[发明专利]一种地铁隧道道床剥离试验装置及试验方法

说明书

一种地铁隧道道床剥离试验装置及试验方法，模型箱内壁面铺设多个管片，螺栓将多个环管片连接成为管片整体结构，两块道床并列安装在环管片整体结构上，反力架的水平段沿平行于模型箱轴线方向贯穿整个模型箱，反力架的两个竖向段固定在模型箱外部，施加动力载荷于两块道床接缝处的激振器安装在反力架上，道床和管片整体结构上分别安装有位置传感器。激振器施加的激振力和频率分别为按原型模型相似比1000:1和0.316:1确定。本装置通过调整激振器相关参数，准确反映不同列车载荷下地铁道床剥离的变化情况，以研究道床剥离机理及规律性。

技术领域

本发明属于隧道工程技术领域，具体涉及一种地铁隧道道床剥离试验装置及试验方法，通过室内试验研究地铁工程中隧道道床剥离机理及规律，解决列车安全运行问题。

背景技术

术语解释：地铁隧道道床：道床是轨道的重要组成部分，是轨道框架的基础。主要作用是支撑轨枕，把轨枕上部的巨大压力均匀地传递给路基面，固定轨枕的位置，减少路基变形并缓和机车对钢轨的冲击。地铁隧道道床是在盾构管片铺装完成后，在管片上部整体浇筑混凝土而成的道床。

道床剥离：地铁隧道运营过程中，在列车振动荷载的长期作用下，整体道床结构与隧道管片结构会产生裂缝，随着运营时间增长裂缝逐步扩展，导致道床与管片剥离，影响列车运行安全；

模型试验：依据相似原理，制成与原型相似但缩小了尺度的模型进行实验研究，将研究结果应用于原型的一种重要的试验研究方法。由于道床剥离的发生位置隐蔽，为保证地铁运营安全，无法在现场进行研究，因此利用模型试验的方法对剥离问题的机理进行研究。

我国城市轨道交通正处于高速发展的时期，目前已经成为世界最大的轨道交通市场。伴随着城市轨道交通的快速发展，相关病害机理的研究对于后期的运营安全具有十分重大的意义。在我国一些城市的地铁运营中出现过道床与盾构管片剥离的现象。如上海地铁1号线黄陂南路站-人民广场站区间内，发现隧道与道床间接触的部位发生开裂，产生了贯通的裂缝，部分位置还出现了渗漏水和翻浆冒泥的现象；广州地铁1号线东山口站-体育西站区间，在通车运营后不久也出现了类似的病害；成都地铁3号线区间在运营后也出现了不同程度的剥离病害。在此背景下，为了保证地铁运营安全，有必要对道床剥离病害的机理进行详细研究。

在隧道病害机理研究时，需要进行理论研究、数值仿真与室内模型试验：

1)论文《盾构隧道沉降下整体道床变形及层间脱空分析》(彭华,梁延科,蔡小培,马文辉.盾构隧道沉降下整体道床变形及层间脱空分析[J].铁道工程学报,2018,35(01):95-99+105).运用ABAQUS建立轨道-整体道床-管片衬砌空间耦合有限元模型，同时依托北京机场线的管片沉降监测数据，分析了盾构隧道管片沉降下整体道床力学特性。该方法依托现场监测数据建立数值模型对道床变形脱空的力学特性进行了分析，但也有一定缺陷：1.由于是根据已经变形脱空后的隧道开展的模拟工作，因此只能对发生变形后的道床力学特征进行分析，而无法分析道床脱空的发展过程，2.仅通过理论研究和数值模拟的方法对变形机理分析，而没有通过室内模型试验来验证，存在一定不足。

2)专利权人为西安建筑科技大学，中国专利申请号CN202021797653.4与202010864769.3，介绍了一种模拟地铁隧道列车运营振动的试验装置，试验装置包括模型箱、隧道模型、载荷加载设备、传感器组、动态信号测试分析系统。模型箱内部填充土体，隧道模型埋置于模型箱内部的土层中，载荷加载设备用以施加列车激振荷载，传感器组埋设于模型箱内的土层中及隧道模型上，动态信号测试分析系统置于模型箱外侧。该专利能够模拟不同隧道埋深、不同地层含水率下的列车运营引起的隧道及周边地层的动力响应，但仍存在以下不足：1.该专利主要针对列车振动诱发的环境振动及隧道沉降特征研究，而对于隧道结构内部的管片结构与道床结构没有具体研究，对道床结构-管片结构的接触面等隐蔽位置的变形特征没有考虑，无法用于剥离病害机理的研究；2.对于列车振动频率，移动荷载位置的影响未进行研究，对振动荷载影响的研究不足。