陳天福

摘要：下穿鐵路橋梁的施工往往會(huì)對(duì)既有鐵路線產(chǎn)生較大的影響，容易產(chǎn)生較大的沉降和變形。如何減少現(xiàn)有鐵路線由于施工引起的附加影響，確保施工及鐵路的安全運(yùn)營非常重要。本文對(duì)下穿鐵路框構(gòu)橋的防護(hù)加固設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，分析軌道沉降量驗(yàn)證加固設(shè)計(jì)的合理性。

關(guān)鍵詞：框構(gòu)橋；加固；沉降

1引言

目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，鐵路的分割作用日漸顯著，隨著速度的不斷提高，鐵路橋涵、路基和軌道等工程結(jié)構(gòu)對(duì)沉降的要求變得更加嚴(yán)格，鐵路的沉降問題受到了密切關(guān)注。臨近現(xiàn)有的鐵路修建新的建筑物，新建建筑物基礎(chǔ)會(huì)對(duì)周圍土層產(chǎn)生壓應(yīng)力。極易造成原有建筑物沉降變形。目前雖有一些此方面的研究和探討，但相對(duì)較少。

本文結(jié)合某省火車站下穿鐵路框構(gòu)橋頂進(jìn)工程實(shí)例，對(duì)臨近普速場的線路加固設(shè)計(jì)，分析沉降量，驗(yàn)證其技術(shù)的合理性，為以后類似工程提供借鑒作用。

2主體設(shè)計(jì)

該橋?yàn)橄麓┠郴疖囌菊緢鲨F路框構(gòu)橋，與火車站站場XII道正交，軸長為142.5m，高10.5m。機(jī)動(dòng)車道為雙向四車道，兩側(cè)各設(shè)3.0m人行道。框構(gòu)橋主體采用C35鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，抗?jié)B等級(jí)P8。其主體結(jié)構(gòu)如圖1所示

該橋址所處地層基本可分四層，從上到下依次為雜填土、粉土、粗圓礫土、細(xì)圓礫土。該橋的框構(gòu)基底坐落于a0=500kPa的細(xì)圓礫土層上。所處于地下水埋深3.5-4.0m處，屬潛水型地下水，水的補(bǔ)給來源為大氣降水，水位的季節(jié)變化幅度1-2m。

3普速場加固設(shè)計(jì)

為確保鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩\(yùn)行，必須進(jìn)行現(xiàn)有鐵路線普速場的加固。選擇的加固形式應(yīng)本要著對(duì)運(yùn)輸干擾較小，確保鐵路運(yùn)輸正常安全，同時(shí)方便施工的原則，并結(jié)合路基土質(zhì)、頂進(jìn)框構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸、框構(gòu)頂以上覆土厚度以及施工季節(jié)和地下水位變化情況等因素綜合決定，本次普速場加固方案采用縱橫抬梁加固、路基旋噴加固、頂進(jìn)框構(gòu)地基加固及兩側(cè)路基加固、路橋過渡段加固等。

3.1縱橫梁加固

框構(gòu)橋頂進(jìn)期間，鐵路1-5道線路采用155C橫抬梁進(jìn)行加固（圖2），橫梁間距0.8m，縱梁支墩采用C20混凝土結(jié)構(gòu)，縱梁下設(shè)50×50cm混凝土支點(diǎn)帶，頂進(jìn)前端以5道東側(cè)設(shè)置的鉆孔樁為支頂樁，加固期間列車限速45km/h。

3.2路基旋噴樁加固

為防止框構(gòu)橋頂進(jìn)期間普速場側(cè)天窗過大，對(duì)普速場框構(gòu)橋兩側(cè)既有鐵路路基進(jìn)行旋噴樁固化。為便于施工，工作坑滑板底到距離既有線10.6m范圍采用直徑60cm間距0.4m高壓旋噴樁對(duì)地基進(jìn)行加固，高壓旋噴樁除加固地基外，還兼有工作坑封底的作用，以防止基坑開挖隆起變形對(duì)鐵路產(chǎn)生影響。

3.3頂進(jìn)框構(gòu)地基加固及兩側(cè)路基加固

在頂進(jìn)框構(gòu)下及框構(gòu)兩側(cè)各15m范圍內(nèi)采用壓漿固化對(duì)地基進(jìn)行加固，壓漿固化深度需穿透土層至框構(gòu)底板底以下9.0m?？驑?gòu)頂進(jìn)就位后，框構(gòu)邊墻與路基間坍塌的部分采用級(jí)配碎石填充后，再用鋼花管進(jìn)行注漿處理。并在框構(gòu)兩側(cè)路基各20m范圍內(nèi)，路基面以下0.5m做C15素混凝土塊處理。

3.4路橋過渡段加固

框架橋頂進(jìn)過程中以及施工完成后，均應(yīng)及時(shí)對(duì)框架橋兩側(cè)的路橋過渡段進(jìn)行跟蹤補(bǔ)充注漿，以填充加固框架橋頂進(jìn)過程中在路橋過渡段形成的松弛區(qū)域，防止路橋過渡段出現(xiàn)較大的不均勻沉降。

4沉降分析

4.1計(jì)算模型

通過有限差分軟件FLAC建立三維模型進(jìn)行計(jì)算，假定土層、框架橋、縱橫梁體系均為連續(xù)介質(zhì)。模型以框架橋縱軸線方向?yàn)閥軸，垂直框架橋縱軸線為x軸，豎直方向?yàn)閦軸。根據(jù)框架橋和鐵路路基的空間位置關(guān)系，建立三維計(jì)算模型如下圖3所示。模型中設(shè)置了框架橋、土層、縱梁、橫梁以及鐵路線共計(jì)五個(gè)模塊。土層在頂進(jìn)過程中考慮其塑性變形，采用Mohr-Coulomb準(zhǔn)則，而框架橋及縱橫梁僅考慮其彈性變形，采用線彈性本構(gòu)關(guān)系。

模型的計(jì)算工況主要有：

工況1：框架橋頂進(jìn)前的初始狀態(tài)模擬；

工況2：路基旋噴加固措施下框架橋的頂進(jìn)模擬；

工況3：框架橋橋身段注漿加固后的頂進(jìn)模擬。

4.2結(jié)果分析

4.2.1工況1

初始狀態(tài)土層的豎向變形指土層在自重作用下的初始沉降，用于驗(yàn)證模型的正確性，在框架橋頂進(jìn)模擬之前，這部分初始沉降將清空為零?？蚣軜蝽斶M(jìn)前土層的初始位移場如圖4所示。

4.2.2工況2

計(jì)算時(shí)假設(shè)框架橋頂進(jìn)至0+90m位置，即頂進(jìn)掌子面位于普速場3道下方。僅在路基旋噴加固措施下，計(jì)算結(jié)果表明，無列車荷載作用下的鐵路軌道靜態(tài)最大沉降變形為14.0mm，有列車荷載作用下的動(dòng)態(tài)最大沉降為26.3mm（圖5）。

4.2.3工況3

計(jì)算時(shí)假設(shè)框架橋頂進(jìn)至0+90m位置，即頂進(jìn)掌子面位于普速場3道下方。

計(jì)算結(jié)果表明，框架橋橋身段土層注漿加固后，無列車荷載作用下的鐵路軌道靜態(tài)最大沉降變形為6.1 mm，有列車荷載作用下的動(dòng)態(tài)最大沉降為18.3mm。

計(jì)算結(jié)果表明，在現(xiàn)有加固措施下，無列車荷載作用下的鐵路軌道靜態(tài)最大沉降變形為14.0mm，有列車荷載作用下的動(dòng)態(tài)最大沉降為26.3mm。根據(jù)《鐵路線路修理規(guī)則》（鐵運(yùn)[2006]146號(hào)）對(duì)線路軌道幾何尺寸容許偏差值的規(guī)定，臨時(shí)修補(bǔ)靜態(tài)高低容許偏差為10mm，動(dòng)態(tài)容許偏差為24mm?，F(xiàn)有加固措施只對(duì)框架橋兩側(cè)的路橋過渡段進(jìn)行了旋噴樁加固，而框架橋橋身段的土層未進(jìn)行注漿處理，因此導(dǎo)致框架橋頂進(jìn)過程中，掌子面前方坍塌范圍較大，橫梁懸空距離較長，鐵路軌道靜態(tài)和動(dòng)態(tài)沉降變形較大，超過了線路軌道的容許偏差值?？蚣軜驑蛏矶瓮翆幼{加固后，鐵路軌道靜態(tài)最大沉降變形為6.1mm，動(dòng)態(tài)最大沉降為18.3mm，滿足線路軌道的容許偏差值（圖6）。

5結(jié)論

通過有限差分程序FLAC計(jì)算對(duì)框構(gòu)橋施工進(jìn)行沉降分析，列車荷載引起的路基沉降變形小于軌道動(dòng)態(tài)幾何尺寸容許偏差值，框構(gòu)橋運(yùn)營階段變形對(duì)鐵路運(yùn)營影響較小?？蚣軜蚴┕ひ鸬穆坊两底冃问琼斶M(jìn)橋涵所需控制的重點(diǎn)，待路基沉降穩(wěn)定后再進(jìn)行下一步工序。此外要嚴(yán)格控制框構(gòu)橋兩側(cè)旋噴樁及注漿施工質(zhì)量，使框架橋兩側(cè)與路基過渡段剛度不連續(xù)引起的不均勻沉降變形滿足規(guī)范要求。本框構(gòu)橋的設(shè)計(jì)及分析希望能為以后類似工程提供可借鑒經(jīng)驗(yàn)。