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拱頂土壓對(duì)深埋重載鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)影響研究

文檔作者：江　宇１，王士民２，申興柱２，何祥凡２，姚佳兵２，于清洋２，３（文檔來源：１．西藏大學(xué)工學(xué)院２．西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室３．中交路橋技術(shù)有限公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年05月12日
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１?。常?
施　工　技　術(shù)
ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
２０１６ 年８ 月下
第４５ 卷　第１６ 期
ＤＯＩ：１０?? ７６７２／ ｓｇｊｓ２０１６１６０１３４
拱頂土壓對(duì)深埋重載鐵路隧道襯砌
結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)影響研究?
江　宇１，王士民２，申興柱２，何祥凡２，姚佳兵２，于清洋２，３
（１． 西藏大學(xué)工學(xué)院，西藏　拉薩?。福担埃埃埃?； ２． 西南交通大學(xué)交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，
四川　成都?。叮保埃埃常?； ３． 中交路橋技術(shù)有限公司，北京　１０００１１）
［摘要］ 拱頂土壓對(duì)深埋重載鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)受力有重要影響，由于目前對(duì)拱頂土壓認(rèn)識(shí)不足，隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)
計(jì)存在缺陷，導(dǎo)致隧道襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生病害。結(jié)合山西中南部深埋重載鐵路吾沿河隧道，采用數(shù)值模擬的方法分析
拱頂土壓對(duì)深埋重載鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響。研究結(jié)果表明：①隧道拱頂處土壓的增加會(huì)導(dǎo)致二次襯
砌拱頂位移、最大及最小主應(yīng)力水平顯著增加；②隧道拱頂土壓一定的情況下，列車峰值荷載對(duì)二次襯砌最大主應(yīng)
力影響較大，最小主應(yīng)力影響較?。虎鬯淼拦绊斖翂旱脑黾訉?duì)填充層主應(yīng)力大小影響較小，填充層主應(yīng)力大小主要
受列車動(dòng)荷載作用控制，對(duì)地層荷載不起主要承載作用。
［關(guān)鍵詞］ 隧道工程；鐵路隧道；動(dòng)應(yīng)力；拱頂土壓；填充層
［中圖分類號(hào)］ Ｕ４５１ ［文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼］ Ａ　　　?。畚恼戮幪?hào)］ １００２?８４９８（２０１６）１６?０１３４?０４
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ａｂｏｕｔ Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ Ｅａｒｔｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ
Ｖａｕｌｔ ｏｎ ｔｈｅ Ｄｅｅｐ?ｂｕｒｉｅｄ ａｎｄ Ｈｅａｖｙ?ｈａｕｌ Ｒａｉｌｗａｙ Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
Ｊｉａｎｇ Ｙｕ１，Ｗａｎｇ Ｓｈｉｍｉｎ２， Ｓｈｅｎ Ｘｉｎｇｚｈｕ２，Ｈｅ ｘｉａｎｇｆａｎ２， Ｙａｏ Ｊｉａｂｉｎｇ２， Ｙｕ Ｑｉｎｇｙａｎｇ２，３
（１． Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｉｂｅｔ， Ｌｈａｓａ， Ｔｉｂｅｔ?。福担埃埃埃?， Ｃｈｉｎａ；２． Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ
Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｔｕｎｎｅｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｍｉｎｉｓｔｒｙ ｏｆ Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ， Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ Ｊｉａｏｔｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｈｅｎｇｄｕ，
Ｓｉｃｈｕａｎ?。叮保埃埃常?， Ｃｈｉｎａ；３． ＣＣＣＣ Ｒｏａｄ ａｎｄ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｎｓｕｌｔａｎｔｓ Ｃｏ． ， Ｌｔｄ． ， Ｂｅｉｊｉｎｇ?。保埃埃埃保?，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｄｅｅｐ?ｂｕｒｉｅｄ ａｎｄ ｈｅａｖｙ?ｈａｕｌ ｒａｉｌｗａｙ
ｔｕｎｎｅｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ． Ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｃｋ ｏｆ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ ｖａｕｌｔ， ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｔｕｎｎｅｌ ｌｉｎｉｎｇ
ａｌｗａｙｓ ｈａｓ ｆｌａｗｓ ｒｅｓｕｌｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｉｓｅａｓｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ． Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｄｅｅｐ?ｂｕｒｉｅｄ ａｎｄ ｈｅａｖｙ?ｈａｕｌ
ｒａｉｌｗａｙ Ｗｕｙａｎｈｅ ｔｕｎｎｅｌ ｉｎ Ｓｏｕｔｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｈａｎｘｉ， ｔｈｅ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ
ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｄｙｎａｍｉｃ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｔｏ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ ｖａｕｌｔ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｅｐ?ｂｕｒｉｅｄ ａｎｄ ｈｅａｖｙ?ｈａｕｌ ｒａｉｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ． Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ：①Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ ｖａｕｌｔ ｈａｓ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ
ｖａｕｌｔ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｉｎ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ， ｍａｘｉｍｕｍ ａｎｄ ｍｉｎｉｍｕｍ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｌｅｖｅｌ；② Ｔｈｅ ｐｅａｋ ｔｒａｉｎ
ｌｏａｄ ｈａｓ ｇｒｅａｔ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｎ ｍａｘｉｍｕｍ ｓｔｒｅｓｓ ａｎｄ ｈａｓ ｌｉｔｔｌｅ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ ｐｒｉｎｃｉｐａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ
ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ ｖａｕｌｔ ｉｓ ｃｅｒｔａｉｎ． ③Ｔｈｅ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ ｖａｕｌｔ ｈａｓ
ｓｍａｌｌ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｆｉｌｌｉｎｇ ｌａｙｅｒ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｉｓ ｍａｉｎｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ
ｔｈｅ ｄｙｎａｍｉｃ ｌｏａｄ ｏｆ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ａｎｄ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｌｏａｄ ｈａｓ ｓｍａｌｌ ｉｍｐａｃｔ ｏｎ ｔｈｅ ｆｉｌｌｉｎｇ ｌａｙｅｒ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｔｕｎｎｅｌｓ； ｒａｉｌｗａｙ ｔｕｎｎｅｌ； ｄｙｎａｍｉｃ ｓｔｒｅｓｓ； ｅａｒｔｈ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｉｎ ｖａｕｌｔ； ｆｉｌｌｉｎｇ ｌａｙｅｒ
? 國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（５１５７８４６１）；西藏自治區(qū)自然科學(xué)基
金（２０１５ＺＲ?１３?７） ［作者簡(jiǎn)介］ 江　宇， 碩士研究生， 講師， Ｅ?ｍａｉｌ： ｊｉａｎｇｙｕｓｕｒｅ ＠
１６３． ｃｏｍ ［收稿日期］ ２０１６?０４?２１；［修訂日期］ ２０１６?０６?０２
０　引言
重載鐵路隧道由于列車軸重較其他鐵路隧道
大，列車運(yùn)行過程中隧道襯砌結(jié)構(gòu)受到較大列車振
動(dòng)荷載，使隧道襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生病害的幾率增大，國(guó)
內(nèi)外既有重載鐵路隧道運(yùn)營(yíng)過程中出現(xiàn)了大量的
基底軟化開裂、破損、下沉及翻漿冒泥等病害［１］ ，嚴(yán)
重影響了列車運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，如松樹灣隧
道運(yùn)營(yíng)期間洞身滲漏水較嚴(yán)重，仰拱及邊墻連接處
出現(xiàn)縱橫向裂縫，中心水溝破壞下沉造成基底軟
化，喪失承載能力。
為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)重載鐵路隧道列車振動(dòng)響
２０１６ Ｎｏ． １６ 江　宇等：拱頂土壓對(duì)深埋重載鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)影響研究 １?。常?
應(yīng)、底部結(jié)構(gòu)、隧道結(jié)構(gòu)疲勞等問題進(jìn)行了深入的
研究，Ｍｅｔｒｉｋｉｎｅ 和Ｖｒｏｕｗｅｎｖｅｌｄｅｒ［２?３］ 運(yùn)用理論分析
的方法將隧道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為１ 根彈性半無限體中的
Ｅｕｌｅｒ?Ｂｅｍｏｕｌｉ 無限長(zhǎng)梁，并將列車荷載簡(jiǎn)化為移動(dòng)
點(diǎn)荷載施加在水平長(zhǎng)梁上，對(duì)隧道內(nèi)列車振動(dòng)引起
的地面振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了研究；Ｈｕｎｔ 等［４?５］ 采用Ｐｉｐｅ?
ｉｎ?Ｐｉｐｅ 的半解析方法對(duì)地下隧道在地鐵車輛作用
下的振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行預(yù)測(cè)，研究了波在軌道、隧道、土
體中的傳播問題；林森斌［６］ 通過數(shù)值模擬研究了新
黃土地層隧道襯砌結(jié)構(gòu)形式及基底地層對(duì)３０ｔ 軸重
列車重載鐵路隧道動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律；施成華等［７］ 結(jié)合
理論分析與模型試驗(yàn)的方法，通過對(duì)鐵路隧道基底
結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)及結(jié)構(gòu)疲勞累積破損機(jī)理的研究，探
討了隧道基底病害的產(chǎn)生原因，并提出了隧道基底
病害的整治措施。
然而，由于地層條件的差異，目前對(duì)深埋重載
鐵路隧道拱頂土壓力的分布及量值認(rèn)識(shí)尚不全面，
隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中因荷載取值不當(dāng)，易導(dǎo)致
隧道襯砌結(jié)構(gòu)在服役過程中發(fā)生病害。為此，本文
主要以吾沿河隧道為工程依托，采用有限元軟件
ＡＢＡＱＵＳ 進(jìn)行數(shù)值模擬分析，研究拱頂土壓對(duì)深埋
重載鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)影響，為深埋重載
鐵路隧道的設(shè)計(jì)、施工及病害的防治提供參考。
１　工程概況
吾沿河重載鐵路隧道位于山西省平順縣北耽
車鄉(xiāng)陽(yáng)高鎮(zhèn)，列車運(yùn)行速度１２０ｋｍ／ ｈ，設(shè)計(jì)軸重３０ｔ，
隧道采用單洞雙線方案，進(jìn)口里程ＤＫ５６１ ＋８５８，出
口里程ＤＫ５７０ ＋ ９５８，隧道全長(zhǎng)９ １００ｍ，最大埋深
７３０ｍ，最小埋深９４ｍ。隧道初期支護(hù)采用１８ｃｍ 厚
的Ｃ２５ 噴射混凝土，二次襯砌拱墻及仰拱采用Ｃ３０
混凝土，仰拱填充采用Ｃ２０ 混凝土。
吾沿河隧道穿越１ 個(gè)寬緩的向斜和１ 個(gè)寬緩的
背斜，構(gòu)造較簡(jiǎn)單，地層巖性復(fù)雜，隧道洞身主要為
灰?guī)r、白云巖、泥質(zhì)灰?guī)r、頁(yè)巖、泥灰?guī)r，寒武系灰?guī)r
中夾頁(yè)巖，起到隔水層作用，推測(cè)地下形成大型網(wǎng)
狀洞穴系統(tǒng)，暗河的可能性較小。
２　計(jì)算模型及參數(shù)
根據(jù)吾沿河重載鐵路隧道縱向斷面示意圖及
巖土工程勘察報(bào)告，選取隧道里程號(hào)ＤＫ５６６ ＋９５３?? ０
斷面分析拱頂壓力對(duì)深埋重載鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)
的影響，計(jì)算采用大型有限元軟件ＡＢＡＱＵＳ，建立重
載鐵路隧道?圍巖二維平面模型，模型水平方向自隧
道中線左右兩側(cè)分別?。保埃埃?，隧道底部向下取
１００ｍ 為模型底部邊界，自隧道頂部向上?。常叮福?為
模型頂部邊界，計(jì)算模型如圖１ 所示。
計(jì)算模型中，圍巖材料采用各向同性彈塑性本
圖１　計(jì)算模型示意
Ｆｉｇ． １?。茫幔欤悖酰欤幔簦椋铮?ｍｏｄｅｌ
構(gòu)模型，屈服準(zhǔn)則為Ｍｏｈｒ?Ｃｏｕｌｏｍｂ 屈服準(zhǔn)則；隧道
襯砌支護(hù)結(jié)構(gòu)及填充層、軌道板等結(jié)構(gòu)按彈性材料
看待，其圍巖及結(jié)構(gòu)力學(xué)參數(shù)如表１ 所示。
表１　圍巖及結(jié)構(gòu)參數(shù)
Ｔａｂｌｅ １?。校幔颍幔恚澹簦澹颍?ｏｆ ｒｏｃｋ ａｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ
材料
彈性
模量
Ｅ ／ ＧＰａ
泊松比
μ
容重γ ／
（ｋＮ·ｍ －３ ）
黏聚力
ｃ ／ ＭＰａ
內(nèi)摩
擦角
φ ／ （°）
圍巖（Ⅳ） １?? ５ ０?? ３５ ２０ ０?? １ ２２
錨桿加固區(qū)１?? ５ ０?? ３５ ２０ ０?? １２ ２２
二次襯砌（Ｃ３０） ３０ ０?? ２ ２５ — —
初期支護(hù)（Ｃ２５） ２８ ０?? ２ ２５ — —
填充層（Ｃ２０） ２５?? ５ ０?? ２ ２５ — —
軌道板（Ｃ４５） ３３?? ５ ０?? ２ ２７ — —
　　為了避免初期系統(tǒng)錨桿對(duì)于動(dòng)力計(jì)算的影響，
采用等效提高圍巖物理力學(xué)參數(shù)的方法來實(shí)現(xiàn)，具
體做法是將圍巖黏聚力提高２０％ ～３０％，如圖２ 所
示?？紤]到重載鐵路運(yùn)行過程中，３０ｔ 軸重列車多
組相鄰車廂以１２０ｋｍ／ ｈ 速度連續(xù)通過，輪對(duì)的疊加
效應(yīng)主要集中在相鄰車廂的相鄰轉(zhuǎn)向架，通過提取
３０ｔ 軸重列車荷載作用下軌枕支點(diǎn)的壓力，以此作
為列車作用在隧底結(jié)構(gòu)上的激勵(lì)荷載，并且雙線隧
道左右線同時(shí)加載，計(jì)算分析時(shí)長(zhǎng)取為１?? ５ｓ，其中
列車荷載到達(dá)中間斷面的時(shí)間為０?? ２ｓ，荷載作用在
中間斷面時(shí)間約為１ｓ，相當(dāng)于３ 組相鄰車廂相鄰轉(zhuǎn)
向架通過的時(shí)間，其余時(shí)間為自由振動(dòng)時(shí)間，如圖３
所示。
圖２　錨桿加固區(qū)示意
Ｆｉｇ． ２　Ａｎｃｈｏｒ ｃａｂｌｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｉｎｇ ａｒｅａ
本文研究重點(diǎn)是隧道長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中列車荷
載下結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)問題，計(jì)算分為以下步驟。
１　３６ 施工技術(shù) 第４５ 卷
圖３?。常埃?軸重下軌枕支點(diǎn)壓力時(shí)程曲線
Ｆｉｇ． ３?。樱酰穑穑铮颍簦?ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｔｉｍｅ ｈｉｓｔｏｒｙ ｃｕｒｖｅ
ｏｆ ｓｌｅｅｐｅｒｓ ｕｎｄｅｒ ３０ ｔｏｎｓ ａｘｌｅ ｌｏａｄ
１）建立隧道?圍巖體系幾何模型。
２）施加靜力邊界條件（模型四周施加法向約
束，底部豎向約束，頂部自由），進(jìn)行初始地應(yīng)力平
衡，得到圍巖初始應(yīng)力狀態(tài)。
３）隧道施工開挖模擬，隧道開挖與初期支護(hù)階
段，圍巖應(yīng)力釋放７０％，施作二次襯砌后，地應(yīng)力全
部釋放。
４）施作仰拱填充層及軌道板。
５）施加列車荷載進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)。
３　工況約定
為研究拱頂土壓對(duì)深埋重載鐵路隧道襯砌結(jié)
構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響，以隧道里程號(hào)ＤＫ５６５ ＋ ９５３?? ０
斷面為基礎(chǔ)工況①（經(jīng)計(jì)算該工況下隧道拱頂位置
初始平衡地應(yīng)力為６?? ５４ＭＰａ），后續(xù)工況② ～ ⑤以
工況①隧道拱頂處初始平衡地應(yīng)力為基礎(chǔ)，按照
２?? ７５ＭＰａ 的增量進(jìn)行遞增（約為１４０ｍ 土柱高度），
計(jì)算工況如表２ 所示。
表２　計(jì)算工況
Ｔａｂｌｅ ２?。茫幔欤悖酰欤幔簦椋铮?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ
工況里程號(hào)
隧道拱頂
處壓力／ ＭＰａ 工況條件
① ＤＫ５６６ ＋９５３?? ０ ６?? ５４ Ⅳ級(jí)圍巖
② ＤＫ５６６ ＋９５３?? ０ ９?? ２９ Ⅳ級(jí)圍巖
③ ＤＫ５６６ ＋９５３?? ０ １２?? ０４ Ⅳ級(jí)圍巖
④ ＤＫ５６６ ＋９５３?? ０ １４?? ７９ Ⅳ級(jí)圍巖
⑤ ＤＫ５６６ ＋９５３?? ０ １７?? ５４ Ⅳ級(jí)圍巖
４　計(jì)算結(jié)果分析
４?? １　位移響應(yīng)分析
隧道開挖支護(hù)完成后二次襯砌、填充物及軌道
豎直方向位移云圖如圖４ 所示。
從圖４ 可以看出，隧道開挖支護(hù)完成后，隧道拱
頂發(fā)生沉降，其位移隨拱頂壓力的增大逐漸增大，
工況１ 拱頂位移為９?? ６６ｍｍ，工況３ 拱頂位移為
圖４　隧道開挖支護(hù)完成后豎向位移云圖
Ｆｉｇ． ４?。模椋螅穑欤幔悖澹恚澹睿?ｎｅｐｈｏｇｒａｍ ａｆｔｅｒ ｓｕｐｐｏｒｔｓ ｆｉｎｉｓｈｅｄ
１７?? ７９ｍｍ，相對(duì)于工況１ 拱頂位移增大８４％，工況５
拱頂位移為２５?? ９３ｍｍ，相對(duì)于工況１ 拱頂位移增大
１６８％；隧道開挖支護(hù)完成后，隧道仰拱發(fā)生隆起，其
仰拱位移隨仰拱壓力的增大隆起值增大，工況１ 仰
拱位移為９?? １３ｍｍ，工況３ 仰拱位移為１７?? ３６ｍｍ，相
對(duì)于工況１ 仰拱位移增大９０％，工況５ 仰拱位移為
２５?? ５８ｍｍ，相對(duì)于工況１ 仰拱位移增大１８０％。
４?? ２　二次襯砌受力特征及動(dòng)力響應(yīng)分析
列車峰值荷載即為圖３ 中３０ｔ 軸重下軌枕支點(diǎn)
峰值壓力，該荷載出現(xiàn)時(shí)刻為列車１ 個(gè)輪軸通過的
時(shí)刻，而距離較近的４ 個(gè)峰值即為相鄰車廂兩轉(zhuǎn)向
架通過時(shí)產(chǎn)生的反力荷載。從位移云圖可以看出，
工況１ 隧道支護(hù)完成后最大主應(yīng)力為－ ４２?? ３６ｋＰａ，
最小主應(yīng)力為－ １２?? １９ｋＰａ；峰值荷載作用下二次襯
砌最大主應(yīng)力為－ ６９?? ５７ｋＰａ， 最小主應(yīng)力為－
１２?? １９ｋＰａ，列車峰值荷載對(duì)二次襯砌最大主應(yīng)力影
響較大，最小主應(yīng)力影響較小，同時(shí)二次襯砌最大、
最小主應(yīng)力位置變化不大。二次襯砌施做后及峰
值荷載作用下主應(yīng)力隨拱頂壓力變化曲線如圖５
所示。
從圖５ 可以看出，列車峰值荷載作用下二次襯
砌最大、最小主應(yīng)力均隨拱頂處壓力的增大而減
小，且其值均為負(fù)值，表明二次襯砌處于整體受壓
狀態(tài)。工況１ 二次襯砌最大主應(yīng)力為－ ６９?? ５７ｋＰａ，
最小主應(yīng)力為－ １２?? １９ｋＰａ；工況３ 二次襯砌最大主
應(yīng)力為－９７?? ２７ｋＰａ，最小主應(yīng)力為－２２?? ７４ｋＰａ，其值
超過Ｃ３０ 混凝土的極限強(qiáng)度，二次襯砌發(fā)生破壞；
可以看出隨著拱頂土壓的增大，二次襯砌施做后與
峰值荷載下其最大、最小主應(yīng)力均呈現(xiàn)增大趨勢(shì)，
對(duì)于同一拱頂土壓情況下最小主應(yīng)力量值相差不
大，而最大主應(yīng)力量值相差較大，工況３ 二次襯砌峰
２０１６ Ｎｏ． １６ 江　宇等：拱頂土壓對(duì)深埋重載鐵路隧道襯砌結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)影響研究 １?。常?
圖５　二次襯砌施做后及峰值荷載作用
下主應(yīng)力隨拱頂壓力變化曲線
Ｆｉｇ． ５?。裕瑁?ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｒｅｓｓ ｗｉｔｈ
ｔｈｅ ａｒｃｈ ｃｒｏｗｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｐｅａｋ
ｌｏａｄ ａｆｔｅｒ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｌｉｎｉｎｇ ｆｉｎｉｓｈｅｄ
值荷載下最大主應(yīng)力相對(duì)于施做后增幅達(dá)到８７％。
４?? ３　填充層受力特征及動(dòng)力響應(yīng)分析
填充層施做后及峰值荷載作用下主應(yīng)力隨拱
頂壓力變化曲線如圖６ 所示。從圖６ 可以看出，列
車峰值荷載作用下填充層最大、最小主應(yīng)力隨拱頂
處壓力變化較小，其值基本保持在相同大小應(yīng)力水
平。工況１ 填充層最大主應(yīng)力為９３３?? ８ｋＰａ，最小主
應(yīng)力為－１?? ８８４ＭＰａ；工況３ 二次襯砌最大主應(yīng)力為
１ ０００ｋＰａ，最小主應(yīng)力為－ １?? ８８３ＭＰａ，其值未超過
Ｃ２０ 混凝土的極限強(qiáng)度，填充層未發(fā)生破壞。
對(duì)比填充層施做后和峰值荷載作用下主應(yīng)力
變化曲線可以看出，填充層最大、最小主應(yīng)力在施
做后和列車峰值荷載作用下變化均較大，最大主應(yīng)
力最大變化幅值達(dá)到１ ８６０％，最小主應(yīng)力最大變化
幅值達(dá)到２ １５３％，但均未超過Ｃ２０ 混凝土的極限強(qiáng)
度，因此，填充層受力特性主要受列車動(dòng)荷載的影
響，對(duì)地應(yīng)力不起主要承載作用。
５　結(jié)語
通過對(duì)拱頂土壓對(duì)深埋重載鐵路隧道襯砌結(jié)
構(gòu)影響的分析，得出了一些關(guān)于深埋重載鐵路隧道
襯砌結(jié)構(gòu)的規(guī)律性結(jié)論，具有一定的參考價(jià)值。
圖６　填充層施作后及峰值荷載作用
下主應(yīng)力隨拱頂壓力變化曲線
Ｆｉｇ． ６?。裕瑁?ｃｕｒｖｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｔｒｅｓｓ
ｗｉｔｈ ｔｈｅ ａｒｃｈ ｃｒｏｗｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ
ｐｅａｋ ｌｏａｄ ａｆｔｅｒ ｆｉｌｌ ｌａｙｅｒ ｆｉｎｉｓｈｅｄ
１）隧道拱頂土壓的增加會(huì)導(dǎo)致二次襯砌拱頂
位移、最大及最小主應(yīng)力水平顯著增加。
２）隧道拱頂土壓一定的情況下，列車峰值荷載
對(duì)二次襯砌最大主應(yīng)力影響較大，最小主應(yīng)力影響
較小。
３）隧道拱頂土壓的增加對(duì)填充層主應(yīng)力大小
影響較小，填充層主應(yīng)力大小主要受列車動(dòng)荷載作
用控制，對(duì)地層荷載不起主要承載作用。
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