陳廣樹

(遼寧省公路勘測設計公司 沈陽市 110006)

隨著我國地方經(jīng)濟的快速發(fā)展，公路與市政工程下穿高速鐵路的數(shù)量日益增多，高速鐵路對下穿工程安全要求高，設計和施工難度大，因此下穿構(gòu)筑物的建設及使用已成為影響高速鐵路運營安全的主要因素之一[1]。

1 工程概況

為滿足地方經(jīng)濟社會發(fā)展的實際需要，規(guī)劃某市政路從某高速鐵路里程DK66+282.200處采用U型槽下穿，如圖1所示，U型槽內(nèi)側(cè)寬度為凈24.5m，下穿處該高速鐵路采用4×32m簡支梁結(jié)構(gòu)。該高速鐵路為城際鐵路，有砟軌道。市政路下穿處，將高速鐵路2號橋墩置于中央分隔帶內(nèi)，并設置防撞墻。

圖1 高鐵橋與U型槽的立面位置關系圖(單位：m)

2 風險源分析

高速鐵路上跨市政路處凈空約為2.5m，橋下地面高程為93.0m。根據(jù)設計資料，U型槽下穿高速鐵路底板的底標高87.238m，即橋下地面到U型槽底板底距離5.762m。開挖深度較大，為避免全斷面開挖卸載對高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)響應影響較大，采用分段開挖施工方法[2]。

市政路下穿處施工和運營過程中，對既有橋梁結(jié)構(gòu)有一定影響，為了評估U型槽下穿方案的可行性，避免高速鐵路下穿處施工和運營期間既有橋梁出現(xiàn)異常，影響其正常運營，需首先找出潛在風險源，然后針對各風險因素進行分析研究。經(jīng)風險分析，安全評估內(nèi)容如下：U型槽下穿高速鐵路施工和運營過程中，土層受力狀態(tài)變化引起鐵路橋梁橋墩位移變化評價。

3 基坑開挖對地下水的影響

地下水位的變動會改變土體的浮力，從而導致既有結(jié)構(gòu)的附加應力的改變，會導致既有結(jié)構(gòu)位移的變化，因此對于U型槽土體的開挖，需要充分考慮地下水的影響?！豆放c市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》6.0.9條規(guī)定當?shù)叵滤惠^高時，應在U型槽和框架結(jié)構(gòu)基坑支護結(jié)構(gòu)外側(cè)設置截水帷幕，禁止坑外抽降地下水[1]。

本項目基坑四周設置止水帷幕，并在沿公路方向200m范圍內(nèi)同樣設置止水帷幕，止水帷幕采用雙排水泥土攪拌樁，直徑為0.60m，間距為0.35m，咬合0.15m，樁長15m，基底混凝土封底，對坑外水位影響較小，符合規(guī)范規(guī)定。建議施工時，對地下水位進行監(jiān)測，并制定相關安全措施。本項目地質(zhì)主要以粉質(zhì)粘土為主，為弱透水層，透水量較小。經(jīng)計算該項對高鐵影響較小，所以對此不詳細論述。

4 安全評估模型建立及計算結(jié)果分析

4.1 U型槽下穿高速鐵路模型及計算工況

綜合考慮邊界效應及計算效率，以橋梁2號橋墩中間為中心，240m×40m×85m范圍內(nèi)土體建立模型。模型劃分為117100單元，159782節(jié)點。

4.2 U型槽下穿鄭焦鐵路模型計算工況

在三維實體模型中建立施工階段，模擬施工過程：

(1)開挖既有橋中心位置U型槽(1區(qū)域)，開挖寬度為9m(下底寬)。

(2)開挖完成后進行U型槽施工，U槽寬度為8m，施工完成后將U槽內(nèi)填土至道路路面高程。

(3)待第一節(jié)U槽施工完成后進行既有線左、右兩側(cè)U槽開挖(2和3區(qū)域)，開挖寬度為6.5m(下底寬)。隨著開挖進行，在區(qū)域1已施工U型槽上壓重25kN/m2。

(4)開挖完成后進行U型槽施工，U槽寬度為6m，施工完成后將U槽內(nèi)填筑路面至路面高程。

(5)待1、2和3節(jié)U槽施工完成后進行4和5區(qū)域基坑同時開挖，開挖寬度為9.5m(下底寬)。隨著開挖進行，在區(qū)域2和3已施工U型槽上壓重25kN/m2。

(6)開挖完成后進行U型槽施工，兩側(cè)U槽寬度均為10m，施工完成后將U槽內(nèi)填土至道路路面高程。完成后將U型槽上壓重分批、對稱撤下。

施工布置圖見圖2，計算工況詳見表1。

表1 計算工況

4.3 U型槽下穿高速鐵路及運營結(jié)果及分析

(1)墩臺位移

U型槽下穿高速鐵路和運營，會對下穿U型槽兩側(cè)1號～3號橋墩產(chǎn)生一定的影響。橋梁0～4號墩臺豎向位移、相鄰墩沉降差最大值計算結(jié)果，見表2，典型工況墩臺總位移圖見圖3和圖4，0～2號墩臺頂豎向位移隨施工工況變化見圖5。

圖3 0～4號墩臺總位移圖(工況10)

圖4 0～4號墩臺總位移圖(工況11)

U型槽下穿高速鐵路過程中2號橋墩豎向最大附加位移為2.44mm，與1號和3號墩相比，不均勻變化值最大為1.4mm，詳見圖5。1～3號墩沿既有鐵路縱向附加位移變化值最大為0.55mm，沿既有鐵路橫向附加位移變化值最大為0.06mm，詳見表3。

表3 1～3號橋墩墩頂水平位移(單位：mm)

圖5 0～2號墩臺頂豎向位移隨工況變化

參考《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》中3.0.3規(guī)定，本工程高速鐵路為有砟鐵路，墩臺頂位移限值為3mm[1]，2號橋墩豎向最大附加位移為2.44mm，與1號和3號墩相比，不均勻變化值最大為1.4mm，小于限值3mm，滿足規(guī)范規(guī)定。

(2)樁基軸力

從施工過程判斷，2號樁基在施工過程樁基軸力因為土體的加載卸載，樁基軸力會產(chǎn)生一定變化，為最不利樁基，以下給出2號樁基軸力圖(圖6、圖7)，2號樁基在各階段最不利角樁的軸力計算結(jié)果，見表4。

圖6 2號樁基軸力圖(工況5)

圖7 2號樁基軸力圖(工況8)

分析U型槽下穿工程施工和運營對高速鐵路橋樁基內(nèi)力影響可以看出，道路的施工會使得橋墩樁基內(nèi)力進行重分配，表4中列出的均為各階段最不利角樁的軸力計算結(jié)果，最大軸力5434kN，小于設計容許值5700kN，可得施工和運營的各階段下穿設計均可保證橋梁結(jié)構(gòu)基礎安全。

表4 2號樁基軸力計算結(jié)果(單位：kN)

綜上述分析，在下穿處采用U型槽，高速鐵路橋墩位移均可滿足相關規(guī)范及技術規(guī)程要求。

5 結(jié)語

采用U型槽下穿高速鐵路方案在施工和運營過程中，對既有鐵路橋梁產(chǎn)生一定影響，尤其大體積開挖基坑的時候，需要充分考慮基坑開挖順序以及地下水的影響，進行充分計算，確保結(jié)構(gòu)運營安全，同時，在施工過程中，做好監(jiān)控措施。本文對同類型下穿高鐵方案有一定的借鑒意義。