基底空洞条件下重载铁路硬岩隧道铺底结构动力响应

为量化轴重与基底脱空对重载铁路硬岩隧道动力响应的影响,基于Hertz非线性轮轨接触理论,运用有限元软件建立列车-轨道-隧道-围岩一体化数值仿真模型,以此分析脱空状态下重载铁路硬岩隧道铺底结构动力响应特性及潜在不利部位。研究结果表明:在围岩压力和轴重30 t列车共同作用下,基底脱空时轨下铺底结构第1主应变最大动幅值为82.28×10^(-6),比无空洞时增大87.26%。轨下和侧沟处铺底结构是硬岩隧道的2个主要易损部位,由列车动载引起底部结构产生的动力响应最大幅值位于轨道正下方处,而由围岩压力引起底部结构的静态应变最大值位于侧沟下方,硬岩隧道轨下处动力响应更大且结构更薄弱,轨道正下方处铺底结构发生基底病害的可能性比软岩隧道更高,而软岩隧道中基底病害则更易在侧沟处产生。轴重每增大1 t,有空洞、无空洞条件下铺底结构第1主应变动幅值分别增加约2.56×10^(-6)和1.41×10^(-6)。基底空洞对隧道结构十分不利,不仅大幅提高了硬岩隧道底部结构动力响应幅值,还增大了围岩静载作用下底部结构静态应变值。空洞宽度每增大10 cm,轨下处铺底结构第1主应变动幅值约增大12.18×10^(-6),静态应变值约增大3.71×10^(-6)。但当空洞宽度超过50 cm时,其增长速度会下降。研究成果可为重载铁路轴重提升、降低隧道基底病害概率提供参考依据。