dòng)態(tài)反應(yīng)并進(jìn)行頻譜分析，得到列車(chē)振動(dòng)荷載加速度數(shù)定表達(dá)式：

式（1）中，N為數(shù)值離散采集數(shù)，，k=0，1，2…，Xk為時(shí)間tk對(duì)應(yīng)的加速度離散值，Xk=X（tk），tk=kΔt，Δt為采樣時(shí)間間隔；，n= 0，1，2…，-1；ω為基頻，；t為采樣時(shí)間。

2.3 經(jīng)驗(yàn)分析法

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)或模擬實(shí)驗(yàn)受到一些限制時(shí)，可以根據(jù)國(guó)內(nèi)外的一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行荷載分析，即采用一個(gè)激振力函數(shù)來(lái)模擬列車(chē)振動(dòng)荷載。潘昌實(shí)等[9]通過(guò)將靜荷載和由一系列正弦函數(shù)組成的動(dòng)荷載來(lái)模擬列車(chē)振動(dòng)荷載：

式（2）中，F(xiàn)（t）為列車(chē)振動(dòng)荷載；A0為車(chē)輪荷載；Ai為對(duì)應(yīng)某一頻率的振動(dòng)荷載幅值，Ai=mai，m為列車(chē)簧下質(zhì)量，ai為振動(dòng)波長(zhǎng)Li時(shí)對(duì)應(yīng)的幅值，ωi為鋼軌振動(dòng)圓頻率，，v為列車(chē)運(yùn)營(yíng)速度，Li為鋼軌基本振動(dòng)波長(zhǎng)；t為列車(chē)運(yùn)行時(shí)間。

梁波等[10]考慮列車(chē)輪對(duì)力在線路上移動(dòng)的疊加作用與鋼軌、軌枕的分散傳遞因素，對(duì)公式（2）進(jìn)行了修正：

式（3）中，k1為相鄰輪軌間的疊加系數(shù)；k2為軌枕間的分散系數(shù)。

同時(shí)，為描述列車(chē)的移動(dòng)特性，李進(jìn)州等[11]通過(guò)采用時(shí)程函數(shù)來(lái)定義列車(chē)的移動(dòng)荷載，其通過(guò)列車(chē)移動(dòng)速度、輪間距及施加點(diǎn)位置得到固定點(diǎn)處列車(chē)荷載隨時(shí)間的變化，其確定過(guò)程較為繁瑣，未考慮軌枕或軌道缺陷等因素，在列車(chē)移動(dòng)荷載影響分析中很少采用。

隨著針對(duì)列車(chē)振動(dòng)的深入研究，車(chē)輛-軌道系統(tǒng)模型建立的逐漸精細(xì)化，其計(jì)算精度在逐步提高，其中基于多體動(dòng)力學(xué)的列車(chē)-軌道耦合模型，通過(guò)借助相關(guān)的多體動(dòng)力學(xué)軟件，可以較為真實(shí)地求解出列車(chē)作用在隧道上的動(dòng)荷載，但其涉及參數(shù)較多，建模過(guò)程較為復(fù)雜，在實(shí)際應(yīng)用中存在一些局限性。現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)通過(guò)大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)求出其列車(chē)荷載，通常最能反應(yīng)出列車(chē)的實(shí)際荷載狀態(tài)，但往往會(huì)受到測(cè)定條件的約束，且耗費(fèi)大量人力物力。經(jīng)驗(yàn)分析法通過(guò)綜合大量實(shí)測(cè)資料，用經(jīng)驗(yàn)表達(dá)式來(lái)表示列車(chē)動(dòng)荷載，在現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)受到一定限制時(shí)，可以采用此方法對(duì)列車(chē)的動(dòng)荷載進(jìn)行模擬，但其精度較低，在實(shí)際應(yīng)用中，要考慮其對(duì)最終結(jié)果的影響程度。

3 地鐵列車(chē)振動(dòng)荷載作用的數(shù)值模擬

數(shù)值模擬方法的不斷發(fā)展使得各種復(fù)雜工況的力學(xué)分析成為可能。目前，主要的數(shù)值計(jì)算方法包括有限單元法、有限差分法和邊界元法等。對(duì)于動(dòng)力學(xué)分析，有限單元法是應(yīng)用最為廣泛的計(jì)算方法。

在數(shù)值分析中，由于模型只能在一定的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行分析，波在邊界面會(huì)發(fā)生反射，進(jìn)而影響計(jì)算結(jié)果的精度。為保證模擬的準(zhǔn)確性，通常會(huì)在模型邊界處，施加設(shè)置合理的邊界條件對(duì)傳播至遠(yuǎn)處的振動(dòng)波進(jìn)行吸收，目前采用的邊界條件主要包括黏性人工邊界、黏彈性人工邊界和無(wú)限元人工邊界等。

黏性人工邊界最早由Lysmer[12]根據(jù)半無(wú)限彈性桿的波動(dòng)方程推導(dǎo)出，可通過(guò)設(shè)置阻尼器來(lái)吸收振動(dòng)產(chǎn)生的能量，但其無(wú)法恢復(fù)由于振蕩在邊界處造成的變形，Deeks等[13]在黏性邊界的基礎(chǔ)上建立了具有彈性恢復(fù)能力的二維黏彈性邊界；劉晶波等[14]人在此基礎(chǔ)上提出了三維黏彈性動(dòng)力人工邊界，該邊界條件可表述為：

式（4）中，KBT、KBN為切向彈簧和法向彈簧的剛度系數(shù)；CBT、CBN為切向阻尼器和法向阻尼器的阻尼系數(shù)；αT、αN為黏彈性邊界的修正系數(shù)；G為介質(zhì)剪切模量；R為波源至人工邊界點(diǎn)的距離；ρ為介質(zhì)密度；cp為縱波波速；cs為橫波波速。

無(wú)限元由Ungless[15]于1973年首先提出，戚玉亮等[16]基于等效邊界力的疊加原理，提出一種考慮地震動(dòng)影響的ABAQUS動(dòng)力無(wú)限元人工邊界。

隨著列車(chē)振動(dòng)荷載影響的研究逐漸深入，列車(chē)振動(dòng)影響有限元模擬方法變得更加多樣，精確度也得到很大提高，可以更加真實(shí)的模擬出實(shí)際工況。在工程上研究列車(chē)運(yùn)行引起的振動(dòng)響應(yīng)時(shí)，很多時(shí)候采用二維模擬的方法，其建模較為簡(jiǎn)單，在計(jì)算上有很大的優(yōu)勢(shì)。但二維模型沒(méi)有考慮火車(chē)移動(dòng)方向上波的傳播特點(diǎn)，忽略了列車(chē)速度增加至接近土體的臨界波速時(shí)，產(chǎn)生馬赫效應(yīng)的影響，其對(duì)計(jì)算結(jié)果有很大影響且二維模型無(wú)法分析非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，三維模型可以很好解決這些問(wèn)題，如圖1所示[17]。

圖1 三維模型圖

盡管三維模型充分考慮了波的傳播特性，但其計(jì)算量較大，花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，為解決這個(gè)問(wèn)題，Lopes等[18]將三維問(wèn)題轉(zhuǎn)換成一個(gè)等價(jià)二維問(wèn)題，提出2.5維（D）有限元/無(wú)限元方法，如圖2所示。2.5D有限元/無(wú)限元方法可以極大提高有限元模型的計(jì)算效率，且考慮了列車(chē)移動(dòng)的影響，同時(shí)，2.5D有限元/無(wú)限元方法對(duì)分析波在地層中傳播時(shí)具有很大優(yōu)勢(shì)，但其模型仍是建立在二維的基礎(chǔ)上，對(duì)分析非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)以及地層或結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變形時(shí)，三維模型仍是最佳選擇。

圖22 .5D模型示意圖[18]

4 列車(chē)荷載作用下隧道動(dòng)力響應(yīng)模型試驗(yàn)研究

模型試驗(yàn)?zāi)軌蜉^為形象地描述列車(chē)動(dòng)荷載作用下，隧道、土體及既有結(jié)構(gòu)物的受力、變形情況，是動(dòng)荷載影響研究的重要手段，國(guó)內(nèi)外相關(guān)學(xué)者也進(jìn)行了大量研究。

在分析列車(chē)荷載作用下隧道動(dòng)力響應(yīng)的模型試驗(yàn)中，列車(chē)動(dòng)荷載的施加對(duì)試驗(yàn)結(jié)構(gòu)的準(zhǔn)確性具有重要影響。大部分學(xué)者通過(guò)激振器施加單點(diǎn)振動(dòng)的方式來(lái)模擬不同幅值及頻率的列車(chē)動(dòng)荷載；同時(shí)，也有部分學(xué)者通過(guò)模型車(chē)來(lái)模擬列車(chē)的移動(dòng)，研究列車(chē)動(dòng)荷載的影響[19-20]。

以上研究多為縮尺試驗(yàn)，由于車(chē)輛-軌道-路基結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，準(zhǔn)確反映列車(chē)動(dòng)荷載的影響并不容易，足尺物理模型試驗(yàn)可以更為真實(shí)地反映列車(chē)動(dòng)荷載的影響效應(yīng)。中南大學(xué)構(gòu)建了1 : 1大型軌道-路基動(dòng)力模型試驗(yàn)系統(tǒng)[21]，能最大限度地反映軌道、路基的真實(shí)動(dòng)力特性，并基于此進(jìn)行了多項(xiàng)重載鐵路和高速鐵路路基工程動(dòng)力響應(yīng)長(zhǎng)期動(dòng)力性能試驗(yàn)。浙江大學(xué)根據(jù)高鐵軌道路基系統(tǒng)要求，建成了1 : 1 單線無(wú)砟軌道路基模型[22]，對(duì)高速列車(chē)運(yùn)行而產(chǎn)生路基變形、荷載傳播規(guī)律等進(jìn)行了研究，如圖 3所示。

圖3 軌道-路基動(dòng)力模型足尺試驗(yàn)系統(tǒng)

如何通過(guò)模型試驗(yàn)真實(shí)模擬實(shí)際工程，是模型試驗(yàn)的重要研究方向。動(dòng)荷載、周?chē)馏w及隧道還原都是亟待解決的問(wèn)題。同時(shí)，當(dāng)前動(dòng)荷載的模型試驗(yàn)主要集中于隧道及周?chē)馏w的動(dòng)力響應(yīng)，而動(dòng)荷載對(duì)既有結(jié)構(gòu)影響的模型試驗(yàn)研究較少，既有結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)也是隧道動(dòng)力學(xué)研究的一個(gè)方向。

5 地鐵振動(dòng)對(duì)既有結(jié)構(gòu)物影響與控制

地鐵的長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)將導(dǎo)致周?chē)扔薪Y(jié)構(gòu)的變形不斷累積，其安全性也有待評(píng)估。針對(duì)既有建筑物對(duì)地鐵振動(dòng)的動(dòng)力響應(yīng)，國(guó)內(nèi)外許多研究者對(duì)其進(jìn)行了大量的研究。

5.1 地鐵振動(dòng)對(duì)既有結(jié)構(gòu)物影響

地層作為既有結(jié)構(gòu)物的承載主體，受列車(chē)長(zhǎng)期循環(huán)動(dòng)荷載的影響，有可能導(dǎo)致既有結(jié)構(gòu)物的不均勻沉降，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性與安全性。目前主要是通過(guò)數(shù)值模擬、模型試驗(yàn)、解析計(jì)算等手段研究地鐵對(duì)土體沉降的影響。

針對(duì)地面結(jié)構(gòu)物受動(dòng)荷載影響研究，主要集中在既有建筑物的影響規(guī)律及程度方面。列車(chē)振動(dòng)以低頻為主，低頻振動(dòng)對(duì)建筑的影響更大，而高頻振動(dòng)頻率隨樓層的增高衰減加快，同時(shí)建筑物受地鐵振動(dòng)的加速度響應(yīng)與建筑物層數(shù)密切相關(guān)[23]。對(duì)于列車(chē)振動(dòng)對(duì)地下構(gòu)筑物的影響研究，主要集中在列車(chē)振動(dòng)對(duì)交疊、交叉等不同空間關(guān)系隧道的影響方面[24-25]。

對(duì)列車(chē)循環(huán)荷載影響的研究多集中于其對(duì)地層地表建筑物動(dòng)力影響以及沉降等問(wèn)題的研究，且主要針對(duì)結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)響應(yīng)，對(duì)地層及結(jié)構(gòu)在列車(chē)荷載作用下的長(zhǎng)期動(dòng)力特性研究較少。同時(shí)，列車(chē)荷載的長(zhǎng)期效應(yīng)有可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的初始損傷不斷發(fā)展。針對(duì)特殊地層，如砂卵石地層、黃土地層等的長(zhǎng)期循環(huán)作用導(dǎo)致的顆粒流失或特殊土強(qiáng)度降低等問(wèn)題，目前的研究較為匱乏，探究動(dòng)荷載作用下特殊地層-隧道結(jié)構(gòu)相互作用的內(nèi)在機(jī)理仍是目前研究的主要方向。

5.2 地鐵振動(dòng)控制措施

地鐵振動(dòng)所產(chǎn)生的噪聲污染、地基振動(dòng)、建筑物強(qiáng)度降低等問(wèn)題，給居住者帶來(lái)不適感。同時(shí)，GB 14892-2006《城市軌道交通列車(chē)噪音限值和測(cè)量方法》對(duì)各類(lèi)場(chǎng)所的環(huán)境振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)限值進(jìn)行了限定[26]，如康復(fù)療養(yǎng)區(qū)等區(qū)域晝間噪聲應(yīng)低于50 dB，夜間噪聲應(yīng)低于40 dB等。因此，有必要對(duì)地鐵引起的振動(dòng)進(jìn)行控制，其控制方法可以概括為以下3個(gè)方面：振源、傳播途徑以及受振體。

在振源方面，通常對(duì)軌道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)加以改進(jìn)，目前主要采用設(shè)置橡膠減振墊、浮置板、鋼軌減振器等措施來(lái)降低列車(chē)產(chǎn)生的振動(dòng)，相關(guān)研究表明：鋪設(shè)橡膠減振墊可以降低列車(chē)最大加速度的85%[27]；鋼軌減振器可有效提高鋼軌振動(dòng)的衰減率，提高軌道扣件的阻尼，抑制鋼軌的振動(dòng)[28]；采用阻尼車(chē)輪可以將輪軌噪聲降低至18 dB[29]。在傳播途徑方面，通過(guò)采用空溝、填充溝、周期性排樁等可以對(duì)速度、加速度起到顯著的隔振效果。在受振體方面，通過(guò)設(shè)置隔振支座、增加樓板厚度、基礎(chǔ)與上部結(jié)構(gòu)間安裝鋼彈簧等方式可以有效地降低振動(dòng)效果。

在眾多減隔振方法中，從振源處減少振動(dòng)波的產(chǎn)生往往是最有效的，對(duì)周?chē)臉?gòu)筑物的影響較小，但高效經(jīng)濟(jì)的吸能材料是目前制約其應(yīng)用的主要因素。因此，將上述3種減振方法合理有效地結(jié)合，可以更好的在經(jīng)濟(jì)、減振效果上達(dá)到工程預(yù)期。

6 總結(jié)與展望

隨著我國(guó)城市地鐵網(wǎng)絡(luò)的不斷建設(shè)，產(chǎn)生了很多地鐵與鄰近結(jié)構(gòu)相互影響的新工況，需要對(duì)地鐵列車(chē)荷載作用下鄰近結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行準(zhǔn)確分析與評(píng)估。雖然基于理論推導(dǎo)、模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬對(duì)于列車(chē)動(dòng)荷載作用下既有結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)已有大量研究，但是對(duì)于地鐵列車(chē)振動(dòng)荷載的模擬大都依賴(lài)簡(jiǎn)化的數(shù)學(xué)模型，對(duì)于實(shí)際工程的應(yīng)用仍有待大量的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試進(jìn)行驗(yàn)證。隨著我國(guó)對(duì)于交通環(huán)境振動(dòng)影響的不斷重視，動(dòng)荷載作用下鄰近結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)與振動(dòng)控制將成為重要研究方向。

（1）從研究方法上來(lái)看，基于多體動(dòng)力學(xué)與有限元分析相結(jié)合的模擬過(guò)程仍極為繁瑣，如何考慮將數(shù)值分析向精細(xì)化、一體化方向發(fā)展，使列車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與結(jié)構(gòu)狀態(tài)緊密耦合共同作用有待進(jìn)一步研究。在模型試驗(yàn)方面，目前動(dòng)荷載的模擬主要集中在定點(diǎn)循環(huán)荷載或模型車(chē)上，其在模擬列車(chē)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及軌道不平順性有一定的缺陷，研制更加符合實(shí)際工況的精細(xì)化模擬方法值得進(jìn)一步探究。

（2）從行業(yè)的整體發(fā)展來(lái)看，當(dāng)前盾構(gòu)隧道正朝著斷面形式多樣化、工況復(fù)雜化的方向發(fā)展，大量地鐵盾構(gòu)修建于城市道路下方或采用大直徑盾構(gòu)公路和軌道合建的方式穿越江河，這些都會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)地鐵列車(chē)動(dòng)荷載與上部公路交通荷載的耦合作用影響。因此，亟需建立多種動(dòng)荷載耦合作用的理論分析模型，開(kāi)展地鐵列車(chē)與汽車(chē)共同作用下地層、隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)及沉降變形的理論研究。

（3）從地層適應(yīng)性上來(lái)看，我國(guó)疆域遼闊，特殊土地層在實(shí)際施工中經(jīng)常遇到，而動(dòng)荷載的長(zhǎng)期反復(fù)作用會(huì)加劇特殊地層的破壞，如交通動(dòng)荷載擾動(dòng)將促進(jìn)砂卵石中地層細(xì)顆粒滲流遷移，誘發(fā)地層缺陷發(fā)育甚至導(dǎo)致地面塌陷。動(dòng)荷載擾動(dòng)作用下地層細(xì)觀結(jié)構(gòu)破壞機(jī)理的理論分析仍是尚未解決的難題。

（4）從結(jié)構(gòu)安全性來(lái)看，以往研究重點(diǎn)主要集中于隧道結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)響應(yīng)，而列車(chē)荷載通常是長(zhǎng)期性的，在列車(chē)荷載長(zhǎng)期、反復(fù)沖擊作用下，會(huì)使結(jié)構(gòu)的初始損傷不斷發(fā)展，考慮結(jié)構(gòu)的疲勞損傷應(yīng)進(jìn)一步研究。同時(shí)，土-結(jié)構(gòu)物的相互作用界面在長(zhǎng)期的循環(huán)荷載下易發(fā)生破壞，特別是在地下水的進(jìn)一步影響下，易出現(xiàn)地層軟化和翻漿冒泥等現(xiàn)象，危及地下結(jié)構(gòu)的整體安全性。因此，考慮列車(chē)荷載-地下結(jié)構(gòu)-地層的長(zhǎng)期相互作用效應(yīng)仍是需要加強(qiáng)研究的重點(diǎn)。

（5）從社會(huì)影響上來(lái)看，隨著人們生活質(zhì)量的不斷提高，對(duì)生活的要求也變得更加苛刻。嚴(yán)格控制列車(chē)運(yùn)行所產(chǎn)生的環(huán)境振動(dòng)仍是目前研究的重點(diǎn)。從振源處減少振動(dòng)波的產(chǎn)生往往是最有效的，但高效經(jīng)濟(jì)的吸能材料和減隔振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是目前制約其應(yīng)用的主要因素，對(duì)于高效吸能材料以及減隔振結(jié)構(gòu)安置方式的研究仍需進(jìn)一步深入。