貨運(yùn)列車振動(dòng)對(duì)隧道基底圍巖的影響規(guī)律研究.pdf

1、我國(guó)山嶺隧道病害現(xiàn)象嚴(yán)重，其中尤以隧道基底病害為甚。據(jù)調(diào)查，列車荷載的往復(fù)振動(dòng)沖擊作用是造成基底病害產(chǎn)生的主要原因之一。而隨著我國(guó)貨運(yùn)需求的日益增加，有關(guān)部門將逐漸增加既有鐵路的貨運(yùn)列車行車密度或軸重。但是這種改變將導(dǎo)致隧道基底圍巖直接承受列車荷載的振動(dòng)沖擊力增大，進(jìn)而加劇隧道基底病害的產(chǎn)生及發(fā)展。另外一方面，重載貨運(yùn)線路建設(shè)過(guò)程中，關(guān)于有砟/無(wú)砟道床的選型也一直存在爭(zhēng)議。為了解決這些問(wèn)題，需要專門研究列車振動(dòng)在隧道及基底圍巖中的傳播規(guī)

2、律，軸重、車速等參數(shù)的影響規(guī)律，以及有砟/無(wú)砟兩種道床型式下基底圍巖中振動(dòng)傳播規(guī)律的差異，為隧道基底病害的防治、以及道床選型提供參考。
　　本文以神朔線霍家梁隧道為工程背景，綜合運(yùn)用資料調(diào)研、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、數(shù)值分析等手段，分析了軸重、基底病害對(duì)鋼軌、軌枕、隧道壁及圍巖的影響規(guī)律，并進(jìn)一步對(duì)比分析了有砟、無(wú)砟兩種軌道型式下，不同軸重及車速條件下隧道基底圍巖的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律。主要工作內(nèi)容及結(jié)論如下:
　　1、在霍家梁隧道內(nèi)進(jìn)行振動(dòng)測(cè)試

3、，獲取軌道及隧道結(jié)構(gòu)振動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，分析不同軸重列車經(jīng)過(guò)正常（無(wú)病害）、病害斷面時(shí)軌道及隧道結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)特性。結(jié)果表明:隧道基底振動(dòng)響應(yīng)隨軸重增加而增大，其中10Hz以下、50-1000Hz頻段更為明顯;軸重的增加使軌枕振動(dòng)響應(yīng)在2-200Hz頻段內(nèi)增大，使鋼軌振動(dòng)響應(yīng)在1-50及70-500Hz頻段內(nèi)增大;基底病害導(dǎo)致基底、隧道壁、軌枕的振動(dòng)響應(yīng)均有所增大，在頻域上這三處響應(yīng)的明顯增大頻段分別為150-400Hz、100-330Hz、

4、10-200Hz。
　　2、根據(jù)霍家梁隧道實(shí)際情況建立軌道-隧道-土體三維動(dòng)力有限元模型，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)模型單元?jiǎng)澐址椒?、邊界處理等進(jìn)行校核，獲得了可以準(zhǔn)確分析基底圍巖振動(dòng)響應(yīng)的模擬實(shí)際工況的三維動(dòng)力有限元模型，進(jìn)而采用該模型對(duì)霍家梁隧道基底圍巖振動(dòng)影響范圍進(jìn)行分析，結(jié)果表明:振動(dòng)在基底圍巖中呈現(xiàn)以隧道重載側(cè)軌道中心下方為中心向四周衰減的趨勢(shì);27t軸重列車對(duì)基底圍巖的振動(dòng)影響范圍為10m;確定了采用圍巖豎向應(yīng)力及振動(dòng)加速度有效值

5、兩個(gè)指標(biāo)進(jìn)行后續(xù)研究。
　　3、采用上述建模方法分別建立有砟、無(wú)砟兩種軌道型式下的軌道-隧道-土體三維動(dòng)力有限元模型，對(duì)比分析有砟、無(wú)砟兩種軌道型式下，軸重、車速等因素對(duì)基底圍巖動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律。結(jié)果表明:對(duì)于基底圍巖相同位置處，有砟軌道工況的基底圍巖豎向應(yīng)力及加速度有效值均小于無(wú)砟軌道，且隨軸重的增加，無(wú)砟軌道型式下基底圍巖加速度有效值及豎向應(yīng)力峰值的增加量比有砟軌道型式下的更敏感，因此從列車振動(dòng)角度考慮，在同等圍巖等級(jí)地段修