閆東旭

(鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

京滬高鐵是我國中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃中投資規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的一項工程，全線優(yōu)先采用以橋代路的方式，最大限度節(jié)約寶貴的土地資源，橋梁長度約占正線長度的86.5%，故橋墩沉降問題是關(guān)系到線路和列車安全運(yùn)行的重大技術(shù)問題。通過數(shù)值計算軟件對京滬高速鐵路某橋墩沉降量進(jìn)行了數(shù)值建模分析。

1 工程概況

本工點(diǎn)位于京滬高速鐵路德州至禹城特大橋A89和A90橋墩之間，石濟(jì)客專德州南上行聯(lián)絡(luò)線下鉆京滬高速鐵路處，交叉里程為右LDK333+236.344=京滬高速鐵路左線DK333+014.59，交叉角度約49°。工點(diǎn)周邊地形平坦，地勢低洼，零星分布水塘，路塹最大挖深2.1 m，基坑最大挖深3.4 m，地下水位取各個鉆孔處水位平均深度2 m。

2 實例數(shù)值分析

目前巖土路基工程中用得較多的數(shù)值分析軟件是由美國ITASCA咨詢公司開發(fā)的差分法程序FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions)，可以模擬巖土或其他材料的三維力學(xué)行為。FLAC3D將計算區(qū)域劃分為若干六面體單元，每個單元在給定的邊界條件下遵循指定的線性或非線性本構(gòu)關(guān)系，如果單元應(yīng)力使得材料屈服或產(chǎn)生塑性流動，則單元網(wǎng)格及結(jié)構(gòu)可以隨著材料的變形而變形，這就是所謂的拉格朗日算法，這種算法非常適合于地基變形問題。

對橋墩沉降量的分析可采用該數(shù)值計算軟件，數(shù)值模型主要包含以下幾種土體材料：粉土、黏土、粉質(zhì)黏土和粉砂，故采用摩爾庫倫本構(gòu)關(guān)系計算其沉降量。主要土體參數(shù)如表1所示。

表1 土體材料參數(shù)

京滬高速鐵路橋墩荷載按照32.16 kN/m/單線采用。德州南聯(lián)絡(luò)線路基荷載計算結(jié)果如下：雨棚柱節(jié)點(diǎn)力取530 kN，計算沿線路方向線荷載為176 kN/m，地表壓力為17.6 kPa。

由于新建德州南聯(lián)絡(luò)線需進(jìn)行下挖和增建雨棚柱，數(shù)值計算分三種工況進(jìn)行：①無新建聯(lián)絡(luò)線影響工況；②新建聯(lián)絡(luò)線開挖工況；③新建聯(lián)絡(luò)線開挖后加載工況。聯(lián)絡(luò)線與京滬高速鐵路交叉狀況如圖1所示，線路夾角為50°，石濟(jì)客運(yùn)專線下挖斷面如圖2所示。

圖1 線路交叉示意

圖2 石濟(jì)客專下挖斷面示意(單位：m)

不考慮新建聯(lián)絡(luò)線影響工況模型網(wǎng)格和考慮新建線路影響工況A-A、B-B剖面模型網(wǎng)格如圖3～圖5所示。A-A剖面和B-B剖面的線路交叉開挖部位中心距離橋墩水平距離(圖4中EG兩點(diǎn)水平距離)分別為17.6 m和11.6 m，開挖寬度(圖4中DF兩點(diǎn)距離)為15.2 m，深度(圖4中CD兩點(diǎn)距離)為3 m。

圖3 無新建線路影響工況

圖4 考慮新建線路A-A剖面

圖5 考慮新建線路B-B剖面

經(jīng)過計算分析，可得三種工況下的沉降量云圖，如圖6至10所示。

圖6 自然工況沉降云圖

圖7 A-A剖面開挖后沉降云圖

圖8 B-B剖面開挖后沉降云圖

圖9 A-A剖面開挖加載后沉降云圖

圖10 B-B剖面開挖加載后沉降云圖

3 結(jié)論

通過云圖顯示可知，無新建聯(lián)絡(luò)線影響工況下，橋墩沉降量約為1.25 cm；開挖后A-A剖面橋墩沉降量為1.35 cm，B-B剖面橋墩沉降量為1.50 cm；開挖加載后A-A剖面橋墩沉降量為1.48 cm，B-B剖面橋墩沉降量為1.60 cm。開挖對橋墩造成的附加沉降約為1～2.5 mm，雨棚柱荷載對橋墩造成的附加沉降約為1 mm，開挖加載對橋墩A-A，B-B剖面造成的不均勻沉降約為1～1.5 mm。該建模及計算方法可行，交叉路基對橋墩沉降的影響總體不大，對類似下鉆高速鐵路工點(diǎn)橋墩沉降計算具有指導(dǎo)意義。由于石濟(jì)客運(yùn)專線工程還沒有具體實施，結(jié)論的精確程度有待工程驗證。

[1] 鐵道第三勘察設(shè)計院集團(tuán)公司.新建石濟(jì)客專德州至濟(jì)南段補(bǔ)定測工程地質(zhì)報告[R].天津：鐵三院，2012

[2] 陳育民，徐鼎平.FLAC/FLAC3D基礎(chǔ)與工程實例[M].北京：中國水利水電出版社，2009

[3] 龔紀(jì)文，席先武，王岳軍，等.應(yīng)力與變形的數(shù)值模型方法——數(shù)值模擬軟件FLAC介紹[J].華東地質(zhì)學(xué)院學(xué)報，2002，25(3):220-227

[4] 寇曉東，周維垣，楊若瓊.FLAC3D進(jìn)行三峽船閘高邊坡穩(wěn)定性分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2001，20(1):6-10

[5] 劉波，韓彥輝.FLAC原理實例與應(yīng)用指南[M].北京：人民交通出版社，2005

[6] 劉漢東，張勇，等.巖土工程數(shù)值計算方法[M].鄭州：黃河水利出版社，1995

[7] 殷宗澤，錢家歡.土工原理與計算[M].北京：中國水利水電出版社，1996

[8] 張學(xué)言.巖土塑性力學(xué)[M].北京：人民交通出版社，1993

[9] 鄭穎人，龔曉南.巖土塑性力學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，1989

[10] 盧廷浩，高貴全，陳劍.蓄水后土石壩應(yīng)力變形有效應(yīng)力算法[J].巖土力學(xué)，2005，26(2):247-250