[实用新型]铁路隧道基底结构的试验模拟系统

说明书

本实用新型涉及铁路隧道基底结构的试验模拟系统，包括：荷载输入装置：负责模拟列车在不同速度、不同轴重条件产生的轮轨荷载；刚度传递装置：将荷载输入装置输入的振动荷载传递至仰拱或底板，负责模拟不同轨道结构和隧道基底结构的刚度传递情况；数据采集装置：负责采集隧道仰拱或底板处的动荷载。本实用新型通过调节荷载输入装置的工作频率和加载力的大小可得到不同行车速度下及不同列车轴重下的结果；通过调整弹簧片、阻尼器的数量及连接方式得到不同刚度体系下荷载传递情况，可还原列车振动荷载下轨道结构和隧道基底结构的刚度传递效应及荷载传递效应，对任意铁路隧道仰拱/底板处振动荷载的确定均适用。

技术领域

本实用新型涉及铁路隧道力学响应测试技术领域，尤其涉及铁路隧道基底结构的试验模拟系统。

背景技术

与传统铁路不同，重载铁路和高速铁路由于列车轴重和列车运行速度的增大，其轨下结构及围岩将承受更大荷载作用，加之由于线路不平顺等一系列因素，列车通过时还会形成动力效应，使得隧道基底围岩出现脱空以及仰拱/底板结构累积损伤等病害，影响列车通行安全。一般情况下，隧道基底产生的病害难以观测，大多是在出现翻浆冒泥、轨枕变形过大等现象才得以发现。分析病害产生原因的先决条件是确定列车振动荷载激励下铁路隧道基底结构的力学响应。

铁路隧道动力响应中荷载的研究对象包括两个：钢轨上的振动荷载和隧道仰拱/底板处的振动荷载。

钢轨上的振动荷载可以通过现场实测和理论分析得到，其涉及车辆轴重、悬挂质量、列车运行质量、轨道形状、线路平顺度等多方面因素。在考虑轨枕力在线路上的移动、叠加效应以及钢轨的分散作用和轨道不平顺等影响因素的情况下，可以建立相应的列车激振力函数来表示钢轨上的振动荷载。

相比于钢轨上振动荷载的易确定性，隧道仰拱/底板处振动荷载的确定通常基于现场实测和数值模拟。但现场实测不仅耗时耗力，且不具有普遍代表性，针对轨道、隧道基底结构的不同结构型式，数据的重复利用性低；数值模拟是基于将列车、轨道按照一定的轮轨接触假设建立起来的列车-轨道-基底耦合力学模型，钢轨上的振动荷载经轨道-扣件-轨枕等一系列减震装置传递给隧道基底结构，提取隧道仰拱的反应力作为列车通过时作用在隧道仰拱上的主动荷载，但此种方法受模型具体参数影响较大，具有较大的不确定性。

列车在运行过程中，钢轨和轨道板在仰拱、隧底填充层、砂浆层、砼基础顶部直接承受着列车荷载压力及冲击作用，并将动荷载传递给轨下结构，因此，钢轨和轨道的刚度以及隧道基底结构自身的刚度对动荷载的传递有着比较明显的影响。由于现场实测的复杂性以及数值模拟结果的不确定性，针对不同型式的轨下结构，通常只能得到列车运行过程中对于钢轨和轨道的荷载效应，但对于隧道结构来说，列车运行影响的关键部位是仰拱/底板部位，其力学响应将直接影响隧道衬砌结构的稳定性，所以确定列车过车时隧道仰拱/底板部位的力学响应是必要的。

实用新型内容

本实用新型旨在提供铁路隧道基底结构的试验模拟系统，可以确定列车过车时隧道仰拱/底板部位的力学响应。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

铁路隧道基底结构的试验模拟系统，不仅包括围岩模拟结构、隧道底部模拟结构，隧道底部模拟结构包括仰拱，还包括：

荷载输入装置：负责模拟列车在不同速度、不同轴重条件产生的轮轨荷载；

刚度传递装置：将荷载输入装置输入的振动荷载传递至仰拱或底板，负责模拟不同轨道结构和隧道基底结构的刚度传递情况；

数据采集装置：负责采集隧道仰拱或底板处的动荷载。

进一步的，试验模拟系统还包括数据分析装置：对荷载输入装置输入的轮轨荷载以及数据采集装置采集到的动荷载进行对比分析，得出不同的轮轨荷载在不同刚度体系下引起的隧道仰拱或底板处的力学响应。