[发明专利]小净距重载铁路交叉隧道隧底位移的计算方法

说明书

本发明公开了一种小净距重载铁路交叉隧道隧底位移的计算方法，包括以下步骤：（ⅰ）计算重载列车运行作用于隧道道床垂直集中力；（ⅱ）计算列车荷载作用下隧底位移；（ⅲ）确定受列车荷载影响新建下穿隧道周边应力状态；（ⅳ）计算下穿隧道开挖引起的既有隧道隧底位移；（ⅴ）计算考虑列车荷载影响及下穿隧道开挖作用下既有隧道隧底位移。本发明通过对交叉段围岩进行受力分析，考虑重载列车附加荷载、既有隧道结构强度、岩体强度特性、交叉隧道埋深、交叉隧道夹层岩柱高度，分析计算小净距重载铁路交叉隧道隧底位移值，能够更好地预测隧道穿越工程中已建隧道的变形沉降量，从而满足既有隧道正常运营及新建隧道安全施工的需要。

技术领域

本发明属于一种隧道隧底位移的计算方法，具体涉及一种小净距重载铁路交叉隧道隧底位移的计算方法。

背景技术

随着我国交通线网密度的逐年增加，各类高风险交叉隧道逐年增多。其中，小净距重载铁路交叉隧道因上部重载列车轴重大、冲击荷载幅值高等因素的影响，交叉段下部新建隧道施工对上部既有重载铁路安全运营将产生极大风险。一般情况下，通过研究既有隧道结构的位移变形规律可以客观有效地判定隧道整体安全性。目前，关于既有隧道变形沉降预测的研究主要考虑新建隧道施工工法、隧道埋深及周边岩土地层参数等因素的影响，得出通过经验参数的修正的隧道变形沉降预测公式。需要指出的是，在下穿隧道近接施工过程中，受上部隧道重载列车荷载的影响，交叉段围岩受力状态将异常复杂，隧道变形沉降量会进一步加剧。因此，是否考虑重载列车附加荷载将直接影响对既有隧道结构位移变形预测值的准确性，关系到交叉隧道穿越工程的安全性。由于现有研究对小净距重载铁路交叉隧道隧底位移未提供简便、快捷的预测方法，且目前既有隧道结构沉降的计算大多未考虑隧道交叉段受到的重载列车附加荷载，造成既有隧道位移沉降量计算可靠性不足，既有隧道的正常运行及新建下穿隧道的安全施工得不到有效保障。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在的缺点而提出的，其目的是提供一种小净距重载铁路交叉隧道隧底位移的计算方法。

本发明的技术方案是：

一种小净距重载铁路交叉隧道隧底位移的计算方法，包括以下步骤：

(ⅰ)计算重载列车运行作用于隧道道床垂直集中力F_t(S1)；

(ⅱ)计算列车荷载作用下隧底位移u₁(S2)；

(ⅲ)确定受列车荷载影响新建下穿隧道周边应力状态(S3)；

(ⅳ)计算下穿隧道开挖引起的既有隧道隧底位移u₂(S4)；

(ⅴ)计算考虑列车荷载影响及下穿隧道开挖作用下既有隧道隧底位移u_d(S5)。

所述垂直集中力F_t的计算公式为：

F_t＝γ₁·a·b

式中：γ₁为换算土柱重度；a为换算土柱高度；b为换算土柱宽度。

所述列车荷载作用下隧底位移通过计算垂直集中力F_t作用下隧底应力状态和垂直集中力F_t作用下隧底位移u₁获得。

所述垂直集中力作用下隧底应力状态为：

所述垂直集中力作用下隧底位移u₁的计算公式为：

式中：E_t为既有隧道结构弹性模量；d₁为集中力作用下没有位移点与集中力垂向距离；r₁取既有隧道道床表层与隧底垂向距离l₁。