铁路移动荷载作用下输水隧洞岩基-衬砌结构静动力计算分析-论文.pdf

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1、铁道建筑2014年第8期RailwayEngineering35文章编号：1003-1995(2014)08．0035-04铁路移动荷载作用下输水隧洞岩基一衬砌结构静动力计算分析陈强，葛凯，唐勇勤。，牛斌(1．蒙西华中铁路股份有限公司，北京100073；2．中国铁道科学研究院铁道建筑研究所，北京100081；3．宁夏宁东铁路股份有限公司，宁夏银川750011)摘要：为了评价宁东铁路的修建对下伏输水隧洞安全性的影响，对铁路移动荷载作用下隧洞岩基一衬砌结构予以静动力计算分析。研究结果表明，单线及多线荷载作用下岩基及衬砌结构的应力均低于相应

2、的容许应力；移动荷载作用下岩基和隧洞衬砌质点的位移及速度振动曲线具有明显的三阶段特征，位移影响的深度范围随列车速度的增加而增加，而衰减完成的历时随着速度的增加而缩短。隧洞上方修建铁路不影响输水隧洞钢筋混凝土衬砌结构的安全，无需对隧洞进行加固处理。关键词：隧洞静动力计算时程分析振动位移振动速度动力效应中图分类号：U451．3文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2014．08．111工程概况D2Kl+980l、随着我国铁路及水利工程建设的发展，出现了越DlK6+800来越多的新建铁路上跨或下穿既有建筑物

3、、上下交叉隧洞等形式的地下近接工程¨，近接工程施工和使用6×53in424in期间的相互影响分析成为研究重点之一。文献[23]研究了不同速度的列车荷载对下伏铁路隧洞结构的影青铝线D2K(7线铁路)宁东干线D1K(单线)煤矿专用线D3K(单线)响，探讨了仰拱及边墙等隧道薄弱部位的设计问题；文图1隧洞与铁路线路平面位置献[4]研究了移动飞机荷载对下伏隧道的影响，分析了荷载位置对隧道结构不同部位的影响规律等。对隧2输水隧洞静动力计算模型及工况道近接工程的相互影响分析成为论证工程安全和可行性的必要工作。2．1模型范围宁东铁路(列车荷载采用铁路

4、标准活载“中一活地下洞室开挖后，由洞室开挖所产生的二次应力、载”)在D1K6+800处上跨一条输水隧洞，该隧洞净高应变场仅分布在开挖跨度5倍的范围内，因此在开3．9m，净宽2．8m。衬砌厚30～35am，为钢筋混凝土挖洞室的横截面方向两侧和下方各取5倍于开挖跨度结构，喷锚支护。洞身于砂泥岩互层中穿过，洞顶距离的围岩作为计算边界，上部围岩的计算范围取洞室的线路高差为26～28m。线路一侧有一处煤矿专用线实际埋深。隧洞中心线与线路中心线的夹角约为(单线铁路)，另一侧为青铝厂专用线(7线铁路)。共68。，干线(DK)与煤矿(D3K)的净距离

5、约40m，超过5有九线铁路从输水隧洞上方通过，平面位置关系见图倍洞室跨度(14m)，因此计算时模型内仅需要考虑一1。为了论证输水隧洞上方修建铁路的可行性，需要开条干线的列车荷载作用。为了考虑列车荷载的影响范展静动力计算研究，确定铁路运营期间列车荷载对输围，在线路的横向上应尽可能取较远的范围，本次计算水隧洞钢筋混凝土结构的影响，确保输水隧洞的安全。线路横向(即隧洞长度方向)上的计算模型的长度取100m。综合考虑计算条件，计算模型的最终尺寸见图收稿日期：2014．0l一06；修回日期：2014-0l-272。模型向长度为37．4m，Y向长

6、度为100m，Z向作者简介：陈强(1972一)，男，安徽泗县人，副研究员，博士。长度为47．55nl，隧洞的埋深与尺寸(包括衬砌)均与36铁道建筑中考虑了铁路路基和道床，其中路基的高度取31TI，道床的厚度取0．3in。2．2单元选择及材料参数根据工程实际状况，采用实体单元(四面体单元)模拟岩石地基、隧洞衬砌(钢筋混凝土)。锚杆的作用采用增加锚杆作用区的围岩黏聚力来模拟(由于隧洞工程中锚杆的主要作用在岩石开挖后临时稳定围岩，其作用类似于增加围岩的黏聚力)。模型中材料主要图2计算模型基本尺寸边界有2种：砂泥岩互层材料(参数见表1)、衬砌

7、钢筋混凝设计图纸相同。为了模拟列车荷载的运行作用，模型土，其参数按照规范取值。表1砂泥岩互层材料及参数2．3计算模型边界条件静力计算根据不同的边界选用不同的地基弹簧、基床系数和单位面积阻尼常数。动力计算边界采用1972年Lysmer和Wass提议的黏性边界(viscousBoundary)。为了定义黏性边界需要计算相应的土体各方向上的阻尼比，计算阻尼系数的公式为P波：CpN／A+2G=√．81WA(1)S波：c√詈一√-csA“^一(1+)(1—2v)G=式中：P为岩土层密度，kg／m；W为岩土层的重度，N／m；A为截面积，1TI；A

8、为体积弹性系数，MPa；G为剪切弹性系数，MPa；E为弹性模量，MPa；为泊松比。根据模型的选取范围，利用式(1)～式(3)计算出相应的阻尼系数，施加到模型边界上进行列车荷载的时程分析。2．4计算工况及说明图3列车荷载静