活動斷裂帶隧道內(nèi)軌道結(jié)構(gòu)振動傳遞特性及結(jié)構(gòu)選型研究.pdf

1、我國西南地區(qū)山嶺密布，且生態(tài)環(huán)境比較脆弱，為了保證線路平順性和減小列車運行對沿線環(huán)境的影響，鐵路多以長大隧道的形式穿越該區(qū)域。同時，該區(qū)域分布了多個活動斷裂帶，往往會涉及到鐵路隧道穿越活斷層的情況。當列車通過時，輪軌沖擊產(chǎn)生振動并傳至隧道結(jié)構(gòu)，反復作用下隧道結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生裂紋并不斷擴展，當損傷達到一定程度時甚至導致隧道結(jié)構(gòu)整體失效。同時，振動在巖土體中傳播，會擾動周圍巖土層，促進斷層發(fā)生錯動。一旦發(fā)生以上病害，將會對鐵路線路和隧道結(jié)構(gòu)的安全

2、造成嚴重威脅。
　　本文以成蘭鐵路穿越活動斷裂帶工程為研究背景，基于有限元理論和輪軌耦合動力學理論，進行了一系列靜動力學研究，旨在為活動斷裂帶隧道內(nèi)鐵路選擇合適的減振型軌道，降低輪軌振動的不利影響。論文主要工作及結(jié)論如下:
　　(1)建立軌道-隧道-活動斷裂帶空間模型，采用擬靜力方法模擬斷層錯動過程，分析斷層錯動下軌道結(jié)構(gòu)的受力變形特性。研究表明，在斷層錯動條件下，無砟軌道結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了類似的錯動變形，底座板和隧道之間出現(xiàn)了離縫

3、;斷層錯動量達到15mm時，軌道板所受最大拉應力超過其抗拉強度，發(fā)生破壞;斷層錯動下，有砟軌道在受力狀態(tài)、軌道結(jié)構(gòu)破壞情況以及線路幾何形位調(diào)整能力等方面均優(yōu)于無砟軌道，建議在活動斷裂帶隧道內(nèi)采用有砟軌道結(jié)構(gòu)。
　　(2)建立車輛-有砟軌道-隧道耦合動力學模型，從行車安全舒適性、減振效果等角度出發(fā)，分析彈性軌枕和道砟墊對系統(tǒng)動力特性的影響。研究表明，鋪設彈性軌枕或道砟墊能保證行車的安全性和平穩(wěn)性;鋪設彈性軌枕明顯的增大了鋼軌和軌枕的

4、垂向位移，但對降低道床動力響應作用顯著;鋪設道砟墊使得軌道結(jié)構(gòu)位移增加的同時，也惡化了道床的工作狀態(tài);彈性軌枕和道砟墊均發(fā)揮了很好的減振效果，最大減振量分別為26dB、18dB;采用彈性軌枕或道砟墊可減緩列車沖擊造成的斷層錯動。
　　(3)分別改變道砟墊面剛度和彈性軌枕枕下墊層剛度，分析參數(shù)變化對車輛、軌道結(jié)構(gòu)動力響應以及減振效果的影響，并據(jù)此提出參數(shù)的合理取值范圍。減振墊層參數(shù)設置的原則是在控制軌道結(jié)構(gòu)位移、振動以及受力的同時，

5、不影響其減振效果，經(jīng)過系統(tǒng)的對比分析，建議道砟墊面剛度取100～150MN/m3，彈性軌枕枕下墊層剛度取40～60MN/m。
　　(4)提出隧道回填層采用橡膠混凝土材料的減振新思路，研究橡膠混凝土回填層的減振效果及其對車輛、軌道結(jié)構(gòu)動力響應的影響。研究表明，橡膠混凝土回填層的減振效果明顯，且在全頻域內(nèi)均有體現(xiàn)，襯砌的最大減振量為10.3dB;回填層采用橡膠混凝土前后，車輛、軌道結(jié)構(gòu)的各動力學指標變化不大，采用橡膠混凝土回填層不會加