李聞秋

（中鐵上海設(shè)計院集團(tuán)有限公司，上海 200070）

為了確保高速鐵路列車運(yùn)營的安全性，軌道對鐵路橋墩墩頂?shù)母鞣较蛭灰?、沉降有著?yán)格的要求[1]。同時，考慮到臨近鐵路基坑施工對鐵路橋梁樁基礎(chǔ)的承載力也有不利影響，因此有必要定量分析臨近鐵路各類工程施工對鐵路橋梁的影響。

文章以某臨近高鐵的新建排洪站工程為背景，討論了排洪站工程施工、運(yùn)營過程對既有高速鐵路橋梁的影響。

1 工程概況

新建排洪站工程位于峨溪河中，主要工程包括新建泵站、節(jié)制閘、河道護(hù)底及河岸處擋墻等。寧安高鐵橋梁位于峨溪河北岸，靠近新建排洪站處，為2×（48+80+48）m連續(xù)梁。文章重點(diǎn)研究新建排洪站施工、運(yùn)營對319#～322#墩的影響，橋墩結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

工程平面圖如圖1所示。為了減小基坑內(nèi)開挖、降水、結(jié)構(gòu)施工對臨近高鐵的影響，新建排洪站工程在河岸側(cè)設(shè)置兩排鉆孔灌注樁擋墻。鉆孔樁樁長為33m，樁徑為1.5m，樁間距為1.7m，前后排樁間距為5.5m，樁間及樁前土體采用水泥土攪拌樁加固。新建灌注樁擋墻距321#墩最小距離為10.7m，新建灌注樁擋墻與321#墩基礎(chǔ)最小樁間距為12.8m。

排洪站與鐵路立面關(guān)系圖如圖2所示。圖2表示了排洪站與321#墩的立面關(guān)系，圖中防護(hù)樁擋墻前土體標(biāo)高為6.95m，節(jié)制閘底板底標(biāo)高3.4m，分別低于321#墩承臺底2.739m、6.289m。

根據(jù)《鐵路安全管理?xiàng)l例》，新建排洪站灌注樁擋墻位于鐵路線路安全保護(hù)區(qū)之內(nèi)，且基坑開挖深度低于鐵路承臺底，施工時鐵路樁側(cè)土勢必發(fā)生擾動，有必要分析新建排洪站施工、運(yùn)營對高速鐵路橋墩的影響[2]。

表1 橋墩參數(shù)表

圖1 工程平面圖（單位：m）

圖2 排洪站與鐵路立面關(guān)系圖（單位：m）

2 數(shù)值模擬分析

采用巖土工程有限元軟件PLAXIS 3D建立三維有限元模型，進(jìn)行數(shù)值計算與分析，分析排洪站工程施工對既有鐵路的影響。土體采用小應(yīng)變土體硬化（HSS）本構(gòu)模型，其基本特征是考慮了土體剛度的應(yīng)力相關(guān)性，顯著優(yōu)于其他土體本構(gòu)模型，如常用的摩爾-庫倫模型、鄧肯-張模型等，計算獲得的土體變形結(jié)果與工程實(shí)際吻合性較好[3-4]。計算采用的土體參數(shù)如表2所示。

表2 土體材料參數(shù)表

鐵路橋墩、承臺采用實(shí)體模擬，泵房、閘站施工及運(yùn)營荷載采用面荷載模擬。鐵路樁基礎(chǔ)、雙排鉆孔灌注樁采用Embedded樁單元模擬，河道內(nèi)雙排鋼板樁采用板單元模擬。施工時節(jié)制閘基礎(chǔ)施工水位為3m，泵房基礎(chǔ)施工水位為-0.5m。河岸側(cè)鐵路橋橋墩處水位為6.72m。

為了消除模型邊界效應(yīng)，沿X、Y、Z三個方向的邊界尺寸分別為300m、200m、100m，其中X為鐵路順橋向，Y為鐵路橫橋向，Z為豎向，有限元模型如圖3所示。

3 結(jié)果分析

有限元模型結(jié)合排洪站的施工步驟，分析了施工圍堰及防護(hù)結(jié)構(gòu)、基坑降水、基坑開挖、施工泵房與節(jié)制閘、基坑回填、恢復(fù)運(yùn)營6個工況對鐵路319#～322#墩頂各方向位移及樁底反力的影響。各施工步驟下橋墩墩頂?shù)淖冃稳鐖D4～圖6所示，樁底反力最大增幅如表3所示。

綜合圖4～圖6以及表3的數(shù)據(jù)可以看出，新建排洪站對320#、321#墩影響較為明顯，最大位移均出現(xiàn)在基坑開挖工況；319#、322#墩遠(yuǎn)離基坑，影響其變形、樁底反力的主要為施工圍堰及防護(hù)結(jié)構(gòu)工況。橋墩墩頂縱橋向最大位移為-1.32mm，發(fā)生在320#墩；最大橫橋向位移為1.87mm，最大豎向位移為-0.394mm，均出現(xiàn)在321#墩墩頂。

4 結(jié)論

通過對某臨近寧安高鐵的新建排洪站進(jìn)行土體-結(jié)構(gòu)三維有限元數(shù)值模擬，分析了施工圍堰、基坑降水、基坑開挖、施工排洪站、基坑回填、恢復(fù)運(yùn)營6個工況下鐵路橋墩橫橋向、順橋向、豎向變形值以及樁底反力的變化情況，得到了以下結(jié)論：

圖3 有限元模型

圖4 墩頂縱橋向位移變化圖

圖5 墩頂橫橋向位移變化圖

圖6 墩頂豎向位移變化圖

表3 橋墩樁底反力變化情況 單位：kN

（1）在充分考慮基坑防護(hù)措施后，新建排洪站施工對高鐵橋墩影響是可控的。墩頂順橋向、橫橋向、豎向變形的最大值均發(fā)生在工況3基坑開挖中，分別為1.32mm、1.87mm、-0.394mm，均小于《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》（TB 10182—2017）中墩頂各方向變形限值2mm的要求，可以滿足列車平穩(wěn)運(yùn)營要求[5]。

（2）施工排洪站引起鐵路橋梁樁底反力最大增幅為195kN，施工過程中樁基的最大承載力小于原設(shè)計提供的容許承載力，新建排洪站施工對鐵路橋梁樁基礎(chǔ)的安全性影響較小[6]。

5 施工建議

根據(jù)國內(nèi)臨近高鐵橋梁施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合工程當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)資料，分析該工程施工過程對橋梁墩臺基礎(chǔ)相關(guān)影響，提出以下建議：

（1）鐵路安全保護(hù)區(qū)內(nèi)，由于②層淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土為中等靈敏性～高靈敏性土，極易受擾動而失去原有強(qiáng)度，從而造成滑坡、垮塌等地質(zhì)災(zāi)害[7]。因此，建議施工時應(yīng)采取有效措施應(yīng)對，如采用功率和自重較小的施工設(shè)備、降低施工車輛的行進(jìn)速度，以及控制開挖速率、臨時堆載的速度和體量。

（2）施工過程應(yīng)避免采用重型機(jī)械振動碾壓，避免過大施工荷載傳遞至鐵路橋梁基礎(chǔ)，影響鐵路安全。

（3）在排洪站施工的各階段需有計劃地開展鐵路橋梁變形監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測成果，驗(yàn)證、校核理論分析結(jié)論，分析、判斷鐵路橋梁的安全狀態(tài)。