一种确定地铁运营列车动荷载与隧道长期沉降的方法

摘要

本发明提供了一种确定地铁运营列车动荷载与隧道长期沉降的方法，步骤：第一步，确定地铁运营列车轴动荷载；第二步，建立荷载‑钢轨‑扣件‑隧道‑地基力学耦合模型，确定单次列车对下方土体的加载大小及加载次数；第三步、建立二维有限元模型，依次进行隧道开挖、列车荷载加载分析步，确定隧道下方土体的初始偏应力和列车荷载引起的动偏应力；第四步、根据上述步骤的结果，确定隧道下方土体累积塑性应变；第五步、确定列车荷载引起的隧道累积沉降量，并绘制隧道沉降曲线。本发明更为准确地确定地铁运营列车动荷载与隧道长期沉降量，方法简便，便于推广，适用于软土地层盾构隧道在列车荷载作用下的长期沉降分析及其控制问题。

主权项

一种确定地铁运营列车动荷载与隧道长期沉降的方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步，确定地铁运营列车轴动荷载；第二步，建立荷载‑钢轨‑扣件‑隧道‑地基力学耦合模型，确定单次列车对下方土体的加载大小及加载次数；所述的荷载‑钢轨‑扣件‑隧道‑地基力学耦合模型是指：对钢轨、隧道分别采用均匀连续的梁模拟，钢轨和道床之间的扣件采用弹簧连接，隧道下方地基采用弹簧模拟；将列车各轴的轴动荷载施加在钢轨上进行力学耦合分析；钢轨抗弯刚度通过以下公式确定：(EI)_r＝E_rI_r，式中，(EI)_r为钢轨抗弯刚度，E_r为钢轨的弹性模量；I_r为钢轨截面惯性矩，通过钢轨横断面的尺寸计算；隧道抗弯刚度通过以下公式确定:(EI)_t＝ηE_tI_t，式中，(EI)_t为隧道抗弯刚度，E_t为混凝土弹性模量；I_t为隧道截面惯性矩，通过隧道横断面计算；η为纵向刚度有效率，取1/7；钢轨和道床之间的弹簧间距即扣件间距，该处弹簧刚度k₁为扣件的竖向刚度；隧道下方地基的弹簧刚度通过以下公式确定：k₂＝KD_tl_s，式中K为地基基床系数；D_t为隧道外径；l_s为弹簧间距，与扣件间距一致；第三步、建立二维有限元模型，依次进行隧道开挖、列车荷载加载分析，确定隧道下方土体的初始偏应力和列车荷载引起的动偏应力；第四步、根据上述步骤的结果，确定隧道下方土体累积塑性应变；第五步、根据上述步骤的结果，确定列车荷载引起的隧道累积沉降量，并绘制隧道沉降曲线。