隧道下穿施工及列车振动对高铁路基沉降影响规律研究

摘要

近年来，国内高铁项目如火如荼地开展，提高了我国交通运输体系的运转机能，对我国的经济发展起到巨大的推进作用。铁路隧道下穿高铁施工时会使土体中产生临空面，使周围岩体向隧道内侧移动，上覆地层受到扰动逐步产生沉降变形，既而诱发高铁路基和轨道结构依次产生沉降变形，影响高铁的正常运营。而且，随着列车时速的增大，隧道结构受到的冲击也更大，对其稳定性能要求更高了。
　　 本文以宁芜货运专线隧道段工程项目为背景，基于数值模拟的研究手段，分别分析了静载、动载下隧道下穿高铁施工时路基、地层等沉降变形规律。主要结论见下:
　　 1.随着施工步的推进，路基、地表、拱顶各测点沉降值呈不断增大的趋势，最后基本趋于平稳。从路基沉降控制考虑，在两台阶法、三台阶法、CD法三种工法中，CD法下路基沉降最小，可作为推荐工法。
　　 2.对于地表横向测点而言，其沉降在至隧道轴线较近的中间区域大，至隧道轴线较远的两边区域小，分布在大致上是对称的，其整体形状为一条明显的倒槽曲线，符合Peck理论的规律性。
　　 3.隧道埋深增大时，地表、路基、拱顶位移都在增加;这是因为隧道断面较大，在有限范围内增加埋深未能达到其临界深度。
　　 4.在单次列车通过的情况下，随着隧道开挖的深入，路基、地表、拱顶测点竖向位移响应逐渐增强，在隧道贯通处达到最大，可见隧道贯通处是列车通过时隧道施工的最不利位置。
　　 5.对于双向会车而言，隧道贯穿后，双向列车通过时所引起的沉降最大，且路基沉降＞地表沉降＞拱顶沉降，这也正好反映了列车振动引起的位移响应逐渐向下衰减的过程。双向列车经过时比单次列车通过时所引起的最大沉降要大。
　　 6.隧道开挖完成后在列车通过时地层中产生了不可恢复的残余变形，并且残余变形值差不多，这说明残余变形值与深度无关。但对于列车长期荷载作用下的累计残余变形是需要重视并采取一定的处治方案。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 高铁路基沉降的控制

1．2．2 隧道施工造成的地表沉降规律

1．2．3 列车振动及其对隧道结构的影响分析

1．3 本文主要研究内容和方法

1．3．1 研究内容

1．3．2 研究方法

1．4 工程概况

1．4．1 位置情况

1．4．2 地质环境

1．4．3 施工方案

第2章 隧道结构施工力学原理分析

2．1 隧道施工力学基础概念

2．1．1 隧道开挖前围岩的应力状态

2．1．2 洞室开挖后力学状态的弹塑性分析

第3章 隧道开挖引起的施工沉降分析

3．1 模型构建

3．1．1 计算模型及尺寸

3．1．2 本构模型及材料参数

3．1．3 边界条件

3．1．4 工法概况

3．2 不同工法计算结果及分析

3．2．1 地层位移分布规律分析

3．2．2 路基测点位移分析

3．2．3 地层表面纵向测点位移分析

3．2．4 地层表面横向测点位移分析

3．2．5 拱顶测点位移分析

3．2．6 路基两侧测点位移分析

3．3 不同埋深情况下计算结果及分析

3．3．1 位移沉降规律分析

3．3．2 应力规律分析

3．3本章小结

第4章 高铁列车振动作用下隧道及地层动力响应分析

4．1 模型构建

4．1．1 计算模型及尺寸

4．1．2 本构模型及材料参数

4．1．3 边界条件及阻尼参数

4．2 无砟轨道列车振动荷载确定及施加

4．3 单次列车通过时的地层动力响应分析

4．3．1 地层位移分布规律分析

4．3．2 路基测点位移分析

4．3．3 地表测点位移分析

4．3．4 拱顶测点位移分析

4．3．5 不同深度测点位移分析

4．4 双向会车时的地层动力响应分析

4．4．1 地层位移分布规律分析

4．4．2 路基测点位移分析

4．4．3 地表测点位移分析

4．4．5 不同深度测点位移分析

4．5 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间参与科研实践项目