列车荷载对含空洞的高铁隧道的损伤分析研究 交通运输专业VIP专享VIP免费

第1章绪论1.1引言自2005年以来，根据“十一五”、“十二五”对铁路方面的规划和我国制定的《中长期铁路网规划》，全面推进高速铁路“四纵四横”的铁路网建设，到2015年末，我国在役的高速铁路隧道有25条，总长度约3200km，约2200座隧道，且有2900km的高速铁路隧道正在建设阶段，在加上目前已经处于规划、设计阶段的高铁隧道，我国的高铁隧道总长度将达到10000km。纵观历史，从2004年国务院审议通过的《中长期铁路网规划》到08年修改后，再到现在，我国的高速铁路正处于飞速发展的阶段，技术已经相对比较成熟，在高铁隧道修建里程及数量上已经远远超过发达国家，成为了隧道超级大国Error:ReferencesourcenotfoundError:ReferencesourcenotfoundError:ReferencesourcenotfoundError:ReferencesourcenotfoundError:Referencesourcenotfound。面对上述高速铁路隧道问题,在我国高速铁路已经进入重要发展关头,研究含缺陷高速铁路隧道动力学对于我国目前在役铁路隧道和拟建的高速铁路隧道来说,在铁路运营的安全、舒适等方面的要求具有重大意义，为我国高速铁路的发展开辟广阔的外部环境和发展空间势在必行。1.2研究背景和意义1.2.1研究背景我国铁路隧道每年300km甚至更快的建设速度增长，尽管我国的高铁技术已是世界先进水平，但根据对我国5000座已建铁路隧道的统计资料分析表明,隧道衬砌存在不同程度的空洞病害,病害隧道占比约50%,其中高铁隧道空洞病害占比约为38%。隧道设计规范要求隧道衬砌与围岩紧密贴合，实际上衬砌与围岩之间常存在空隙或两者之间回填不够密实，这种现象叫做隧道背后空洞。在隧道衬砌的拱顶，拱肩，拱腰，边墙等部位都存在不同程度的空洞病害，空洞的存在是造成隧道混凝土压溃掉块儿甚至整体失稳的极大隐患，对行车及人员安全造成极大的潜在危害Error:Referencesourcenotfound。隧道结构中的这些空洞病害问题，在运营中列车动载的长期作用下将会不断累积，结构中的缺陷会随着动荷载的重复作用，产生扩展，导致结构失效，特别在服役的中后期，加上长期环境因素的影响，对隧道的耐久性影响将更大。图1-1隧道病害检测病害类型占比Fig.1-1Percentageofdiseasetypesdetectedbytunneldisease（举例说明隧道灾害实例，以及因为空洞所造成的真是案例）图1-2隧道衬砌结构空洞病害Fig.1-2tunnelliningstructurecavitydisease1.2.2研究意义由于各种因素导致空洞这一缺陷的发生，并且以目前的施工技术是不可避免的，再加上现在高铁列车速度越来越快，以复兴号为例时速最高可达400Km/h，这样给隧道结构带来了更大的质量挑战。由于高铁轨道应用的事无砟轨道，其虽然具有结构稳定性好、美观等优点，但是由于整体形势是混凝土，造成其整体的刚度比较大，弹性小，不利于列车荷载振动波的传播衰减。因此就需要高铁隧道衬砌结构必须在列车振动荷载下具有结构动力稳定性。由于隧道结构的一些病害，导致违背了设计之初的理想条件，造成结构承载力的减弱。而含缺陷的高速铁路隧道结构是在长期遭受列车振动荷载的影响下工作的，且这种形式的破坏通常不是瞬时破坏，而是长期反复的列车振动荷载作用下，导致缺陷处产生二次病害，如空洞位置处出现应力集中现象，在列车荷载反复作用时，会进一步产生裂纹、裂纹扩展、裂纹贯通，随着病害不断的累积，最终发生掉渣、掉块甚至坍塌。由此可见，研究含空洞的高铁隧道结构在列车振动荷载下的动力响应规律对日后的预防和维修迫在眉睫。1.3国内外研究现状1.3.1空洞的定义隧道空洞主要指两种：（1）二次衬砌的厚度不足造成的二衬与初支之间的空洞；（2）初支背后出现脱空的现象。空洞的类型不同，其成因也不同。图1-3初支与二衬之间的空洞类型图1-4初支与围岩之间脱空1.3.2空洞的成因1.3.2.1二次衬砌的厚度不足造成的二次衬砌与初支之间的空洞成因Error:ReferencesourcenotfoundError:ReferencesourcenotfoundError:Referencesourcenotfound：（1）混凝土收缩造成脱空。混凝土具有凝固收缩特点，如果不采用膨胀混凝土，即使将模板内灌满，在混凝土凝固后，拱顶处仍不可避免地出现小空隙。如果混凝土水灰比较大，混凝土收缩则更为明显。（2）因为混凝土在...