李又云,折惠東,趙越超,崔齊飛,張庭順

(1.長安大學(xué)特殊地區(qū)公路工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,西安 710064； 2.鄭州市軌道交通設(shè)計(jì)研究院有限公司,鄭州 450000； 3.中國鐵路西安局集團(tuán)有限公司科學(xué)技術(shù)研究所,西安 710054)

引言

近年來，隨著列車運(yùn)行速度及軸重的不斷提高，隧道基底與圍巖負(fù)荷不斷增加。基底及下部圍巖因已有微小裂損缺陷，導(dǎo)致該部位服務(wù)質(zhì)量在長期的列車荷載作用下出現(xiàn)逐漸劣化，最終導(dǎo)致隧道基底病害[1-6]?；谀壳皣鴥?nèi)在役鐵路隧道病害情況的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)在役運(yùn)行鐵路隧道中，50%以上的隧道基底均存在各種不同程度的病害。西安鐵路局2016年統(tǒng)計(jì)資料顯示：在轄區(qū)內(nèi)的1 485座隧道中，病害隧道共1 064座，占比為71.65%；其中仰拱或鋪底變形損壞的隧道達(dá)180余座，損壞段落約為596處，累計(jì)長度達(dá)60 567 m。

在列車荷載現(xiàn)場測試方面，國外，Degrande等[7]依托歐盟CONVURT科研項(xiàng)目，針對(duì)35輛倫敦地鐵試驗(yàn)車輛正常運(yùn)營時(shí)的振動(dòng)，進(jìn)行了現(xiàn)場測試分析，由測試數(shù)據(jù)得出隧道鋼軌、邊墻與仰拱的動(dòng)應(yīng)力會(huì)隨著列車速度的提高而增大。國內(nèi)，李德武、高峰[8]在對(duì)金家?guī)r隧道的動(dòng)載振動(dòng)響應(yīng)現(xiàn)場測試的基礎(chǔ)上，得出列車振動(dòng)所引起的在軌道以下0.55 m處的隧底的豎向加速度可達(dá)到6.8 m/s2，認(rèn)為造成隧底結(jié)構(gòu)出現(xiàn)各種病害的主要原因是列車的振動(dòng)荷載。王祥秋、楊德林等[9]依托京廣鐵路線上的朱亭隧道的振動(dòng)響應(yīng)現(xiàn)場測試，研究了列車振動(dòng)影響規(guī)律并建立了列車振動(dòng)荷載的計(jì)算公式。薛富春等[10]在黃土隧道內(nèi)做循環(huán)荷載試驗(yàn)來模擬高速列車的振動(dòng)條件下隧底圍巖壓力的變化規(guī)律，得出隧道仰拱和其地基土中的振動(dòng)速度與圍巖應(yīng)力均出現(xiàn)逐漸衰減的現(xiàn)象。

列車動(dòng)載作用下隧道結(jié)構(gòu)振動(dòng)效應(yīng)方面，丁祖德等[11]結(jié)合MTS疲勞試驗(yàn)對(duì)隧道基底軟巖進(jìn)行循環(huán)加載，深入分析了循環(huán)動(dòng)力、振動(dòng)頻率等對(duì)軟巖隧道基底的影響。張玉娥、白寶鴻[12]結(jié)合列車動(dòng)載的定量分析和圍巖本構(gòu)關(guān)系，研究了高速列車振動(dòng)荷載作用下隧道的動(dòng)力工作狀態(tài)。李德武等[13]采用有限元法分析了隧道及周圍環(huán)境在列車振動(dòng)下的響應(yīng)，并具體研究了仰拱對(duì)列車振動(dòng)的響應(yīng)。付兵先等[14]結(jié)合朔黃鐵路三家村隧道基底在重載列車作用下的現(xiàn)場測試，系統(tǒng)分析了不同圍巖區(qū)段基底填充層的動(dòng)應(yīng)力幅值，并采用列車-隧道-軌道結(jié)構(gòu)耦合分析模型，分析了列車振動(dòng)荷載作用下隧道基底結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)及沖擊系數(shù)。段景川[15]以廣深港客運(yùn)專線獅子洋隧道工點(diǎn)，研究了不同車速列車振動(dòng)荷載下、不同圍巖級(jí)別交叉盾構(gòu)隧道及交叉隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)特性。鄒文浩、吳秋軍等[16-17]主要分析了列車荷載作用下重載鐵路隧道基底結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分布和動(dòng)力響應(yīng)，并進(jìn)一步對(duì)仰拱不同施工水平形成的3種主要基底結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行對(duì)比分析。程建平[18]分析了在既有重載鐵路下隧道基底混凝土厚度對(duì)基底結(jié)構(gòu)受力的影響因素?？盗Ⅸi等[19]結(jié)合立體交叉隧道，分析了高速列車荷載作用下隧道結(jié)構(gòu)抗減振措施與隧道動(dòng)力響應(yīng)特性間的相互關(guān)系。

針對(duì)隧道基底病害問題，許多學(xué)者進(jìn)行了研究分析?；谝延醒芯课墨I(xiàn)，普遍認(rèn)為隧道基底結(jié)構(gòu)病害產(chǎn)生的原因主要有兩點(diǎn)：一是列車荷載長期的反復(fù)作用，二是基底周邊地下水的影響。在地下水對(duì)隧道基底結(jié)構(gòu)影響方面，翟可[20]對(duì)富水鐵路隧道基底的翻漿冒泥現(xiàn)象進(jìn)行了研究，針對(duì)鐵路富水隧道，提出了“降水壓、消隱患、排滲水”的預(yù)防思路。劉敏捷、伍毅敏等[21]對(duì)公路隧道基底結(jié)構(gòu)水害機(jī)理進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合基底結(jié)構(gòu)形式及孔隙率在交通荷載作用下的動(dòng)水壓力響應(yīng)特征，采用數(shù)值手段進(jìn)行了進(jìn)一步研究，發(fā)現(xiàn)孔隙率是影響動(dòng)水壓力的一個(gè)重要因素，且列車荷載作用下形成的負(fù)動(dòng)孔隙水壓力形成的泵吸作用是基底結(jié)構(gòu)水害發(fā)生的根本原因。

通過上述分析，目前已有研究成果多集中在列車動(dòng)載作用下隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性等方面，而對(duì)隧底與基巖存在脫空現(xiàn)象的條件下基底狀況對(duì)隧道結(jié)構(gòu)受力性能的影響研究較少。鑒于此，本文基于現(xiàn)場測試，得到了該類型隧道鋪底混凝土頂?shù)膭?dòng)應(yīng)力分布規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，采用有限元法建立數(shù)值模型，進(jìn)一步研究該種隧道基底病害對(duì)隧底和隧底圍巖動(dòng)力響應(yīng)特征。

1 工程概況及測試方案

1.1 工程概況

該隧道全長3614.15 m，位于襄渝Ⅱ線安梁段，是此段中的控制性工程之一，其中Ⅱ級(jí)圍巖長度310 m，Ⅲ級(jí)圍巖長度1 845 m，Ⅳ級(jí)圍巖長度750 m，Ⅴ級(jí)圍巖長度709 m。隧道圍巖地質(zhì)以泥巖夾砂為主。隧道采用上下導(dǎo)坑分三步開挖，并采用中空直眼掏槽和短進(jìn)尺、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)，節(jié)能環(huán)保水壓爆破等方法。該隧道為單線隧道，設(shè)計(jì)行車速度140 km/h，隧道部分縱斷面地質(zhì)剖面如圖1所示。

依據(jù)隧道掃描結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隧道病害主要分布在Ⅲ級(jí)圍巖段?；桩a(chǎn)生局部沉降，且因結(jié)構(gòu)開裂，出現(xiàn)翻漿冒泥，慣性晃車現(xiàn)象嚴(yán)重。為保證行車安全，已對(duì)隧道內(nèi)線路進(jìn)行了3次大型機(jī)械搗固作業(yè)，但治理效果不理想。后因病害地段基床繼續(xù)下陷，又對(duì)該地段進(jìn)行維修作業(yè)，但收效甚微。為了探明基底病害產(chǎn)生的原因，采用地質(zhì)雷達(dá)與地質(zhì)鉆孔對(duì)隧道基底進(jìn)行了探查，探查結(jié)果顯示該隧道隧底存在脫空現(xiàn)象，脫空厚度一般為5～10 cm，橫向脫空寬度主要分布在30～80 cm。典型探測結(jié)果如圖2所示。

依據(jù)探測結(jié)果及隧底病害表現(xiàn)，基底不斷沉降變形的首要原因主要是在列車荷載長期反復(fù)作用下，因基底圍巖在地下水浸泡軟化，逐漸破碎，在超孔隙水壓力作用下，細(xì)小顆粒沿隧底結(jié)構(gòu)裂縫擠出，造成基底脫空，為沉降變形提供了較大空間。

圖1 隧道地質(zhì)縱剖面

圖2 基底不密實(shí)病害

1.2 測試方案

為了分析該隧道基底在列車荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，為分析隧道基底病害產(chǎn)生的機(jī)理奠定基礎(chǔ)，首先在Ⅲ級(jí)圍巖正常段落選取典型斷面?；冖蠹?jí)圍巖隧道斷面結(jié)構(gòu)的分析，為了避免軌枕下碎石道床的影響，直接將壓力盒埋設(shè)安放在隧道鋪底混凝土頂面，直接獲得列車荷載作用下的鋪底混凝土層的動(dòng)力時(shí)程曲線。壓力盒具體安放位置如圖3所示。3個(gè)測點(diǎn)分別在基底鋪底混凝土層頂面的軌道中心、軌枕端頭下及軌道處下3處不同位置。

為了保證測試數(shù)據(jù)質(zhì)量，首先清除頂面上道砟，然后在鋪底混凝土頂面鋪設(shè)1～2 cm細(xì)砂進(jìn)行找平，之后將壓力盒固定好后，再在壓力盒上覆蓋一層3～5 cm細(xì)砂，最后進(jìn)行道砟回填。為了保證測試數(shù)據(jù)有效性與真實(shí)性，正式數(shù)據(jù)采集安排在壓力盒埋設(shè)后7 d后進(jìn)行。

圖3 測試布置示意

2 現(xiàn)場檢測結(jié)果分析

現(xiàn)場測試經(jīng)歷數(shù)天，每天有數(shù)十列列車經(jīng)過新大成隧道，在這些列車中既有客車通過，也有貨車經(jīng)過。在每列車中各組成車廂的情況也不相同，導(dǎo)致波形呈現(xiàn)不同起伏變化。測試數(shù)據(jù)較多，本文選取列車荷載較大的測試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，相應(yīng)測試結(jié)果見圖4。

圖4 鋪底頂面動(dòng)載時(shí)程曲線

由圖4可以看出，在軌枕端處鋪底混凝土頂面受到的最大動(dòng)載為20 kPa；軌道位置鋪底混凝土頂面受到最大動(dòng)載為80 kPa；在中間位置處最大動(dòng)載值為60 kPa?？梢娷壍老落伒谆炷潦艿降膭?dòng)荷載最大，其次是軌道中間位置，軌枕端頭處受到的動(dòng)載最小。這主要是因?yàn)殇撥墝⒘熊嚭奢d通過軌枕及道砟傳遞至鋪底混凝土上，中間部分由于受到兩側(cè)鋼軌的共同作用，加之軌枕將荷載平均分散，動(dòng)載小于軌道處，兩側(cè)位置處于軌枕的端頭，動(dòng)載較中間部分衰減更快。此外，由圖4還可看出，列車荷載作用頻率在2 Hz左右。

因?qū)к壸笥覂蓚?cè)動(dòng)載基本呈現(xiàn)對(duì)稱狀態(tài)，因此，鋪底混凝土頂面動(dòng)載橫向分布如圖5所示?；谏鲜龇治觯梢钥闯?，列車荷載沿橫斷面呈現(xiàn)“M”形分布規(guī)律。

圖5 鋪底頂面動(dòng)載橫向分布

3 基底受力數(shù)值分析

通過隧道基底病害調(diào)查，該隧道基底存在不密實(shí)及脫空。故數(shù)值模擬中，除了模擬按實(shí)測隧道建立的正常斷面模型外，還重點(diǎn)模擬了其基底脫空斷面的情況，以便分析隧道基底病害對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的影響。

3.1 計(jì)算模型

采用有限元軟件ABAQUS建模，以實(shí)際行車速度為40 km/h條件下的單線鐵路Ⅲ級(jí)圍巖的隧道斷面為典型計(jì)算斷面，建立隧道實(shí)際斷面和基底脫空斷面兩個(gè)數(shù)值計(jì)算模型，其中基底脫空斷面的幾何模型如圖6所示。根據(jù)現(xiàn)場探查的實(shí)際結(jié)果，為分析基底脫空規(guī)模和脫空位置對(duì)基底結(jié)構(gòu)受力的影響，模型中脫空寬度取40 cm和80 cm進(jìn)行對(duì)比，厚度統(tǒng)一取10 cm，脫空區(qū)上壁距隧道鋪底頂面的距離為60 cm。結(jié)合隧道跨度，脫空區(qū)距隧道中線橫向距離以80 cm為間隔，脫空區(qū)距隧道中線距離分別為0，80 cm和160 cm。對(duì)脫空情況取基底3條測線進(jìn)行分析，具體情況見圖6。

圖6 基底脫空示意

計(jì)算模型埋深取50 m。在確定計(jì)算范圍時(shí)，水平方向上以隧道中線為軸線，左右兩側(cè)各取50 m，底部邊界取豎直方向上距離隧道中心50 m。數(shù)值模型中，采用六節(jié)點(diǎn)實(shí)體單元；其中，為直觀看出襯砌部分的應(yīng)力，初期支護(hù)和二次襯砌也采用實(shí)體單元，隧道基底采用人工手段剖分單元網(wǎng)格。計(jì)算網(wǎng)格模型見圖7。

圖7 隧道計(jì)算網(wǎng)格模型

3.2 計(jì)算參數(shù)的確定

邊界條件根據(jù)研究的實(shí)際情況，在隧道模型兩側(cè)施加水平位移約束，在底面邊界上施加水平與豎向的位移約束。動(dòng)載施加于鋪底混凝土頂面情況見圖5，施加荷載的時(shí)程曲線取實(shí)測荷載的兩個(gè)周期進(jìn)行計(jì)算。

材料參數(shù)的確定：圍巖強(qiáng)度準(zhǔn)則采用摩爾-庫倫強(qiáng)度準(zhǔn)則，將隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土材料及隧道周邊圍巖簡化成均質(zhì)的、各向同性的彈性材料。數(shù)值模擬具體計(jì)算參數(shù)見表1。

表1 數(shù)值分析材料參數(shù)

4 計(jì)算結(jié)果與分析

4.1 正常斷面基底豎向動(dòng)應(yīng)力

在列車荷載作用下，正常斷面基底中心線、軌道處、軌枕端頭處動(dòng)應(yīng)力見圖8。

圖8 基底結(jié)構(gòu)動(dòng)應(yīng)力曲線

由圖8可知，軌道處動(dòng)應(yīng)力沿深度衰減最快，自鋪底混凝土頂面的76 kPa，到深度為3.5 m，動(dòng)應(yīng)力降低為18 kPa左右，且呈現(xiàn)單調(diào)降低趨勢。斷面中心線處的動(dòng)應(yīng)力初期隨著深度的增加呈增加趨勢，當(dāng)深度達(dá)1.0 m時(shí)，動(dòng)應(yīng)力達(dá)到最大值，然后隨深度增加，動(dòng)應(yīng)力逐漸減小，最終深度為3.8 m時(shí)，動(dòng)應(yīng)力降低至20 kPa左右。軌枕端頭處動(dòng)應(yīng)力的變化規(guī)律與中間位置動(dòng)應(yīng)力變化規(guī)律較為類似，但增加幅度相對(duì)較小。

數(shù)值模擬的基底無病害情況下，基底動(dòng)應(yīng)力與實(shí)測動(dòng)應(yīng)力隨深度的變化規(guī)律類似，但實(shí)際測試中一方面列車荷載存在不確定性；另一方面埋設(shè)在鋪底混凝土頂面與基底實(shí)際情況有略微差別，導(dǎo)致壓力傳遞至壓力盒過程中有一定的損失，所以實(shí)測與數(shù)值模擬的動(dòng)應(yīng)力數(shù)值在不同深度略有差異，但結(jié)果偏小。

4.2 脫空斷面基底豎向動(dòng)應(yīng)力

4.2.1 中心線動(dòng)應(yīng)力

基底脫空寬度40 cm及80 cm處于不同位置時(shí)，中心線處動(dòng)應(yīng)力曲線如圖9所示。

圖9 中心線處動(dòng)應(yīng)力曲線

由圖9可以看出，在列車荷載作用下，當(dāng)基底脫空區(qū)位于中心線位置時(shí)，中心線動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)先減小再增加現(xiàn)象，即在脫空區(qū)上部動(dòng)應(yīng)力逐漸減小，在其下部時(shí)逐漸增加，當(dāng)深度接近2.0 m時(shí)，中心線動(dòng)應(yīng)力大小與未脫空時(shí)基本一致。當(dāng)基底脫空寬度40 cm距隧道中線距離大于80 cm以上時(shí)與脫空寬度80 cm距隧道中線160 cm時(shí)，脫空區(qū)的存在，對(duì)中心線動(dòng)應(yīng)力大小基本沒有影響。值得注意的是，當(dāng)脫空寬度80 cm距隧道中線80 cm，即脫空區(qū)側(cè)邊處于隧道中線時(shí)，中心線動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)增加現(xiàn)象，增加近50%。

4.2.2 軌道處動(dòng)應(yīng)力

基底脫空寬度40 cm及80 cm處于不同位置時(shí)，軌道處動(dòng)應(yīng)力如圖10所示。

圖10 軌道處動(dòng)應(yīng)力曲線

由圖10可以看出，在列車荷載作用下，基底脫空區(qū)在中心位置與最外側(cè)(脫空區(qū)距隧道中線為0 cm與160 cm)時(shí)，動(dòng)應(yīng)力基本與未脫空情況基本一致。當(dāng)基底脫空區(qū)位于軌道處，該處應(yīng)力出現(xiàn)先減小再增加現(xiàn)象，即在脫空區(qū)上部動(dòng)應(yīng)力逐漸減小，在其下部時(shí)動(dòng)應(yīng)力逐漸增加，當(dāng)深度接近2.0 m時(shí)，該處動(dòng)應(yīng)力大小與未脫空時(shí)基本一致。值得注意的是，當(dāng)基底脫空區(qū)距隧道中線80 cm時(shí)，即脫空區(qū)位于軌道處的一側(cè)時(shí)，動(dòng)應(yīng)力增大。

4.2.3 軌枕端頭動(dòng)應(yīng)力

基底脫空寬度40 cm及80 cm處于不同位置時(shí)，軌枕端頭處動(dòng)應(yīng)力如圖11所示。

圖11 軌枕端頭處動(dòng)應(yīng)力曲線

由圖11可以看出，在列車荷載作用下，基底脫空寬度40 cm距隧道中線為0 cm與80 cm時(shí)和脫空寬度80 cm距隧道中線0 cm時(shí)，軌枕端頭處位置動(dòng)應(yīng)力基本與未脫空情況基本一致?；酌摽諈^(qū)距隧道中線為160 cm時(shí)，由于脫空區(qū)位于軌枕端頭處，該處動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)先減小再增加現(xiàn)象，即在脫空區(qū)上部逐漸減小，在其下部時(shí)逐漸增加，當(dāng)深度接近2.0 m時(shí)，該處動(dòng)應(yīng)力大小與未脫空時(shí)基本一致。值得注意的是，當(dāng)基底脫空區(qū)距隧道中線為80 cm時(shí)，該處動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)急劇增大現(xiàn)象。

脫空寬度80 cm時(shí)的應(yīng)力應(yīng)變規(guī)律和脫空寬度40 cm時(shí)規(guī)律一致，在列車荷載作用下，基底脫空位于測線位置時(shí)，動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)先減小再增加現(xiàn)象，即在脫空區(qū)上部動(dòng)應(yīng)力逐漸減小，在其下部時(shí)逐漸增加，當(dāng)深度接近2.0 m時(shí)，測線動(dòng)應(yīng)力大小與未脫空時(shí)基本一致。當(dāng)脫空區(qū)域距隧道中線80 cm，即脫空區(qū)域出現(xiàn)在軌道下方時(shí)，振動(dòng)應(yīng)力突變最大，振動(dòng)應(yīng)力達(dá)到120 kPa。測線位于脫空區(qū)域側(cè)邊時(shí)，該處動(dòng)應(yīng)力出現(xiàn)急增，脫空區(qū)域側(cè)壁受力較大，存在應(yīng)力突增現(xiàn)象。對(duì)基底脫空地段應(yīng)及時(shí)處理，以保證基底結(jié)構(gòu)的安全。

通過脫空寬度80 cm與脫空寬度40 cm比較，當(dāng)脫空寬度為40 cm時(shí)，脫空區(qū)沿豎向的影響范圍約為1 m；當(dāng)脫空寬度為80 cm時(shí)，脫空區(qū)沿豎向的影響范圍約為2 m。脫空寬度的增加，造成的列車荷載引起的動(dòng)應(yīng)力沿豎向影響范圍增加1倍。可見基底脫空區(qū)寬度的增加對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響巨大，在實(shí)際檢測中應(yīng)密切關(guān)注基底脫空范圍。

4.3 基底振動(dòng)特性分析

根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)，列車經(jīng)過時(shí)產(chǎn)生的加速度對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的安全性有較大影響，故根據(jù)數(shù)值模擬分析結(jié)果，提取在基底脫空條件下的鋪底頂面軌道下與中心線的加速度和振動(dòng)位移。以此來評(píng)價(jià)基底病害對(duì)結(jié)構(gòu)加速度的影響。

4.3.1 鋪底頂面的加速度

鋪底頂面在不同脫空位置下的加速度峰值曲線如圖12所示。

圖12 不同脫空位置加速度峰值

從圖12可以看出，鋪底中心處的加速度隨著脫空區(qū)距隧道中線越遠(yuǎn)逐漸變小，是由于下部存在脫空區(qū)時(shí)，臨空面的存在，材料變形更大；軌道的加速度隨著脫空區(qū)距隧道中線越遠(yuǎn)先變大再變小，當(dāng)基底脫空區(qū)距隧道中線0.8 m左右，即脫空區(qū)位于軌道時(shí)，加速度達(dá)到最大，為0.277 m/s2。脫空區(qū)位于軌道時(shí)加速度最大是由于軌道列車傳遞的動(dòng)載最大，加速度本質(zhì)上來說是由于荷載擠壓混凝土造成的，當(dāng)最大荷載作用在脫空區(qū)的中部時(shí)，產(chǎn)生的變形自由度最大。

脫空寬度80 cm時(shí)的豎向加速度規(guī)律和脫空寬度40 cm時(shí)的規(guī)律一致，但數(shù)值上較脫空寬度40 cm大。最大加速度出現(xiàn)在脫空區(qū)距隧道中線80 cm時(shí)軌道處，達(dá)到0.358 m/s2，比脫空寬度40 cm最大值增大30%，由加速度分析可知，脫空區(qū)的存在對(duì)鋪底部分加速度產(chǎn)生了很大影響，且對(duì)脫空區(qū)的寬度尤其敏感。

4.3.2 鋪底頂面的振動(dòng)位移

鋪底頂面在不同脫空位置下的振動(dòng)位移峰值曲線如圖13所示。

圖13 不同脫空位置振動(dòng)位移峰值

由圖13可見，在基底不同位置脫空條件下，鋪底中心處與軌道處的振動(dòng)位移同加速度規(guī)律一致。中心處的振動(dòng)位移隨著脫空區(qū)距隧道中線變遠(yuǎn)逐漸變??；軌道的振動(dòng)位移隨著脫空區(qū)距隧道中線變遠(yuǎn)先變大再變小，當(dāng)基底脫空區(qū)距隧道中線0.8 m左右，即脫空區(qū)位于軌道，振動(dòng)位移達(dá)到最大，為0.0302 mm。同樣，脫空區(qū)位于軌道時(shí)振動(dòng)位移最大，也是由于軌道列車傳遞的動(dòng)載最大，振動(dòng)位移本質(zhì)上來說是由于荷載擠壓混凝土造成的，當(dāng)最大荷載作用在脫空區(qū)的中部時(shí)，產(chǎn)生的變形自由度最大。

脫空寬度80 cm時(shí)的豎向振動(dòng)位移規(guī)律和脫空寬度40 cm時(shí)的規(guī)律一致，但數(shù)值上較脫空寬度40 cm大。最大振動(dòng)位移出現(xiàn)在脫空區(qū)距隧道中線80 cm時(shí)軌道處，達(dá)到0.031 mm，比脫空寬度40 cm最大值增大3%。

5 結(jié)論

(1)列車荷載作用下，軌道位置的動(dòng)應(yīng)力沿深度衰減最快，且呈現(xiàn)單調(diào)降低趨勢。斷面中間位置處的動(dòng)應(yīng)力隨著深度的增加呈增加趨勢，當(dāng)深度達(dá)1.0 m時(shí)，動(dòng)應(yīng)力達(dá)到最大值，然后隨深度增加，動(dòng)應(yīng)力逐漸減小。軌枕端頭處動(dòng)應(yīng)力的變化規(guī)律與中間位置動(dòng)應(yīng)力變化規(guī)律較為類似，但增加幅度相對(duì)較小。

(2)基底存在40 cm與80 cm寬脫空區(qū)時(shí)，在軌枕端頭處、軌道處及中心線處應(yīng)力規(guī)律基本一致，在脫空區(qū)處應(yīng)力出現(xiàn)先減小再增加現(xiàn)象，即在脫空區(qū)上部應(yīng)力逐漸減小，在其下部時(shí)應(yīng)力逐漸增加，存在應(yīng)力集中現(xiàn)象，且軌道處突變最大，脫空區(qū)影響深度范圍約2 m。

(3)列車荷載作用下，在基底存在脫空區(qū)時(shí)，鋪底中心處的振動(dòng)位移與加速度隨著脫空區(qū)位置向兩側(cè)移動(dòng)逐漸變小;軌道處的振動(dòng)位移與加速度隨著脫空區(qū)距隧道中線變遠(yuǎn)先變大再變小，其中脫空區(qū)位于軌道處下時(shí)鋪底頂面軌道處加速度和振動(dòng)位移達(dá)到最大。

(4)通過對(duì)脫空寬度80 cm與脫空寬度40 cm相比較，脫空寬度的增加，造成的列車荷載引起的動(dòng)應(yīng)力沿豎向影響范圍增加1倍左右，且鋪底頂面的振動(dòng)位移與加速度均增大?；酌摽諈^(qū)寬度的增加對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響巨大，在實(shí)際檢測中應(yīng)密切關(guān)注基底脫空范圍的大小。