導(dǎo)語：重載鐵路隧道線路設(shè)計(jì)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：運(yùn)用ANSYS軟件、以簡(jiǎn)化荷載結(jié)構(gòu)模型為計(jì)算模型，對(duì)重載鐵路隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行了單線和雙線隧道結(jié)構(gòu)計(jì)算，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，無論是單線隧道還是雙線隧道，采用簡(jiǎn)化荷載結(jié)構(gòu)模型對(duì)重載鐵路隧道線路的動(dòng)力特征進(jìn)行模擬，計(jì)算結(jié)果值與實(shí)測(cè)結(jié)果可以實(shí)現(xiàn)包絡(luò)，且計(jì)算值與實(shí)測(cè)值在不同區(qū)域的分布規(guī)律基本一致；采用簡(jiǎn)化荷載結(jié)構(gòu)模型對(duì)重載鐵路隧道線路的動(dòng)力特征進(jìn)行模擬，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合，可以有效對(duì)重載鐵路隧道線路進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算與優(yōu)化。

關(guān)鍵詞：重載鐵路；隧道；單線；雙線；計(jì)算值與實(shí)測(cè)值

重載鐵路是指行駛列車總重大、行駛大軸重貨車或行車密度和運(yùn)量特大的鐵路，主要用于輸送大型原材料貨物［1］。隨著中國(guó)鐵路運(yùn)輸事業(yè)的快速發(fā)展，通過重載鐵路進(jìn)行貨物運(yùn)輸已經(jīng)成為現(xiàn)代化生活的重要手段之一［2－4］，然而，基于中國(guó)復(fù)雜的地形環(huán)境，重載鐵路線路施工過程中不可避免地需要進(jìn)行隧道施工，如我國(guó)的大秦鐵路、塑黃鐵路、瓦日鐵路、張?zhí)畦F路和蒙華鐵路的隧線比分別達(dá)到11％、11．4％、26．5％、43．7％和25．0％［5－7］，可見重載鐵路中隧道仍是重要的結(jié)構(gòu)，且具有軸重大和行車密度高等特點(diǎn)［8－11］。雖然目前鐵道科學(xué)研究院、北京交通大學(xué)等單位對(duì)重載鐵路軌道、路基和橋梁做出了大量了研究工作，但是對(duì)重載鐵路隧道線路的研究與報(bào)道非常少［12－14］，重載鐵路隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特征與設(shè)計(jì)依據(jù)的參考資料較少。因此，本文擬采用簡(jiǎn)化荷載結(jié)構(gòu)模型對(duì)重載鐵路隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算模擬，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析，以期為重載鐵路隧道結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供參考。

1計(jì)算模型與方法

采用ANSYS軟件對(duì)重載鐵路隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬，所采用的模型為簡(jiǎn)化荷載結(jié)構(gòu)模型，軟件中beam單元所用到的重載鐵路隧道地層結(jié)構(gòu)的物理力學(xué)參數(shù)表，如表1所示。表中列出了二次襯砌、道床、仰拱填充、仰拱和軌枕結(jié)構(gòu)的使用材料、單元節(jié)點(diǎn)、彈性模型、泊松比和重度［15］。計(jì)算模型中圍巖約束的COMBIN14彈簧單元模擬則根據(jù)重載鐵路隧道的圍巖物理力學(xué)參數(shù)表進(jìn)行［16］，如表2所示。表中列出了圍巖等級(jí)分別為Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ級(jí)時(shí)的單元節(jié)點(diǎn)、彈性模量、泊松比、重度、粘聚力和摩擦角，這些物理力學(xué)參數(shù)的選取都參照TB10003－2016《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》進(jìn)行［17］。重載鐵路隧道設(shè)計(jì)的計(jì)算模型如圖1，其中模型縱向長(zhǎng)度選擇為1m，分別列出了單線隧道結(jié)構(gòu)模型和荷載示意圖，以及雙線隧道結(jié)構(gòu)模型和荷載如圖1所示［18］。在對(duì)重載鐵路隧道設(shè)計(jì)中的圍巖荷載進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，按照深埋隧道圍巖荷載進(jìn)行計(jì)算，具體埋深與圍巖荷載之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表3所示。其中，q為均帶垂直壓力，e為均布水平壓力，在進(jìn)行模型數(shù)據(jù)輸入和計(jì)算結(jié)果輸出過程中，需要將無重載列車荷載工況下的計(jì)算結(jié)果作為初始條件，然后分別代入上述物理力學(xué)參數(shù)對(duì)單線隧道和雙線隧道的荷載情況進(jìn)行計(jì)算［19］。

2結(jié)果與分析

重載鐵路單線隧道仰拱彎矩軸力計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值，如表4所示。采用簡(jiǎn)化荷載結(jié)構(gòu)模型對(duì)單線隧道荷載結(jié)構(gòu)的彎矩和軸力進(jìn)行計(jì)算，并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析。從彎矩對(duì)比結(jié)果來看，雖然左側(cè)溝底部、線路左軌、線路中心、線路右軌和右側(cè)溝底部的彎矩計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值有一定偏差，但是變化趨勢(shì)基本相同，且彎矩計(jì)算結(jié)果都相對(duì)實(shí)測(cè)值偏大；從軸力對(duì)比結(jié)果來看，雖然左側(cè)溝底部、線路左軌、線路中心、線路右軌和右側(cè)溝底部的彎矩計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值都有一定偏差，但是都表現(xiàn)為軸力計(jì)算結(jié)果相對(duì)實(shí)測(cè)值偏大。無論是彎矩還是軸力計(jì)算結(jié)果，都體現(xiàn)出由線路中心向兩側(cè)不斷衰減的特征。不同圍巖條件下重載鐵路雙線隧道彎矩計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值對(duì)比結(jié)果，如表5所示。其中，軸重設(shè)計(jì)為28T?？梢姡瑢?duì)重載鐵路施加28T載荷后，不同圍巖條件下重載鐵路雙線隧道彎矩計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值都有不同變化。當(dāng)圍巖條件為Ⅲ級(jí)時(shí)，左線路中心、拱底和右線路右軌的彎矩實(shí)測(cè)值都低于計(jì)算結(jié)果，而左線路右軌的彎矩實(shí)測(cè)值略高于計(jì)算結(jié)果；當(dāng)圍巖條件為Ⅳ級(jí)時(shí)，左線路中心和左線路右軌的彎矩實(shí)測(cè)值都低于計(jì)算結(jié)果，而拱底和右線路右軌的彎矩實(shí)測(cè)值高于計(jì)算結(jié)果；當(dāng)圍巖條件為Ⅴ級(jí)時(shí)，左線路中心、左線路右軌、拱底和右線路右軌的彎矩實(shí)測(cè)值都低于計(jì)算結(jié)果。不同圍巖條件下重載鐵路雙線隧道軸力計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值對(duì)比結(jié)果，如表6所示。其中，軸重設(shè)計(jì)為28T?？梢?，對(duì)重載鐵路施加28T載荷后，不同圍巖條件下重載鐵路雙線隧道軸力計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值都有不同變化。當(dāng)圍巖條件為Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)時(shí)，左線路中心、左線路右軌、拱底和右線路右軌的軸力實(shí)測(cè)值都低于計(jì)算結(jié)果。根據(jù)表5的不同圍巖條件下重載鐵路雙線隧道彎矩計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值對(duì)比結(jié)果，以及表6的不同圍巖條件下重載鐵路雙線隧道軸力計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值對(duì)比結(jié)果可知，雙線隧道不同圍巖條件下的彎矩和軸力計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值基本可以實(shí)現(xiàn)包絡(luò)，且計(jì)算值與實(shí)測(cè)值在不同區(qū)域的分布規(guī)律基本一致，可以認(rèn)為采用本文的簡(jiǎn)化荷載結(jié)構(gòu)模型可以對(duì)重載鐵路隧道線路進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算與優(yōu)化。

3總結(jié)

采用簡(jiǎn)化荷載結(jié)構(gòu)模型對(duì)重載鐵路隧道線路的動(dòng)力特征進(jìn)行模擬，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合；該模型的優(yōu)點(diǎn)主要包括：（1）模型建立簡(jiǎn)單、計(jì)算快捷；（2）計(jì)算模型與結(jié)構(gòu)直接的受力特征較為明確；（3）接觸壓力可通過已知參數(shù)直接求出；在重載鐵路隧道線路設(shè)計(jì)過程中，可以采用簡(jiǎn)化荷載結(jié)構(gòu)模型對(duì)隧道進(jìn)行有效設(shè)計(jì)。

作者:馬樂 單位:中鐵一院新疆鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司