既有重载铁路隧道基底混凝土厚度对隧底结构受力的影响

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1、铁道建筑2015年第7期RailwayEngineering39文章编号：1003—1995(2015)07—0039-04既有重载铁路隧道基底混凝土厚度对隧底结构受力的影响程建平(朔黄铁路发展有限责任公司原平分公司，山西原平034000)摘要：采用地质雷达对一既有重栽隧道基底混凝土厚度进行了探测，测试断面基底混凝土厚度小于设计值。利用ANSYS建立荷载一结构平面动力分析模型，依据现场取样试验结果并结合实车动态试验结果，分析了30t轴重重载列车通过时隧道基底混凝土厚度对基底结构受力的影响。分析结果表明，基底混凝土安全系数从规范中的3．0降至2．0，有一定的安全储备。考虑到隧道结构尺

2、寸要求，示范段内的隧道基底混凝土厚度V级围岩区应不小于0．5in，IV级围岩区应不小于0．4in。因此，对于隧底出现的混凝土厚度不足情况，应酌情进行加固处理，从而保证列车安全运营。关键词：重载隧道基底结构混凝土厚度安全系数中图分类号：TU411文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003—1995．2015．07．12大轴重重载运输是我国重载铁路的发展方向之拖拽的方式，在轨道中心及轨枕两侧分别布置测线。一。随着轴重的增加与运输密度的提高，隧底结构受基底混凝土厚度检测结果如图1所示。力及振动效应逐步加大¨。这种情况下基底混凝土点12厚度不足会导致既有隧底结构开裂、破损

3、、下陷、向两o侧外挤以及翻浆冒泥。本文考虑既有重载铁路开丞0_8赠0．6行30t及以上轴重列车情况，对不同隧底混凝土厚度9198092080921809228092．38092480下结构的受力进行分析。里程／km既有重载隧道基底仰拱往往不呈拱形，更多情况图1基底混凝土厚度分布下为一支撑在弹性地基上的薄板。在重载列车的作用下混凝土上表面呈现受压状态，混凝土底面呈现受拉从图1可知，该隧道Ⅲ级围岩区隧底混凝土厚度状态。若基底混凝土厚度不足，混凝土底面首先出现分布在0．42—0．75m，平均厚度约为0．50m；IV级围张拉裂缝，结构出现损伤，随着重载列车的长期作用，岩区隧底混凝土厚度分布

4、在0．48～0．98m，平均厚度裂缝向上扩展，损伤逐步累积。当结构损伤度达到或约为0．75m；V级围岩区隧底混凝土厚度分布在0．62超过1．0后，裂缝贯通，结构出现断裂，引起晃车。若—1．00m，平均厚度约为0．85m。各测试断面基底混病害地段隧底富水时，会产生翻浆冒泥，严重影响行车凝土厚度远小于设计值。安全。鉴于此，本文针对既有重载隧道轴重标准，提出1．2基底混凝土强度试验合理的基底混凝土厚度，为后期病害整治提供依据。考虑到进行理论计算分析时参数取值需要，对该隧道个别地段进行了钻孔取芯，并对芯样混凝土抗拉1基底混凝土性能检测强度进行了测试。测试结果表明，依据《铁路隧道设1．1基底

5、混凝土厚度检测计规范》(TB10003-2005)，换算后棱柱体抗拉强在资料分析的基础上，借助于车载地质雷达对一度在1．99—2．03MPa，平均值为2．0lMPa，高于原设隧道基底现状进行普查。基底结构雷达检测采用人员计200号(C18)混凝土抗拉强度值(1．6MPa)。2基底混凝土厚度对隧底结构受力的影响收稿日期：2014—12-10；修回13期：2015一Ol-18基金项目：国家科技支撑计划项目(2013BAG20BOO)2．1计算模型作者简介：程建平(1965一)，男，山西原平人，工程师。该隧道基底结构完整，仰拱与围岩接触密贴，由于40铁道建筑隧道施工期间，基底仰拱开挖不足

6、，导致基底混凝土厚度不足。洞身段存在大量此类情况。为了分析衬砌结构内力状况，采用荷载一结构法模型，衬砌采用实体单元模拟，而围岩与衬砌的相互作量I雾一用采用“无拉链杆”模拟，重点对重载列车作用下基底时间，s结构的动力特性进行分析。有限元程序计算采用ANSYS软件，基底混凝土采用平面Plane42单元，围岩图3实测基底动压应力时程曲线(30t轴重列车)采用Link10单元。卢2．2计算参数∞E十材料模型：围岩采用弹塑性D—P本构模型，混凝式中，为阻尼比，岩土介质的阻尼比通常在0．01～土采用线弹性本构模型。混凝土各主要力学参数按0．30，本次计算取0．02。《铁路隧道设计规范》、《铁路

7、工程设计技术手通过模态分析求得结构体系的最大固有周期册——隧道》取值，围岩材料参数按照该隧道前期⋯，为保持足够的精度，时间步长不应大于最大固有勘察设计资料取值，具体计算参数取值见表1。周期的1／100。通过模态分析得到结构体系的前5阶表1计算参数频率及时间步长，由V级围岩一阶频率与任意阶频率计算得到阻尼比，最终确定阻尼比系数Ot=0．271，』B：0．001，时间步长At=0．001S。2．5计算结果分析2．5．1结构受力30t轴重列车作用1．96s后，隧底仰拱底面第