吉軍立
(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán) 合肥有限公司,安徽 合肥 230001)
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淺析城市道路下穿高鐵的影響與分析
吉軍立
(中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán) 合肥有限公司,安徽 合肥230001)
摘要:隨著高速鐵路建設(shè)的不斷發(fā)展,越來(lái)越多城市道路項(xiàng)目與高鐵交叉,在此情況下,文章研究了道路下穿高鐵的結(jié)構(gòu)形式,結(jié)合典型的工程實(shí)例,對(duì)道路下穿高鐵進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全數(shù)值分析,并提出相應(yīng)的建議方案和工程措施。
關(guān)鍵詞:城市道路;下穿;高鐵;樁板結(jié)構(gòu)
0引言
目前,我國(guó)正處于高速鐵路和城際鐵路的高速發(fā)展期,已有多條線路投入運(yùn)營(yíng),另有多條高速鐵路和城際鐵路正在建設(shè)之中。由于高速鐵路和城際鐵路所經(jīng)過(guò)的地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,新建或改擴(kuò)建城市道路與既有高速鐵路交叉時(shí),作為國(guó)家運(yùn)輸大動(dòng)脈的鐵路,為保證其正常運(yùn)營(yíng),采取穩(wěn)妥可靠的交叉方式、結(jié)構(gòu)形式以及施工方法十分必要。尤其是穿越電氣化鐵路、高速鐵路時(shí),無(wú)論是國(guó)家層面出臺(tái)的《鐵路安全管理?xiàng)l例》,還是鐵路總公司或地方路局的多個(gè)文件規(guī)定,都對(duì)穿越鐵路構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)營(yíng)提出嚴(yán)格而明確的要求。
高速鐵路作為電氣化鐵路,系統(tǒng)性、集成性非常高,道路設(shè)計(jì)之前應(yīng)全面詳細(xì)調(diào)查鐵路現(xiàn)狀,充分考慮現(xiàn)狀作業(yè)條件、機(jī)具配置以及工程規(guī)劃;此外,高速鐵路對(duì)沉降位移等有著嚴(yán)格要求,地質(zhì)條件較差的地區(qū),需要對(duì)受影響的高鐵進(jìn)行安全分析檢算。目前,道路穿越高鐵的主要形式有輕型路基、重力式擋土墻結(jié)構(gòu)、排樁結(jié)構(gòu)、U型槽結(jié)構(gòu)、樁板結(jié)構(gòu)及橋梁結(jié)構(gòu)等[1-5]。
1勝利東路樁板結(jié)構(gòu)工程實(shí)例
蚌埠市勝利東路道路“快慢”升級(jí),對(duì)既有道路進(jìn)行市政化改造,改造后為S101省道的重要組成部分,同時(shí)又是S307的共線段。由于沿線非機(jī)動(dòng)車(chē)及行人等慢行交通需求的快速增加,使老路過(guò)境交通與城市組團(tuán)間的區(qū)間交通通行能力逐漸降低,交通通行問(wèn)題逐漸凸顯。本項(xiàng)目作為蚌埠市東向出城的重要通道,需對(duì)老路進(jìn)行市政化改造(規(guī)劃路幅為45 m),實(shí)現(xiàn)道路的“快、慢”分行,既保證道路沿線企業(yè)、單位居民的出行要求,也能保證過(guò)境交通通行能力的要求。
勝利東路于合蚌客專(zhuān)2 km+438.55 m處蚌南聯(lián)絡(luò)線特大橋13#~14#橋墩之間下穿,與道路夾角為43°22′59″。該段合蚌客專(zhuān)橋型為48 m+80 m+48 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁,梁長(zhǎng)為177.3 m,中支點(diǎn)梁高為6.4 m,跨中梁高為3.8 m,梁寬為12.2 m。
1.1工程方案
勝利東路擬建場(chǎng)地地形平坦,工程地質(zhì)層從上到下依次為:① 雜填土(Qml),層厚為1.30~4.70 m。② 黏土(Q4al+pl),層厚為3.70~16.90 m。③ 黏土(Q4al+pl),層厚為9.90~16.30 m。④ 全風(fēng)化混合花崗巖,層厚為1.00~5.70 m。⑤ 強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖,層厚為0.80~5.40 m。⑥ 弱風(fēng)化混合花崗巖,揭露層厚為3.50~6.00 m。
下穿高鐵段機(jī)動(dòng)車(chē)道、輔道、人行道兩幅分幅設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)采用6 m×20 m鋼筋混凝土樁板結(jié)構(gòu),單幅橋面橫向布置為:0.5 m防撞墻+2.0 m人行道+3.0 m輔道+0.5 m防撞墻+11.5 m機(jī)動(dòng)車(chē)道+0.5 m防撞墻。橋面每幅寬度為18 m,梁高為1.1 m,翼緣板寬度為 0.75 m。下部結(jié)構(gòu)為5-φ1.0 m鉆孔樁基礎(chǔ),樁間距為3.5 m與3.75 m。為減少管道施工對(duì)樁板施工及高鐵樁基的影響,道路下市政管線宜從兩側(cè)鄰跨明挖直埋或頂管機(jī)械頂進(jìn)施工。道路下穿高鐵如圖1所示。
圖1下穿高鐵處橫斷面圖
1.2有限元結(jié)構(gòu)安全分析
結(jié)構(gòu)安全分析采用數(shù)值模擬的方法,利用Plaxis 3D Foundation 軟件分別模擬鉆孔樁施工、道路板開(kāi)挖、道路板澆筑和運(yùn)營(yíng)荷載幾種不同工況對(duì)合蚌客專(zhuān)的影響。
(1) 鉆孔灌注樁施工對(duì)高鐵橋墩和樁基的影響。建立道路鉆孔樁開(kāi)挖三維有限元模型,高鐵樁基直徑為1.0 m,下穿處樁長(zhǎng)為21.5 m、22.5 m,樁基持力層地基承載力σ0為1 000 kPa。道路樁基為直徑1 m鉆孔灌注樁,樁長(zhǎng)為22 m,道路樁基持力層地基承載力σ0為500 kPa。
鉆孔樁施工對(duì)高鐵橋墩的影響較小,詳見(jiàn)表1所列。選取13#、14#橋墩下距離道路鉆孔樁最近的樁基進(jìn)行分析,如圖2所示。
表1 各墩頂變形數(shù)據(jù) mm
圖2 道路鉆孔樁施工13#、14#墩樁基變形圖
(2) 道路板開(kāi)挖對(duì)高鐵橋墩和樁基的影響。道路板開(kāi)挖深度為1.1 m,單幅寬為18 m,間距為1 m,板長(zhǎng)為120 m。道路板開(kāi)挖施工對(duì)高鐵橋墩的影響較小,詳見(jiàn)表2所列。選取13#、14#橋墩下距離道路鉆孔樁最近的樁基進(jìn)行分析,如圖3所示。
表2 各墩頂變形數(shù)據(jù) mm
圖3道路板開(kāi)挖階段13#、14#樁基變形圖
(3) 道路板澆筑對(duì)鐵路橋墩的影響。開(kāi)挖至樁板結(jié)構(gòu)底標(biāo)高后,施工板結(jié)構(gòu)。道路板澆筑對(duì)高鐵橋墩的影響較小,詳見(jiàn)表3所列。選取13#、14#橋墩下離道路鉆孔樁最近的樁基進(jìn)行分析,如圖4所示。
表3 各墩頂變形數(shù)據(jù) mm
圖4道路板澆筑階段13#、14#墩樁基變形圖
(4) 運(yùn)營(yíng)荷載對(duì)高鐵橋墩和樁基的影響。運(yùn)營(yíng)階段施工對(duì)高鐵橋墩的影響較小,詳見(jiàn)表4所列。選取13#、14#橋墩下距離道路鉆孔樁最近的樁基進(jìn)行分析,如圖5所示。
表4 各墩頂變形數(shù)據(jù) mm
圖5運(yùn)營(yíng)階段高鐵13#、14#墩樁基變形圖
(5) 高鐵各墩頂累積變形位移,詳見(jiàn)表5所列。
表5 高鐵各墩頂累積位移 mm
經(jīng)計(jì)算分析,墩頂?shù)乃胶拓Q向位移均小于1.0 mm,各橋墩縱向水平位移、橫向水平位移及豎向沉降均滿足規(guī)范要求[6-10]。
2分析建議
(1) 道路線位選定。由于城市道路新建或改擴(kuò)建與高速鐵路交叉處是影響高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全的重要敏感點(diǎn),所以,在新建道路選線時(shí)應(yīng)慎重,盡量避免采用較小半徑曲線與小角度交叉方式穿越。
(2) 新建公路與已建或在建高速鐵路(含客運(yùn)專(zhuān)線及城際鐵路)以橋梁方式交叉跨越時(shí),應(yīng)優(yōu)先選擇公路下穿高速鐵路(含客運(yùn)專(zhuān)線及城際鐵路)的方案。下穿高鐵通常有輕型路基、U槽結(jié)構(gòu)及樁板結(jié)構(gòu)下穿等方案,凡是涉及這樣的項(xiàng)目要報(bào)鐵路管理局或高鐵相關(guān)管理部門(mén)審批,因此,方案選擇是否合理,對(duì)高鐵橋墩的影響往往成為方案選擇的最關(guān)鍵因素[11-12]。
3結(jié)論
(1) 對(duì)于高鐵橋下道路橫斷面,通常采用規(guī)劃道路橫斷面,如果在布置橋下斷面時(shí)受到高鐵下部橋墩基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的影響,以不影響高鐵橋墩和滿足道路使用功能為原則,與總體設(shè)計(jì)道路設(shè)計(jì)單位協(xié)調(diào),適當(dāng)壓縮非機(jī)動(dòng)車(chē)與人行道斷面,保持機(jī)動(dòng)車(chē)道斷面;或機(jī)動(dòng)車(chē)道與非機(jī)動(dòng)車(chē)道、人行道分幅布置,分別從主跨孔與鄰孔穿越進(jìn)行處理。雙向機(jī)動(dòng)車(chē)道樁板結(jié)構(gòu)宜分幅布置,以利板結(jié)構(gòu)的后期結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),同時(shí),對(duì)既有道路擴(kuò)建的施工可采用半幅通行半幅封閉的方案。
(2) 對(duì)于道路配套管網(wǎng),按照鐵路管理局與高鐵管理部門(mén)的要求,應(yīng)采用護(hù)套管方式在高鐵下穿越,結(jié)合管網(wǎng)覆土深度施工采用頂管或明挖工藝。
(3) 下穿高鐵道路的安全設(shè)施應(yīng)在設(shè)計(jì)中考慮齊全,高鐵橋墩鄰機(jī)動(dòng)車(chē)道一側(cè)應(yīng)設(shè)置SS級(jí)防撞墻,墻外邊緣距離高鐵橋墩最小凈距不小于2.5 m,墩身設(shè)置安全警示標(biāo)志。在有超高車(chē)輛通行或橋下凈高不足5.0 m的橋下出入口,按部頒標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置限高防護(hù)架。
(4) 下穿高鐵樁板結(jié)構(gòu)中樁基與既有鐵路橋橋墩的樁基中心距大于6倍樁徑(為兩者中較大樁徑),以減小鉆孔樁施工對(duì)高鐵橋墩的影響。施工過(guò)程中應(yīng)對(duì)高鐵橋墩周?chē)扇》雷o(hù)措施,并制定專(zhuān)項(xiàng)橋墩與地基沉降監(jiān)測(cè)與應(yīng)急方案。
(5) 現(xiàn)澆板圬工實(shí)體量較大,應(yīng)加強(qiáng)混凝土水化熱處理及地基沉降預(yù)防措施。對(duì)于新建、改擴(kuò)建道路中斷高鐵檢修通道的項(xiàng)目,應(yīng)在新建道路上預(yù)留出入口,恢復(fù)并貫通檢修通道。
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收稿日期:2016-01-13;修改日期:2016-01-19
作者簡(jiǎn)介:吉軍立(1983-),男,山西夏縣人,中鐵上海設(shè)計(jì)院集團(tuán)合肥有限公司工程師.
中圖分類(lèi)號(hào):U442.5
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
文章編號(hào):1673-5781(2016)01-0063-03