王新勝

（甘肅信達(dá)建設(shè)工程咨詢有限公司，甘肅 蘭州 730000）

隨著公路下穿鐵路橋梁的不斷增多，《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定“下穿的公路或鐵路要綜合考慮地形地質(zhì)條件、運(yùn)營安全等要求，做好對(duì)鐵路橋的防撞、防洪、防排水設(shè)計(jì)和施工”[1]。《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》只規(guī)定施工后沉降量的限制[2]，而鐵路部門所關(guān)注的是公路下穿施工過程中對(duì)既有鐵路橋梁的沉降影響，特別是公路運(yùn)營后產(chǎn)生的附加荷載對(duì)鐵路橋梁沉降的影響。由于現(xiàn)階段并沒有相關(guān)的規(guī)范定量地指出公路因臨近既有鐵路橋梁施工及運(yùn)營而影響鐵路橋梁沉降的相關(guān)指標(biāo)，因此難以準(zhǔn)確體現(xiàn)公路道路施工及運(yùn)營期間是否對(duì)鐵路正常運(yùn)營帶來安全隱患。下面以某公路下穿既有鐵路橋梁為例，對(duì)公路施工、運(yùn)營期間對(duì)鐵路的影響進(jìn)行安全分析，為公路施工提供參考。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概述

某公路分別以左幅、右幅及A匝道路基形式下穿既有隴海線沈家河特大橋1、2、3號(hào)橋墩。公路與鐵路平面交叉關(guān)系如圖1所示。

圖1 公路與鐵路平面交叉關(guān)系圖

1.2 設(shè)計(jì)方案

隴海鐵路等級(jí)為國鐵Ⅰ級(jí)，雙線電氣化鐵路，本項(xiàng)目段運(yùn)行速度80km/h。隴海鐵路沈家河特大橋橋墩尺寸直徑3.48m，承臺(tái)尺寸4.9m×4.9m×2m，梁長(zhǎng)32m，兩墩凈距28.52m。新建公路左幅、右幅及A匝道下穿隴海鐵路橋孔。下穿橋墩路面寬分別為13m和15.31m。

路基最外側(cè)距隴海鐵路1、2、3號(hào)橋墩承臺(tái)距離分別為2.28m、1.28m、0.45m、0.29m，距1、2、3號(hào)橋墩距離分別為4.01m、2.97m、2.24 m、1.91 m。

1.3 土層參數(shù)取值

依照地質(zhì)資料，將施工場(chǎng)地的土層分別簡(jiǎn)化為如下若干個(gè)土層，并依據(jù)地質(zhì)資料中的土工試驗(yàn)報(bào)告確定土層相關(guān)地質(zhì)參數(shù)，見表1。

表1 土層地質(zhì)參數(shù)

2 有限元模型

采用大型通用有限元分析軟件Midas GTS-NX建立整體三維有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析，土體模型認(rèn)為各土層均呈勻質(zhì)水平層狀分布，且同一土層為各向同性采用巖土有限元分析軟件Midas GTS進(jìn)行模擬。模型長(zhǎng)度為200m，寬度160m，深度30m，土體采用修正摩爾-庫倫模型來模擬土的本構(gòu)關(guān)系，橋梁的樁基采用1D梁?jiǎn)卧M，其他結(jié)構(gòu)均采用3D實(shí)體單元模擬，橋梁的上部結(jié)構(gòu)均以荷載形式加載在橋墩上來模擬[3]，土體水平四周邊界采用水平約束，底邊界采用豎向約束[4]。

2.1 現(xiàn)狀、施工及運(yùn)營過程模擬

按公路建設(shè)完成進(jìn)行建模分析，分為：現(xiàn)狀階段、道路施工階段及道路運(yùn)營階段，分別對(duì)各階段進(jìn)行模擬，結(jié)果如圖2～6所示。

圖2 現(xiàn)狀階段模型

圖3 道路施工階段模型

圖4 道路運(yùn)營階段模型

圖5 道路施工階段土體沉降變形圖

圖6 道路施工階段隴海鐵路沈家河特大橋橋墩頂沉降變形圖

根據(jù)有限元分析軟件Midas GTS-NX建立整體三維有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析，道路施工對(duì)隴海鐵路沈家河特大橋的沉降變形結(jié)果見表2。

表2 道路施工階段樁基沉降計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表2計(jì)算結(jié)果可知：由于道路施工引起隴海鐵路橋梁基礎(chǔ)階段附加沉降最大值為-0.494mm，本階段附加累計(jì)沉降量0.047mm。

2.2 道路運(yùn)營對(duì)鐵路橋梁變形影響模擬分析

在道路施工階段的基礎(chǔ)上，激活運(yùn)營荷載來模擬本階段，結(jié)果如圖7和圖8所示。

圖7 道路運(yùn)營階段土體沉降變形圖

圖8 道路運(yùn)營階段隴海鐵路沈家河特大橋橋墩頂沉降變形云圖

根據(jù)有限元分析軟件Midas GTS-NX建立整體三維有限元模型進(jìn)行計(jì)算分析，道路運(yùn)營對(duì)隴海鐵路沈家河特大橋的沉降變形結(jié)果見表3。

表3 道路運(yùn)營階段樁基沉降計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表3計(jì)算結(jié)果可知：由于道路運(yùn)營引起隴海鐵路橋梁基單階段附加最大沉降值為-0.287mm，本階段附加累計(jì)沉降量-0.239mm。

3 結(jié)論

經(jīng)有限元定量計(jì)算分析表明，施工過程中引起的隴海鐵路階段附加沉降量為-0.494mm～0.541mm，階段累計(jì)附加最大沉降量為0.541mm，滿足《公路與市政工程下穿鐵路技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的附加最大沉降量2mm的限值要求；疊加設(shè)計(jì)值后的累計(jì)沉降量最大值為-2.045mm，滿足《鐵路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定的工后沉降量20mm的限值要求。