[发明专利]一种重载铁路隧道基底结构病害的模拟系统

说明书

本发明实施例提供了一种重载铁路隧道基底结构病害的模拟系统，包括：模型箱、数据采集系统、荷载发生装置和控制与存储系统；模型箱用于模拟不同埋深情况下的铁路隧道；数据采集系统用于采集隧道仰拱、仰拱填充或底板在振动荷载作用下的动应力响应，数据采集系统将采集到的数据实时传输至控制与存储系统；荷载发生装置用于模拟重载列车在不同车速、不同轴重情况下的轮轨荷载；控制与存储系统分别与数据采集系统和荷载发生装置连接，控制器用于调节载荷发生装置输出作用力的大小和频率及存储数据。本发明旨在模拟重载隧道长期振动下隧道底部结构的试验模拟系统，特别是隧道基底结构在列车振动作用下的力学响应和长期振动荷载下病害发展规律的试验模拟系统。

技术领域

本发明涉及重载隧道振动和测试试验技术领域，尤其涉及一种重载铁路隧道基底结构病害的模拟系统。

背景技术

重载铁路隧道是指开行列车的总重量大、轴重大或行车密度和运量特大的铁路。重载铁路从建成通车开始，营运十多年后一般就会进入病害多发期凡是有碍于隧道正常使用，危及行车安全，影响隧道寿命的状态者均称为隧道病害。基底病害主要是外部表现为碎石道床排水设施失效、翻浆冒泥、整体道床破损下沉、支撑块破损失效，严重的甚至基床突然发生沉降使线路悬空，道床护底下沉翻浆冒泥、整体道床或个别支承块下沉、破损等几种现象。

重载铁路隧道底部结构病害发展机理在实际工程中是很难被长期监测的，这主要是受限于三方面：

(1)隧道底部结构属于隐蔽工程，早年设计与施工中，欠缺对在建隧道预设监测元件的理念，或伴随隧道开通使用一定年限后，监测元件已经破坏失效，已建成隧道难以在基底埋设监测元件；

(2)隧道底部结构病害不是短时间造成的，而是长期不断发展的动态过程，为不影响隧道正常通车，现场往往无法提供长期监测的场地和时间；

(3)现场水文地质情况复杂，不利于对病害发展原因的针对性分析，具有较大的不确定性。

列车在运行过程中，隧道基底结构直接承受列车荷载作用，受重载列车荷载影响最大，更容易出现病害。当病害产生后，如果不能及时处理，会导致底部结构开裂并不断延隧道纵向和隧道上部结构蔓延，极大的缩短了隧道的使用寿命，直接影响隧道结构的稳定性给行车安全造成隐患，同时复杂的修复工程不仅造成时间上的浪费也极大的增加了维护成本。因此，通过模型试验研究重载隧道基底结构在重载列车荷载作用下的力学响应和长期作用下病害发展机理，并以此制定针对不同病害发展阶段的整治措施具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的实施例提供了一种重载铁路隧道基底结构病害的模拟系统，以克服现有技术的缺陷。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种重载铁路隧道基底结构病害的模拟系统，包括：模型箱、数据采集系统、荷载发生装置和控制与存储系统；

所述模型箱用于模拟不同埋深情况下的铁路隧道；

所述数据采集系统用于采集隧道仰拱、仰拱填充或底板在振动荷载作用下的动力响应，所述数据采集系统将采集到的数据实时传输至所述控制与存储系统；

所述荷载发生装置产生的激振荷载，用于模拟重载列车在不同车速、不同轴重情况下的轮轨荷载；

所述控制与存储系统包括控制器，分别与所述数据采集系统和荷载发生装置连接；所述控制器用于调节所述载荷发生装置输出作用力的大小和频率及存储数据。

优选地，所述模型箱由钢板、有机玻璃板构成，其中，所述模型箱的外围由钢板构成，所述模型箱的隧道模型前后位置采用有机玻璃板，所述钢板和有机玻璃板通过螺栓和角钢固定连接。

优选地，所述模型箱的底部固定于水平地面。

优选地，所述模型箱内四壁粘贴减震防反射波的粘性材料后分层填土作为围岩。