200 km#183;h-1列车脱轨撞击作用下盾构隧道二次衬砌对管片衬砌的防护效果.pdfVIP

第35卷，第6期 中 国 铁 道 科 学 V01．35No．6 20l CHINARAILWAY 4年11月 SCIENCE 文章编号：1001—4632(2014)06一0070—09 200 km·h-1列车脱轨撞击作用下盾构隧道 二次衬砌对管片衬砌的防护效果 晏启祥1’2，李 彬1’2，张 蒙3，陈 诚1’2 (1．西南交通大学土木工程学院，四川成都61003l； 2．西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室，四川成都610031； 3．中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100020) 摘要：建立列车撞击刚性墙三维数值模型，模拟8辆编组的列车以200km·h1的速度斜向12．5。脱轨撞 击刚性墙，获得近似的列车撞击荷载时程曲线。建立列车脱轨撞击隧道衬砌的三维数值模型，对比分析在列车 撞击荷载作用下双层衬砌和单层管片衬砌2种盾构隧道衬砌结构型式下管片衬砌的应力、速度、加速度以及损 伤因子和损伤面积，揭示盾构隧道二次衬砌对管片衬砌的防护效果。结果表明：撞击力时程曲线呈双峰值；管 片衬砌的受拉损伤显著大于受压损伤；二次衬砌对管片衬砌的速度和加速度的消减效果分别为20％～27％和约 20％；二次衬砌对管片衬砌的防护效果主要为限制管片衬砌损伤面积的扩大，而对平均损伤强度的消减效果并 不明显。 关键词：盾构隧道；双层衬砌；管片衬砌；列车脱轨；撞击荷载；防护效果 中图分类号：U451．4文献标识码：A 当前，随着我国城际铁路和高速铁路的迅速发 的效果；房加志、刘金朝等[9‘10]利用数值方法探讨 展，出现了水下盾构隧道，甚至是含有平竖曲线设 计的特长水下隧道。由于水下盾构隧道一旦局部破 通过试验获得了冲击力时程、钢筋应变时程、位移 坏将引起隧道淹没，导致隧道整体报废。因此，为 时程和加速度时程，分析了最大冲击力的影响因 进一步提高水下盾构隧道安全储备，水下盾构隧道 素。对于列车脱轨撞击动荷载作用下盾构隧道双层 多选用盾构隧道双层衬砌，以保证隧道结构的安 衬砌结构的动力响应特性，目前尚未见相关的研究 全，平整隧道内表面，修正隧道蛇形，消减隧道振 报道。 动等。 鉴于此，本文以沪通铁路黄浦江水下盾构隧道 列车脱轨撞击隧道属于极端小概率事件，鉴于 为分析对象，采用三维有限元仿真分析软件 目前国内尚未有列车脱轨撞击隧道案例及其测试资 ABAQUS，在模拟获得列车脱轨撞击荷载的基础 料，同时在试验和理论上也未开展系统研究，为了 上，开展双层衬砌水下盾构隧道二次衬砌对管片衬 保证水下隧道的绝对安全，应针对水下盾构隧道， 砌防护效果的模拟研究，从防护的角度为二次衬砌 开展列车脱轨撞击时隧道二次衬砌对外侧管片衬砌 的设计提供技术依据。 的撞击防护作用及相关理论、数值和试验研究。 目前既有的研究成果中：在盾构隧道双层衬砌 1撞击动力学及损伤分析理论 方面，主要集中在分析静荷载作用下双层衬砌之间 的相互作用机制上[1书3；在列车撞击问题方面，田 为了揭示列车脱轨撞击荷载作用下双层衬砌盾 红旗等[7-8]模拟了薄壁结构的车辆吸能部件碰撞，构隧道二次衬砌对管片衬砌的防护效果，需要基于 并将研究成果成功地应用在吸能列车上，取得较好 结构动力学时程分析方法和损伤力学理论开展研 收稿日期：2013一09—30；修订日期：2014一06一04 基金项目：国家自然科学基金资助项目51278425；U1134208) 作者简介：晏启祥(197l一)，男，四川泸县人，教授，博士研究