陳 強,劉 峰,向華偉,王樹國

(1.蒙西華中鐵路股份有限公司,北京 100743; 2.南廣鐵路有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530022；3.浙江大學(xué)土木系，浙江 杭州 310058)

寧東鐵路跨下伏輸水隧洞的靜動力計算及可行性分析

陳 強1,劉 峰2,向華偉3,王樹國1

(1.蒙西華中鐵路股份有限公司,北京 100743; 2.南廣鐵路有限責(zé)任公司，廣西 南寧 530022；3.浙江大學(xué)土木系，浙江 杭州 310058)

為了評價鐵路修建的可行性及運營期間列車荷載對下伏輸水隧道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全性影響，開展了巖基-隧道鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的靜動力計算研究，分析了移動列車荷載作用下巖基和襯砌的質(zhì)點最大位移、最大主應(yīng)力、振動位移和振動速度的變化規(guī)律。結(jié)果表明，列車移動荷載引起的巖基及襯砌結(jié)構(gòu)的最大應(yīng)力低于材料的容許應(yīng)力；振動位移和振動速度時程曲線具有明顯的三階段特征，且同一列車速度時振動曲線特征點的對應(yīng)時刻基本相當(dāng)；振動位移的影響深度隨列車速度的增加而增加，衰減完成的時間隨列車速度的增加而減少。在輸水隧洞上方修建鐵路對其鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的安全性影響甚小，無需加固處理。

寧東鐵路；輸水隧道；靜動力計算；時程分析；動力效應(yīng)；可行性評價

0 引言

隨著我國鐵路及水利工程建設(shè)的發(fā)展,出現(xiàn)了越來越多的新建鐵路上跨或下穿既有建筑物、上下交叉隧道等形式的地下近接工程[1]，對其施工和使用期間的相互影響分析成為諸多學(xué)者的研究課題之一。文獻(xiàn)[2-3]研究了不同速度的列車荷載對下伏鐵路隧道結(jié)構(gòu)的影響，探討了仰拱及邊墻等隧道薄弱部位的設(shè)計問題；高峰等[4]研究了移動飛機荷載對下伏隧道的影響，細(xì)致分析了荷載位置對隧道結(jié)構(gòu)不同部位的影響規(guī)律。近接工程的相互影響分析是論證其工程建設(shè)安全和可行性的必要工作之一。眾多學(xué)者的研究多集中在設(shè)計細(xì)節(jié)及施工期的相互影響上，運營期間的列車動載作用下隧道-巖基整體結(jié)構(gòu)的振動特性分析則較為鮮見。本文以寧東鐵路的修建對下伏輸水隧洞的安全性影響為研究目標(biāo)，系統(tǒng)開展了列車荷載作用下巖基-隧洞結(jié)構(gòu)的靜、動力計算，論證了鐵路修建的可行性，以期對類似工程的安全性評價進(jìn)行指導(dǎo)。

1 工程概況及有限元計算說明

1.1 工程概況

寧東鐵路在D1K6+800處下方經(jīng)過1條輸水隧洞，該隧洞凈高3.9 m，凈寬2.8 m。襯砌厚30～35 cm，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，噴錨支護(hù)。洞身于砂-泥巖互層中通過，洞頂距離線路高差為26～28 m。其兩側(cè)約40 m處各有1處煤礦專用線(單線鐵路)和青鋁廠專用線(7線鐵路，線路中心線間距為5.3 m)，即此處共有9線鐵路從輸水隧洞上方通過，平面布置見圖1。

圖1 隧洞與鐵路線路平面布置(單位：m)

1.2 輸水隧洞靜動力計算模型及工況說明

1.2.1 計算范圍確定

根據(jù)隧道力學(xué)的基本結(jié)論[5]：地下洞室開挖所產(chǎn)生的二次應(yīng)力、應(yīng)變場僅分布在開挖洞室跨度5倍的范圍內(nèi)。因此，輸水隧洞的兩邊和下方各取5倍的開挖跨度的圍巖(含襯砌結(jié)構(gòu))作為計算邊界，上部圍巖取洞室的實際埋深。

由圖1可知，隧洞中心線與線路中心線的夾角約為68°，寧東干線與煤礦專用線或青鋁線的凈距離約40 m，大于5倍的洞室跨度(5d=14 m)，因此計算時模型中僅考慮寧東干線的列車荷載作用?？紤]到列車荷載的橫向影響，線路橫向上應(yīng)盡可能取較大的計算范圍。本次計算線路橫向(即隧洞長度方向)長度取100 m。計算模型的最終尺寸見圖2。X向長度為37.4 m，Y向的長度為100 m，Z向的長度為47.55 m，隧道的埋深與尺寸(包括襯砌)均與實際工程相同。為了模擬列車荷載的作用，模型中考慮了鐵路路基(高度取3 m)和道床(厚度取0.3 m)。

圖2 計算模型基本尺寸(單位：m)

1.2.2 計算荷載

本次計算不考慮巖基和襯砌的自重作用，僅考慮鐵路路基自重及九線列車荷載的靜、動力效應(yīng)。列車荷載采用鐵路標(biāo)準(zhǔn)活載圖示，即“中-活載”。

1.2.3 單元選擇及材料參數(shù)

采用實體單元(四面體單元)模擬巖石地基、隧道襯砌(鋼筋混凝土)。錨桿的作用采用增加錨桿作用區(qū)的圍巖內(nèi)聚力來模擬(由于隧道工程中錨桿的主要作用是巖石開挖后臨時穩(wěn)定圍巖，其作用類似于增加圍巖的內(nèi)聚力)。模型中材料主要有2種：砂-泥巖互層和襯砌鋼筋混凝土。主要參數(shù)見表1。

表1 材料及參數(shù)Table 1 Materials and their parameters

1.2.4 計算模型邊界條件

靜力計算根據(jù)不同的邊界選用不同的地基彈簧、不同的基床系數(shù)和單位面積阻尼常數(shù)。動力計算邊界采用1972年Lysmer和Wass提議的黏性邊界(viscous Boundary)。為了定義黏性邊界需要計算相應(yīng)的土體x,y,z方向上的阻尼比，計算阻尼系數(shù)的公式如下：

(1)

(2)

(3)

式中：λ為體積彈性系數(shù)，t/m2；G為剪切彈性系數(shù)，t/m2；E為彈性模量；v為泊松比；A為截面積，m2。

根據(jù)模型的選取范圍，利用式(1)—(3)計算出相應(yīng)的阻尼系數(shù)[6]，施加到模型邊界上進(jìn)行列車荷載的時程分析。

計算模型見圖3和圖4。圖3為計算模型網(wǎng)格剖分圖，圖4為輸水隧洞洞口局部放大。網(wǎng)格剖分由襯砌向地基由密變疏，共有節(jié)點13 414個，單元38 303個。

圖3 計算模型有限元網(wǎng)格

圖4 計算模型有限元網(wǎng)格局部放大

1.2.5 靜、動力計算工況

靜力計算重點關(guān)注列車靜活載經(jīng)過隧道上方時隧道襯砌及巖石地基的位移及應(yīng)力大小，掌握列車靜荷載作用下襯砌結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)。動力計算的目的是了解列車以不同的速度經(jīng)過隧道正上方時(列車前進(jìn)方向上的每一個質(zhì)點的動荷載曲線均根據(jù)列車速度、網(wǎng)格劃分尺寸等條件計算后確定)，砂巖地基及隧洞鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的動力反應(yīng)(質(zhì)點位移及速度的振動時程曲線)，評價過車時鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)。計算結(jié)果提取的典型工況見表2。

表2 靜、動力計算主要工況Table 2 Load cases of static and dynamic calculation

2 列車靜荷載作用下隧道結(jié)構(gòu)變形及應(yīng)力分析

2.1 隧道結(jié)構(gòu)的變形分析

單線列車靜荷載通過隧道時，地基和襯砌結(jié)構(gòu)的變形等值線見圖5—7，最大值統(tǒng)計見表3?？梢钥闯觯瑔尉€列車荷載引起的巖基和襯砌結(jié)構(gòu)最大變形僅為0.089 mm。九線列車最不利荷載情況下(即不考慮多線折減系數(shù)，下同)，巖基和襯砌的最大質(zhì)點位移也僅為0.801，0.258 3 mm。

2.2 隧道結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析

列車靜荷載通過隧道時，地基和襯砌結(jié)構(gòu)的主應(yīng)力等值線見圖8—10。

圖5 JGK01豎向位移(DZ)變化云圖(地基和襯砌)Fig.5 Contour of vertical displacement of JGK01 (rock base and concrete lining)

圖6 JGK02豎向位移(DZ)變化云圖(地基和襯砌)Fig.6 Contour of vertical displacement of JGK02 (rock base and concrete lining)

圖7 JGK03豎向位移(DZ)變化云圖(地基和襯砌)Fig.7 Contour of vertical displacement of JGK03 (rock base and concrete lining)

表3 靜力計算隧道結(jié)構(gòu)的最大變形Table 3 Maximum static deformation of tunnel structure mm

圖8 JGK01主應(yīng)力(p1)云圖(地基和襯砌)Fig.8 Contour of principal stress p1 of JGK01 (rock base and concrete lining)

圖9 JGK02主應(yīng)力(p1)云圖(地基和襯砌)Fig.9 Contour of principal stress p1 of JGK02 (rock base and concrete lining)

分析單線列車靜力荷載作用下的巖石地基和隧道混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的主應(yīng)力數(shù)據(jù)可知，巖石地基的主應(yīng)力大小范圍為：-0.009 4～0.013 3 MPa(σ1)、-0.014～0.001 5 MPa(σ2)和-0.033～0.000 9 MPa(σ3)；輸水隧道鋼筋混凝土襯砌的主應(yīng)力大小范圍為：-0.000 24～0.002 2 MPa(σ1)、-0.000 5～0.001 54 MPa(σ2)和-0.002 5～0.000 86 MPa(σ3)；地基和襯砌結(jié)構(gòu)的σxx，σyy，σzz三向應(yīng)力值范圍為-0.002 8～0.001 5 MPa。即九線列車荷載作用下，巖基及襯砌混凝土的主應(yīng)力范圍為-0.297～0.119 7 MPa和-0.225～0.019 8 MPa，低于相應(yīng)材料的容許應(yīng)力。

圖10 JGK03主應(yīng)力(p1)云圖(地基和襯砌)Fig.10 Contour of principal stress p1 of JGK03 (rock base and concrete lining)

3 隧道上方過車動力時程計算分析

3.1 固有振動特性計算結(jié)果

為了進(jìn)行列車過車計算的動力時程分析，首先要計算巖石地基和襯砌結(jié)構(gòu)的固有振動特性，以提取相應(yīng)的固有振動周期供動力時程分析時采用。巖石地基和襯砌結(jié)構(gòu)的前5階固有振動周期和頻率見表4。

表4 前5階固有振動頻率Table 4 Natural vibration frequency (top five)

3.2 隧洞上方過車的時程計算結(jié)果及分析

3.2.1 過車時程分析重點關(guān)注的位置

列車經(jīng)過隧道上方時，必然會引起巖基質(zhì)點和隧洞襯砌質(zhì)點的振動，其振動位移和振動速度的大小對襯砌結(jié)構(gòu)的安全有著較大的影響。為了掌握列車駛?cè)搿⑿旭傄约榜傠x隧洞上方巖基-襯砌結(jié)構(gòu)的動力效應(yīng)，開展了不同速度列車(60，100，140，180 km/h)經(jīng)過隧洞上方的時程分析。時程分析結(jié)果提取的質(zhì)點及節(jié)點編號見圖11和圖12。

圖11 過車時程分析重點關(guān)注的巖基質(zhì)點及編號Fig.11 Number of rock base particle focused in time-history analysis

圖12 過車時程分析重點關(guān)注的襯砌質(zhì)點及編號Fig.12 Number of concrete lining particle focused in time-history analysis

3.2.2 時程分析的主要結(jié)果

圖13和圖14為列車速度為60，180 km/h時巖基5 947#質(zhì)點、隧洞襯砌2 243#質(zhì)點的振動位移和振動速度時程曲線。從分析曲線可以看出，巖基和隧道襯砌質(zhì)點的振動位移隨著列車速度的提高而逐漸增大，其范圍為0.006 0～0.006 9 mm(巖基)、0.004 0～0.004 5 mm(襯砌)，即列車荷載的位移動力效應(yīng)系數(shù)約為1.15(巖基)和1.125(襯砌)，列車動載對巖基表面質(zhì)點的影響大于襯砌質(zhì)點。巖基5 947#質(zhì)點的振動速度依次為0.006 9，0.011 7，0.016 2，0.022 0 mm/s，隧洞襯砌2 243#質(zhì)點的振動速度依次為0.004 1，0.005 8，0.007 5，0.009 1 mm/s，即隨著列車速度的增加，巖基和襯砌的質(zhì)點振動速度逐漸增大，列車運行對巖基面質(zhì)點的影響大于隧道襯砌，其動力效應(yīng)系數(shù)分別為3.18(巖基)和2.275(襯砌)。總體來說，列車運行引起的巖基和襯砌質(zhì)點振動位移和加速度絕對值均比較小，九線列車在最不利荷載作用下，巖基和隧道襯砌的最大振動速度分別為0.198，0.081 2mm/s，列車運行對下伏輸水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的安全性影響較小。

圖13巖基及襯砌質(zhì)點振動位移及速度時程曲線(v=60 km/h)

Fig.13 Curves of displacement and velocity of vibration of particles of rock base and concrete lining (v=60 km/h)

綜合分析圖13和圖14得出，強迫振動位移和速度衰減至零的歷時均隨列車速度的增加而減少，巖基表面和襯砌質(zhì)點的振動位移和振動速度總衰減歷時從8.25 s(v=60 km/s)減少到3.0 s(v=180 km/s)。需要強調(diào)的是，不同的列車速度通過時，巖基和襯砌質(zhì)點的位移均遵循著迅速增大到極值后迅速減小，而后在一個短暫的位移穩(wěn)定期之后快速恢復(fù)到零位移狀態(tài)，分別對應(yīng)著列車荷載駛?cè)?、均布荷載滿布持續(xù)和列車荷載逐漸駛出隧道上方3個階段，而每一階段的時間間隔會隨著列車速度的增加而縮短。分析列車經(jīng)過時巖基和隧道襯砌質(zhì)點的振動速度曲線，亦可以看出明顯的3階段特征：質(zhì)點的振動速度迅速增大后迅速變小階段(列車駛?cè)?、短暫的位移速度接近零階段(列車滿布荷載持續(xù))、振動速度增加后自由振動恢復(fù)為零階段(對應(yīng)著列車部分至完全駛出)。振動速度曲線的特征點對應(yīng)時刻與位移曲線特征點對應(yīng)時刻基本相當(dāng)，振動位移和振動速度衰減的總歷時基本相等。

(a) 2 243#質(zhì)點振動位移時程曲線

(b) 2 243#質(zhì)點振動速度時程曲線

(c) 5 947#質(zhì)點振動位移時程曲線

(d) 5 947#質(zhì)點振動速度時程曲線

圖14巖基及襯砌質(zhì)點振動位移及速度時程曲線(v=180 km/h)

Fig.14 Curves of displacement and velocity of vibration of particles of rock base and concrete lining (v=180 km/h)

根據(jù)動力時程分析的動力效應(yīng)系數(shù)，考慮多線荷載作用下，巖基和隧道混凝土襯砌的動應(yīng)力范圍為-0.342～0.137 MPa和-0.253～0.022 MPa，低于相應(yīng)材料的容許應(yīng)力。

為了更為直觀地了解列車以不同速度經(jīng)過隧洞上方時的影響范圍，圖15示出列車以v=180 km/h通過隧洞上方時不同時刻的豎向位移變化等值線云圖。同一列車速度下，位移影響深度隨時間而逐漸增加，最后逐漸消散至初始狀態(tài)；隨著列車速度的增加，位移云圖的深度也在逐漸增加，到達(dá)隧洞深度時的位移均比較小，列車通過時對隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的影響甚微。分析位移消散時間可知，列車以60，100，140，180 km/h的速度經(jīng)過隧道時，位移和振動衰減完成的時間從8.25 s 降低到了3.0 s，振動速度和振動位移衰減為零的時間基本一致。

圖15列車通過隧洞上方時的巖基位移云圖變化(v=180 km/h)
Fig.15 Variation of influence depth of rock base displacement as train passes at velocity of 180 km/h

4 結(jié)論與建議

1)多線列車在靜荷載作用下，巖基和隧道襯砌質(zhì)點的振動位移、振動速度隨著列車速度的增加而逐漸增大；列車運行對巖基面質(zhì)點的影響大于隧道襯砌質(zhì)點；九線列車最不利荷載作用下，巖基和隧道混凝土襯砌的動應(yīng)力低于相應(yīng)的材料容許應(yīng)力。

2)巖基和襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)點的強迫振動位移和速度衰減至零的歷時均隨列車速度的增加而減少，位移和速度振動曲線均具有明顯的3階段特征，即質(zhì)點的振動速度迅速增大后迅速變小、短暫的振動速度接近零以及振動速度增加后自由振動恢復(fù)為零；每一階段的時間間隔隨著列車速度的增加而縮短。

3)在同一列車速度下，位移影響深度隨時間而逐漸增加，最后逐漸消散至初始狀態(tài)；隨著列車速度的增加，位移影響的深度逐漸增加，但絕對數(shù)值均比較小。

4)新建鐵路不影響下伏輸水隧道的安全性，建議不做加固處理。

[1]仇文革,凌昊,龔倫,等.引水隧洞下穿既有鐵路隧道爆破施工振動影響及對策[J].中國鐵道科學(xué),2009,30(6):46-52.(QIU Wenge,LING Hao,GONG Lun,et al.Vibration influence on the existed railway tunnel by blasting construction of underpass diversion tunnel and countermeasures [J].China Railway Science,2009,30(6):46-52.(in Chinese))

[2]區(qū)村,高亮,辛濤,等.高速列車振動荷載作用下電纜隧道結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析[J].振動與沖擊[J],2009，30(3):264-268.(QU Cun,GAO Liang,XIN Tao,et al.Dynamic response analysis of cable tunnel structure under vibratory load induced by high-speed train [J].Journal of Vibration and Shock,2009，30(3):264-268.(in Chinese))

[3]龔倫,鄭余朝,仇文革.列車動載引起下穿隧道振動三維數(shù)值分析[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2008，45(4):23-27.(GONG Lun,ZHENG Yuchao,QIU Wenge.3D dynamic FE analysis on the behavior of under-crossing tunnels caused by overhead passing trains [J].Modern Tunnelling Technology,2008，45(4):23-27.(in Chinese))

[4]高峰,付鋼,胡文亮.移動飛機荷載對機場下部隧道的影響[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報,2012，31(2):218-221.(GAO Feng,FU Gang,HU Wenliang.Influence of moving aircraft loads on airport tunnel [J].Journal of Chongqing Jiaotong University,2012，31(2):218-221.(in Chinese))

[5]夏永旭，王永東.隧道結(jié)構(gòu)力學(xué)計算[M].北京：人民交通出版社,2004:24-32.(XIA Yongxu,WANG Yongdong.Mechanical calculation of tunnel structure[M].Beijing:China Communications Press,2004:24-32.(in Chinese))

[6]MIDAS Inc.邁達(dá)斯理論手冊[M].2冊.2007:9-13.(MIDAS Inc.Theory manual of MIDAS[M].Volume II.2007:9-13.(in Chinese))

國內(nèi)首座地下互通立交年底開工

深圳東部過境高速公路連接線工程計劃在2014年底開工，有望2017年7月完工。工程西起愛國路立交，東接?xùn)|部過境高速公路主線隧道，全線采用隧道施工，東西向貫穿東湖公園，南、北線隧道總長約3 km，是目前國內(nèi)第一座真正意義上的地下互通立交。

作為連接主體之一的深圳市東部過境高速公路接線工程，以規(guī)劃的蓮塘口岸為起點，向東北方向延伸，終點與深汕、惠鹽高速公路相接，雙向六車道設(shè)計，全長約31 km，是深圳市干線路網(wǎng)規(guī)劃“七橫十三縱”中高速公路網(wǎng)的重要組成部分，沿深圳東部發(fā)展軸向外輻射的快速通道。建成后對促進(jìn)深圳東部地區(qū)社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有極其重要的意義。

大跨隧道最大開挖寬度近30 m，為國內(nèi)之最

該項目聘請了上海市政工程設(shè)計研究總院作為設(shè)計單位，在2003年就已經(jīng)正式啟動項目前期工作。由于建設(shè)環(huán)境條件比較復(fù)雜，需要考慮到眾多因素，所以經(jīng)過近11年時間才最終定下合適的工程方案。

該工程整體來看難度很高，采用的是全地下互通立交方案，連接線由主線與東南向匝道組成，主線沿深圳水庫下游布設(shè)。其中，主線在蓮塘分岔隧道段采用連拱隧道及大跨隧道多種形式，實現(xiàn)隧道的分岔，其大跨隧道最大開挖寬度近30 m，是目前國內(nèi)開挖斷面最大的隧道之一；而在谷對嶺方向設(shè)置東南方向的匝道，主要是解決往蓮塘、文錦渡方向的交通分流，匝道按雙向四車道設(shè)計，其中東向南匝道長約1.3 km，南向東匝道長約1.1 km。

連接線工程全線主要控制節(jié)點為現(xiàn)有的愛國路高架、深圳水庫泄洪渠、深圳水庫大壩和供港二、三期源水管等。

歷時11年完成防水防塌等研究

該項目涉及的水庫安全及防水要求高。據(jù)悉，工程整體下穿深圳水庫泄洪渠，隧道整體位于地下水位以下，隧道頂部的巖體極易破碎，滲透性強，拱頂處砂層透水性強，結(jié)構(gòu)松散，施工開挖中極易發(fā)生坍塌、涌水和涌砂等工程問題。

就工程主體而言，橋梁托換的難度也非常高。其隧道下穿路線與現(xiàn)有的愛國路高架下部樁基礎(chǔ)局部存在沖突，需要采用樁基托換的方式進(jìn)行處理，而這一托換的總噸位超過了3 000 t，其施工難度大、工序轉(zhuǎn)換繁復(fù)和精度控制要求高。

實現(xiàn)“東進(jìn)東出、西進(jìn)西出”大通關(guān)格局

由于與規(guī)劃中承擔(dān)深港東部交通重任的蓮塘口岸相連，未來不僅將實現(xiàn)深圳過境交通“東進(jìn)東出、西進(jìn)西出”的戰(zhàn)略布局，同時還將加強對潮汕、惠州等地的經(jīng)濟輻射，對促進(jìn)深港經(jīng)濟一體化具有重要意義。

該項目另一邊連接的是愛國路立交，是布心路、愛國路與丹平快速路交匯口。一旁的丹平快速路是聯(lián)系羅湖、布吉、平湖、橫崗的縱向城市快速路，由于該道路與愛國路、布心路以平交方式相接，路口車流量較大，且包含過境交通、城市交通以及沿線片區(qū)交通等多種形式，時常發(fā)生擁堵。連接線工程完工后，能避免丹平路交通擁堵以及布心路、羅沙路走廊沿線交通量的高度聚集，有效疏解市中心區(qū)內(nèi)的交通擁堵問題，實現(xiàn)與東環(huán)、北環(huán)對接，完善“口”字形路網(wǎng)。

此外，隨著近年來深港合作的進(jìn)一步推進(jìn)，兩地自東向西已經(jīng)構(gòu)筑了沙頭角、文錦渡、羅湖、皇崗、福田、深圳灣等一線陸路口岸無縫對接的便利通關(guān)設(shè)置，規(guī)劃中的蓮塘口岸將使深圳東部及惠州一帶車輛通行更加便利。東部過境高速公路連接線工程作為連接愛國路立交與東部過境高速公路主線隧道的通道，不僅能為片區(qū)的交通帶來便利，同時對實現(xiàn)兩地“東進(jìn)東出、西進(jìn)西出”的大通關(guān)格局起到?jīng)Q定性作用。

(摘自 隧道網(wǎng) http://www.stec.net/sites/suidao/ConPg.aspx?InfId=48e368c8-96fd-4413-b587-526d9dce48a7&CtgId=1a93c989-65b4-43ea-8970-a55d46132a5b 2014-09-05)

StaticandDynamicCalculationandFeasibilityAnalysisofNingdongRailwayCrossingaboveaWater-conveyanceTunnel

CHEN Qiang1,LIU Feng2,XIANG Huawei3,WANG Shuguo1

(1.Mengxi-HuazhongRailwayCo.,Ltd.,Beijing100073,China; 2.Nanning-GuangzhouRailwayCo.,Ltd.,Nanning530022,Guangxi,China；3.DepartmentofCivilEngineering,ZhejiangUniversity,Hangzhou310058,Zhejiang,China)

Static and dynamic FEM analysis is made on the rock base and concrete lining of a water-conveyance tunnel in order to evaluate the feasibility to build a railway crossing above the water-conveyance tunnel and to evaluate the effect of the moving train on the safety of the reinforced concrete structure of the underlying water conveyance tunnel.The variation rules of the maximum displacement,the maximum principal stress,the vibrating displacement and the vibrating velocity of the particles of the rock base and concrete lining under the load of the moving train are analyzed in detail.Conclusions drawn are as follows:The maximum stresses on the rock base and concrete lining induced by the moving load of the train is less than the allowable stress of the materials; The curve of vibration displacement VS vibration velocity has an obvious three-stage feature,and the characteristic point of the vibration curves basically matches with the corresponding time under the same train speed; The influence depth of the vibration displacement increases as the train speed increases,while the decay time reduces as the train speed increases; The construction of the railway above the water-conveyance tunnel has little effect on the safety of the reinforced concrete lining structure of the water-conveyance tunnel and therefore no further consolidation is needed.

Ningdong railway; water-conveyance tunnel; static and dynamic calculation; time-history analysis; dynamic performance; feasibility analysis

2013-08-06;

2014-05-12

陳強(1972—)，男，安徽泗縣人，2003年畢業(yè)于浙江大學(xué)，結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，博士后，教授級高級工程師，現(xiàn)從事技術(shù)管理工作。

10.3973/j.issn.1672-741X.2014.09.004

U 451

A

1672-741X(2014)09-0837-07