歐陽旋宇

高天隧道水害所致雙塊式無砟軌道受力特性分析

歐陽旋宇

(中鐵十八局集團市政工程有限公司，天津 300222)

以貴廣高鐵高天隧道水害所致CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道道床板上拱為背景，利用ANSYS軟件建立隧道內CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構有限元模型，考慮詳細的軌道結構參數，基于實際上拱變形情況，針對道床板上拱以及道床板上拱和列車荷載耦合作用下的軌道結構受力狀態進行分析，研究結果表明：道床板混凝土最大縱向拉、壓應力為1.14 MPa和1.70 MPa，均小于C40軸心混凝土抗拉、壓強度設計值；道床板鋼筋最大壓、拉應力分別為6.07 MPa和5.99 MPa，遠小于HRB335鋼筋屈服強度；正常運營條件下雙塊式無砟軌道結構強度滿足要求。研究成果為指導高天隧道恢復正常行車具有參考價值。

高速鐵路；隧道；CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道；上拱；受力特性

貴廣高鐵是目前云貴川最便捷的出海大通道，是連接“一帶一路”和實現珠江—西江經濟帶、中孟緬印經濟走廊“互聯互通”的高速通道，大大縮短了西南地區與珠三角地區間的時空距離，增強了珠三角地區對貧困地區的輻射作用，優化和完善了西部路網布局，提升了西南地區對外通道運輸能力。2015年6月14日至7月2日期間，從江縣連降暴雨，降雨量比歷年同期高出4倍多。距貴廣鐵路高天隧道出口不遠的肇興，7月1日夜間到2日白天的暴雨降水量高達106.8 mm。7月4日，添乘人員經過高天隧道D3K273+032~D3K273+076時，發現輕微晃車。當晚進行CPⅢ精確測量，發現隧道內所采用的雙塊式無砟軌道[1?4]道床板與仰拱填充層離縫，上行軌面出現23.5 mm上拱，上拱段落長41 m。高天隧道自2015年7月發生水害后，動車立即限速運行，時速遠低于原設計時速250 km/h，嚴重影響了貴廣高鐵的正常運營。因此，對高天隧道水害整治段隧道和軌道結構安全進行分析和驗算，研究高鐵動車恢復正常運營速度的可行性，對于保證高天隧道的運營安全和貴廣高鐵全線正常運營具有重要意義。本文針對高天隧道雙塊式無砟軌道的受力特性展開分析。

1 整治過程簡介

根據鐵路總公司工管中心和成都鐵路局的指導意見，經各參加搶險單位共同論證，水害整治總體方案分為排水降壓、注漿加固和監控量測3個階段。根據現場整治效果、監測量測數據分析以及現場調研情況等方面的相互驗證，且自2015年7月水害發生以后，未發現影響安全運營的隧道和軌道病害，軌道幾何狀態較為穩定。可以認為整治效果較好，但由于上拱地段軌道結構高程產生了變化，導致道床板始終承受彎曲附加應力，因此有必要對其受力狀態進行分析。

1.3 文獻篩選及資料提取 由2位研究者獨立進行文獻篩選和資料提取，并交叉核對，如意見分歧，則討論解決或交由第三位研究者裁決，缺乏的資料應盡量與原作者聯系予以補充。文獻篩選是首先閱讀標題，在排除明顯不相關的文獻后，進一步閱讀摘要和全文，以確定最終是否納入研究。資料提取內容包括：①納入研究的基本信息，包括作者、發表時間、文獻來源等；②研究對象干預措施的具體細節；③偏倚風險評價的關鍵要素；④結局指標和測量結果數據。

2 無砟軌道結構受力分析

高天隧道采用CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構設計，主要由鋼軌、扣件、雙塊式軌枕、道床板等部分構成。通過建立隧道內CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道有限元模型，考慮詳細的軌道結構參數，對軌道結構上拱以及軌道結構上拱和列車荷載耦合作用下的軌道結構受力狀態進行分析。

2.1 無砟軌道結構空間力學分析模型

鋼軌采用BEAM188單元模擬，道床板中鋼筋用LINK180桿單元模擬，道床板采用鋼筋混凝土單元SOLID65模擬，考慮道床板混凝土和鋼筋的本構關系，道床板和軌枕采用實體單元SOLID185模擬，鋼軌與道床板的扣件連接用線性彈簧單元COMBIN14模擬，采用連續均勻的非線性彈簧單元COMBIN39模擬基礎的豎向支承作用，定義其力-位移曲線，當彈簧受拉時剛度為0。通過ANSYS的APDL建模功能可以得到隧道內雙塊式無砟軌道模型，計算長度取80 m，如圖1~4所示。

圖1 雙塊式無砟軌道結構有限元模型

圖2 道床板混凝土有限元模型

2.2 材料本構關系

2.2.1 混凝土本構關系

圖3 道床板上層鋼筋網

圖4 道床板下層鋼筋網

圖5 混凝土彈性模量

一般在有限元中，常用的混凝土應力—應變模型有2種：美國E.Hognestad建議的模型和德國Rüsch建議的模型[5]。本文有限元分析混凝土時混凝土單軸應力應變關系上升段采用文獻[6]規定的公式，下降段則采用E.Hognestad模型的處理辦 法，即：

課堂監視主要是對學生上課期間的狀態進行監督，在日常的課堂學習時，由于各種原因包括但不限于玩手機、睡覺、思想開小差等等行為。雖然學生在教室里，但是他們的狀態并不是在學習，他們的注意力并沒有放在學習內容上。因此雖然人在教室，并沒有起到學習效果，浪費了時間。利用Deep Learning的人臉識別系統，對學生的學習狀態進行時時監督，學生的眼睛是否盯著黑板，是否有低頭、伏案、左顧右盼等行為。發現這些不當行為，及時予以提醒糾正，有效的提高學生課堂學習效果。

式中：c為峰值應力(棱柱體極限抗壓強度)；0為相當于峰值應力時的應變，取0.002；cu為極限壓應變，取0.003 5。

理論分析中，鋼筋的應力—應變關系采用理想化的模型。在單向加載情況下，鋼筋的應力—應變曲線被分為3個階段：彈性階段，屈服階段和強化階段。為簡化起見，常把鋼筋的應力—應變曲線理想化，對不同性能的鋼筋建立不同的應力—應變曲線數學模型：1) 雙直線模型適用于流幅較長的低強度鋼材；2) 雙斜線模型可以描述沒有明顯流幅的高強度鋼筋或鋼絲的應力—應變曲線；3) 三折線模型可以描述流幅較短的軟鋼，要求它可以描述屈服后立即發生應變強化，并能正確地估計高出屈服應變后的應力。

列車豎向荷載設計值取255 kN[11?12]，單軸雙輪作用于道床板上拱最大處。

按照規范計算和規定可分別求得=2，0=0.002，cu=0.003 5，上述曲線可用一系列數據點擬合以便輸入，本文采用多線性等向強化模型MISO模擬。

以上為在ANSYS中定義沿平行鋼筋方向和垂直鋼筋方向線性彈簧單元Combin14時需要的關系式。線性彈簧的彈簧剛度根據鋼筋與混凝土黏結滑移模型推導，模型中的Combin14單元能夠比較準確的模擬鋼筋與混凝土的黏結滑移關系。

2.2.3 鋼筋與混凝土間的黏結滑移本構關系

[3] 《李克強在第十九次中國-東盟領導人會議上闡述中方在南海問題上的立場》，《人民日報》2016年9月8日，第2版；《和平之海 友誼之海 合作之海——中國-東盟國家海上聯合搜救沙盤推演側記》，《中國水運報》2016年9月28日，第5版。

鋼筋與混凝土間的黏結作用是保證鋼筋與混凝土共同受力，協調變形的工作基礎，黏結應力與滑移變形之間的關系也是鋼筋與混凝土結構力學分析中最重要的本構關系之一[7?10]。本文在建立模型時，在相應位置上的鋼筋單元節點和混凝土節點之間，沿平行于鋼筋方向和垂直于鋼筋方向雙向布置，建立2個線性彈簧單元，并通過彈簧常數()定義彈簧的剛度。線性彈簧的彈簧系數式由鋼筋與混凝土的黏結滑移本構模型推導得到。

1)鋼筋與混凝土間縱向(平行于鋼筋方向)相互作用的本構關系如下：

對于鋼筋混凝土有限元模型，黏結力與滑移量的關系如下：

式中：0為實測上拱最大失度23.5 mm；0為實測上拱段落長度41 m。

由此可以得到縱向彈簧剛度系數：

該項目自開車以來，黑水角閥在該工況下基本滿足使用要求，通過了東北極寒地區條件下的考驗，在GE水煤漿煤氣化裝置中運行狀況相對穩定，為氣化爐的安全運行提供了保障，從而保證了裝置安全、平穩、長周期滿負荷的運行。黑水角閥也存在著缺陷，仍有完善的空間，本文通過對黑水角閥閥芯、閥座的沖刷腐蝕和閥門氣蝕閃蒸的研究分析，提出了合理優化方案，期望對相關的生產企業提供參考性價值。

式中：為混凝土受拉彈性模量；n為鋼筋高度處混凝土梁的凈寬；為梁寬；為聯結單元沿鋼筋縱向的間距。

屋子里很快想起鼾聲。響屁連天。我們破天荒地睡了個懶覺，被李大頭喊起來時，天已完全亮了。我們提著褲子，急匆匆尋露天廁所。室內的廁所不夠這么多人排泄。

一般認為鋼筋混凝土構件發生破壞時，鋼筋變形仍處于屈服階段。本文在保證精度的同時，簡化了鋼筋的應力應變曲線，采用雙線性等向強化模型BISO模擬。

2) 垂直于鋼筋方向的彈簧剛度可以采用下式計算：

2.3 材料參數選取

根據貴廣鐵路隧道地段CRTSⅠ型雙塊式無砟軌道結構設計圖，有限元建模中所采用的尺寸參數和材料物理參數如表1和表2所示。

2.4 荷載選取

計算時，分別考慮2種工況，即單獨考慮道床板上拱和道床板上拱與列車荷載耦合作用。對鋼軌下對應道床板節點施加位移約束以模擬實測上拱曲線，根據實測道床板上拱情況，曲線模式取為：

色澤和硬度數據重復6次，其他均重復3次，結果以表示；數據處理采用SPSS 21.0及Origin 8.1軟件，Duncan's多重比較，顯著水平為P<0.05。

式中：為鋼筋的直徑；為聯結單元沿鋼筋縱向的間距。

浮萍家族的成員雖然都很微小，但卻有著較高的營養價值。科學家研究發現，浮萍含有多種維生素和豐富的植物性蛋白，營養價值可與黃豆媲美。

表1 模型尺寸參數

表2 有限元分析參數

2.2.2 鋼筋本構關系

2.5 計算結果及分析

2.5.1 道床板上拱計算結果及分析

當僅考慮道床板上拱，通過有限元模型求解，可以得到道床板垂向變形曲線如圖6所示，道床板混凝土縱向應力云圖如圖7所示，道床板內鋼筋應力云圖如圖8所示。

圖6 道床板垂向變形曲線

圖7 道床板混凝土縱向應力

圖8 道床板鋼筋應力

結合圖8可知，當隧道內道床板發生上拱變形，道床板最大縱向拉應力和最大縱向壓應力分別為0.63 MPa和1.09 MPa，均小于C40軸心混凝土抗拉強度設計值1.71 MPa和軸心混凝土抗壓強度設計值19.1 MPa；混凝土未發生開裂且道床板內鋼筋應力較小，最大拉應力和壓應力分別為4.33 MPa和4.27 MPa，均遠小于鋼筋屈服強度。

本文結果顯示引起肺癌患者院內感染的病原菌多為耐藥條件的致病菌，其中以革蘭氏陰性菌為主，占(61.67%)，其次為革蘭氏陽性菌(31.67%)，真菌占6.67%。我們所分離并觀察到的細菌前五類分別是銅綠假單胞菌，肺炎克雷伯菌，大腸埃希菌，鮑曼不動桿菌，金黃色葡萄球菌。在真菌中，白色加絲酵母菌為主。與之前的報道結果一致[8-9]。在治療過程中，由于細菌的多樣性以及肺癌患者機體免疫力低下，所以抗感染治療選用廣譜抗菌素且對腎毒性小的藥物聯合使用[10]。

2.5.2 道床板上拱與列車荷載耦合作用計算結果及分析

同時考慮道床板上拱與列車荷載作用時，通過有限元模型求解，可以得到道床板垂向變形曲線如圖9所示，道床板混凝土縱向應力云圖，如圖10所示，道床板內鋼筋應力云圖如圖11所示。

結合圖9和圖10可知當隧道內道床板同時考慮上拱變形和列車荷載時，道床板最大縱向拉應力和最大縱向壓應力分別為1.14 MPa和1.70 MPa，均小于C40軸心混凝土抗拉強度設計值1.71 MPa和軸心混凝土抗壓強度設計值19.10 MPa；混凝土未發生開裂且道床板內鋼筋應力較小，最大拉應力和壓應力分別為6.07 MPa和5.99 MPa，均遠小于鋼筋屈服強度。

“盡管取得了一定的成績，但還需要在實際工作中不斷地進行總結、學習、創新。在就診環境、流程優化、細節管理上還須下功夫。”王莉說道，針對就醫環境問題，醫院打算根據就醫流程來重新布局門診一樓，如進一步整合與優化服務窗口，將“辦公室式”服務窗口打造成“全開放式”服務窗口；延伸“分時段”概念，深入挖掘“互聯網+”的內涵，使檢驗/檢查、候床信息、車位等網上適時跟進，實現居家等候檢驗/檢查、居家候床……

圖9 道床板垂向變形曲線

圖10 道床板混凝土縱向應力

圖11 道床板鋼筋應力

3 結論

1) 道床板最大縱向拉、壓應力分別為0.63，1.09，1.14和1.70 MPa，均小于C40軸心混凝土抗拉、壓強度設計值。

1.1一般資料2015年10月至2017年3月我院選取了80例胸外科肋骨骨折患者進行分析,分成低劑量組和常規劑量組,均有40例。常規組是24例男性和16例女性,年齡16至72歲,平均(44.2±5.6)歲;低劑量組是28例男性和12例女性,年齡14至70歲,平均(42.3±5.7)歲。兩組患者的普通資料不具有統計學差異性,能進行對比分析。

2) 道床板內鋼筋應力較小，最大拉應力和壓應力分別為4.33，4.27，6.07和5.99 MPa，均遠小于HRB335鋼筋屈服強度。

3) 正常運營條件下雙塊式無砟軌道結構強度滿足要求。

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[11] TB 10621—2014, 高速鐵路設計規范[S]. TB 10621—2014, Code for design on high speed railway [S].

[12] TB 10015—2012, 鐵路無縫線路設計規范[S]. TB 10015—2012, Code for design on continuously welded rail track[S].

(編輯 陽麗霞)

Study on mechanical characteristics of double block ballastless track in Gaotian tunnel due to water disaster

OUYANG Xuanyu

(China Railway 18 Bureau Group Municipal Engineering Co., Ltd, Tianjin 300222, China)

The upwarp of bed slab of CRTSⅠ double block ballastless track due to water disaster in Gaotian tunnel of Guiyang-Guangzhou high speed railway was taken as the background, the finite element model of CRTSⅠ double block ballastless track structure in tunnel was established by using ANSYS software, the detailed track structural parameters were considered. The stress state of the track structure under the action of the upwarp of the bed slab as well as the coupling action of the upwarp of the bed slab and the train load was analyzed based on the actual deformation of upwarp. The results show: The maximum longitudinal tensile and compressive stresses of concrete for ballast slab are 1.14 MPa and 1.70 MPa, respectively, which are less than the design values of tensile and compressive strength of C40 concrete; The maximum tensile stress and the tensile stress of steel are 6.07 MPa and 5.99 MPa, respectively, which are much smaller than the yield strength of HRB335 steel bars; Under the normal operation condition, the strength of double block ballastless track meets the requirements. The research results have reference value for guiding the tunnel to resume normal traffic.

high speed railway; tunnel; CRTSⅠ double-block ballastless track; upwarp; mechanical characteristics

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2018.12.006

U213

A

1672 ? 7029(2018)12 ? 3060 ? 06

2017?11?10

歐陽旋宇(1974?)，男，湖南益陽人，高級工程師，從事土木工程施工管理工作；E?mail：ou666yang@126.com