周大川 郭永建 謝永利

對(duì)于山區(qū)來(lái)說(shuō)，由于場(chǎng)地與經(jīng)費(fèi)的原因，公路與鐵路一般都是順溝、順河，甚至是沿坡并行修建。多數(shù)情況下是先有鐵路，后筑公路，或者是先有公路，后筑鐵路。對(duì)沿坡并行的工程來(lái)說(shuō)，后筑工程因削坡等原因，會(huì)改變先筑工程的環(huán)境條件，有可能造成先筑工程邊坡的不穩(wěn)定，需要進(jìn)行專門的分析。根據(jù)分析結(jié)果，在有依據(jù)的前提下，采取相應(yīng)的交流或工程措施既確保了鐵路路基的穩(wěn)定和安全運(yùn)營(yíng)，同時(shí)也可加強(qiáng)公、鐵雙方的團(tuán)結(jié)。文章選擇數(shù)值分析方法，對(duì)某高速公路K119+060公鐵并行線處的公路削坡對(duì)鐵路邊坡的影響進(jìn)行了分析[5，6]。

1 工程概況與計(jì)算模型

1.1 工程概況

該高速公路沿線有多處鐵路、公路并行。因鐵路工程在先，公路工程在后。鐵路工程在坡上、公路工程在坡下、設(shè)計(jì)的公路要削鐵路邊坡，考慮削坡對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全的影響選取鐵路與公路水平距離最近的K119+060處對(duì)鐵路工程最不利的邊坡進(jìn)行分析。該處挖方路塹地段地質(zhì)受區(qū)域構(gòu)造擠壓變形影響，巖體碎裂風(fēng)化強(qiáng)烈，按風(fēng)化強(qiáng)度可劃分為強(qiáng)風(fēng)化和弱風(fēng)化以及微風(fēng)化三個(gè)帶。根據(jù)設(shè)計(jì)文件提供的巖土體力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 巖土體計(jì)算參數(shù)

1.2 計(jì)算參數(shù)的選取與模型的建立

計(jì)算應(yīng)用大型商業(yè)有限元分析軟件Msc.Marc，建立二維平面應(yīng)變模型[7]。邊坡巖土體采用線性Mohr-Coulomb屈服準(zhǔn)則，Marc軟件中采用的線性Mohr-Coulomb準(zhǔn)則實(shí)際上是線性的D-P屈服準(zhǔn)則，其中屈服函數(shù) α，σy為與C，φ值相關(guān)的試驗(yàn)常數(shù)，計(jì)算式見(jiàn)式(1)。

鐵路所在位置采用線彈性問(wèn)題分析，計(jì)算網(wǎng)格劃分如圖1所示。

火車運(yùn)行速度選取為120 km/h，單輪軸荷載為160 kN，鐵軌間距1 435 mm，多節(jié)車廂施加形式為單節(jié)的重復(fù)，在此不再贅述。

1.3 計(jì)算工況

工況1:邊坡未開(kāi)挖時(shí)，施加火車輪軸動(dòng)荷載;工況2:邊坡一次性開(kāi)挖未加支護(hù)時(shí)，施加火車輪軸動(dòng)荷載;工況3:考慮邊坡開(kāi)挖不穩(wěn)定而采用錨桿支護(hù)時(shí)，施加火車輪軸動(dòng)荷載。

2 計(jì)算結(jié)果及分析

根據(jù)圖2中的位移矢量變形圖可知，若采用一次性開(kāi)挖，就會(huì)造成鐵路路基邊坡過(guò)大的變形而影響火車的安全運(yùn)營(yíng)，甚至因邊坡的失穩(wěn)而造成安全事故，則對(duì)于這種工況，應(yīng)采用邊開(kāi)挖邊支護(hù)的工程措施。該處工程采用邊開(kāi)挖邊錨桿支護(hù)的形式。錨桿加設(shè)形式如圖3所示，長(zhǎng)度8 m，埋設(shè)方向與水平方向夾角為20°。

通過(guò)開(kāi)挖邊坡受錨桿支護(hù)后的計(jì)算與分析，得出采取相應(yīng)處理措施后，是滿足工程要求的。

圖4中給出了受動(dòng)荷載時(shí)鐵軌兩側(cè)的動(dòng)態(tài)豎向位移時(shí)程，邊坡未開(kāi)挖時(shí)，左側(cè)最大位移為 0.195 mm，右側(cè)最大位移為0.001 mm，左側(cè)臨近邊坡處位移較大，左右鐵軌有不均勻的變形，但變形相對(duì)較小，屬于鐵路正常的安全運(yùn)營(yíng)范圍;邊坡開(kāi)挖未支護(hù)情況下，鐵軌兩側(cè)出現(xiàn)了大的動(dòng)態(tài)變形——左側(cè)最大動(dòng)態(tài)位移值為0.85 mm，右側(cè)最大動(dòng)態(tài)位移值為0.012 mm，變形量較大，且進(jìn)一步加大了兩側(cè)鐵軌的不均勻變形，使鐵路運(yùn)營(yíng)存在很大的不安全因素;采用錨桿邊開(kāi)挖邊支護(hù)形式處理的邊坡則沒(méi)有對(duì)鐵路產(chǎn)生較大的影響——鐵軌左側(cè)最大動(dòng)態(tài)位移為0.24 mm，右側(cè)最大動(dòng)態(tài)位移為0.002 3 mm，鐵軌變形基本接近于未開(kāi)挖情況下的變形情況，對(duì)左側(cè)稍有影響，對(duì)右側(cè)基本沒(méi)有影響，變形屬于鐵路正常的安全運(yùn)營(yíng)范圍?？梢?jiàn)采取適當(dāng)?shù)氖┕すに嚺c防護(hù)措施對(duì)鐵路路基的穩(wěn)定能夠起到很好的作用。

3 結(jié)語(yǔ)

1)公路與鐵路在順溝、順河、沿坡并行，先后修建且后建工程對(duì)先建工程有削坡時(shí)，一定要對(duì)先建工程進(jìn)行穩(wěn)定分析，依據(jù)穩(wěn)定分析結(jié)果采用相應(yīng)的處理措施。2)上述工況下若要進(jìn)行邊坡加固時(shí)，一定要采取邊開(kāi)挖邊支護(hù)的施工工藝，防止在施工期內(nèi)對(duì)先建工程造成損失。3)先建工程若是鐵路，則分析時(shí)最好要考慮火車輪軸的動(dòng)荷作用。4)詳細(xì)分析時(shí)要認(rèn)真考慮鐵軌、道碴所起的作用，也要考慮火車時(shí)速的影響。

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