高速铁路相邻涵洞间过渡段路基动力响应相互影响分析

武广铁路客运专线是一条全线铺设无碴轨道的高速铁路,与传统的铁路相比具有运行速度快、设计标准高的特点,因此对路基变形的要求也就更高、更严了,而路桥、路隧、路涵过渡段的路基变形问题又是研究的一大重点和难点。无碴轨道过渡段的刚度值平稳变化以及减少差异沉降和控制轨面弯折变形等措施是保证线路平顺性的关键。本文在广泛查阅国内外相关研究成果的基础上,以武广客运专线相邻涵洞间的路基过渡段为研究对象,以国家自然科学基金项目和铁道部科技项目为依托,采用数值模拟和现场实测相结合的方法,研究了相邻涵洞间路基过渡段在列车动荷载作用下的动响应特征,也获得了许多有价值的研究成果,对高速铁路无碴轨道路基的设计和施工具有一定的参考价值。本文的主要研究工作和研究成果如下： (1)通过对武广客运专线DK1252+679～+731相邻涵洞间路基过渡段的长期沉降监测,获取了过渡段不同位置的沉降值,通过对过渡段路基的沉降预测分析得到最终沉降量为3.86mm～4.15mm,其不均匀沉降量为0.29mm。 (2)通过现场波速试验得到过渡段路基填料级配碎石+5%水泥、AB组填料、粘土层的动弹性模量Ed分别为1714.6MPa、765.6MPa、616.7MPa;动剪切模量Gd分别为655.5MPa、282.0MPa、227.3MPa。通过现场激振试验分别测得涵洞顶部、涵洞侧部、过渡段之间普通路段的路基竖向抗压刚度分别为162.5kN/mm、135.5 kN/mm和121.3 kN/mm,其刚度比为1.34：1.12：1。 (3)基于ADAMS/Rail软件建立车辆-轨道耦合模型,运用武广客运专线实际工程的参数对相邻涵洞间过渡段路基进行了动响应分析。结果表明：在现有不平顺状况下,列车以350km/h的速度通行过渡段的安全性、平稳性和舒适度都能得到保障,但当车速达到400km/h时,车体的安全性和稳定性均出现不利变化；根据实际的设计方案和处理措施,过渡段两端结构物的刚度不成为过渡段的主控因素；过渡段折角大于1‰时,车辆运行的安全性和稳定性不能得到保证,所以必须严格控制过渡段折角小于1‰；单个涵-路过渡段的设置长度不宜小于15m,而相邻涵洞过渡段的两涵洞间距不宜小于40m；当涵洞间距大于80m时,其相互之间的动力影响基本可以忽略,即可以当成两个独立的涵-路过渡段考虑。 (4)运用ANSYS软件建立轨道-路基有限元分析模型,结合武广客运专线实测路基参数对相邻涵洞间过渡段路基进行了动响应分析,其结果表明：在行车速度350km/h的工况下,过渡段路基基床表层顶面的动应力和动位移幅值均远小于规范规定的限值；由于过渡段的设置,各动响应的幅值在刚柔过渡段区域出现了阶梯型的渐变过程,这就大大平缓了由于刚度差异带来的不平顺；各动响应幅值沿路基深度方向均出现衰减,其中振动加速度和动应力衰减最为明显,而动位移衰减程度最小。 (5)引入小波分析理论,对实测动态信号进行小波阈值滤波,获得了噪声被有效消除的动态信号,为幅值分析和统计分析提供了较为准确的数据。通过对现场实测数据的时频分析,得出了无论是路基还是过渡段,基床表层振动速度频谱的主频虽各不相同,但第一主频的主要集中在3～60Hz。 (6)实测动应力最大值出现在两个涵洞顶部,而动位移最大值出现在两涵洞间的普通路基段,分析可知这都与结构物的刚度相关。实测动应力和动位移均较仿真计算值小,但其沿过渡段线路的纵向和路基深度方向的整体变化趋势基本相同。