黨永生

（甘肅公路航空旅游研究院有限公司， 甘肅 蘭州 730000）

隨著公路路網(wǎng)和鐵路路網(wǎng)的不斷完善，公路與鐵路的交叉點(diǎn)急劇增加，新建工程對(duì)已建工程的影響也越來(lái)越大，尤其對(duì)已運(yùn)營(yíng)高速鐵路的影響尤為嚴(yán)重。國(guó)家鐵路局也制定了相關(guān)規(guī)范，對(duì)高速鐵路結(jié)構(gòu)安全和運(yùn)營(yíng)安全提出了具體指標(biāo)要求。公路設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分調(diào)查交叉情況，對(duì)已建工程的路線走向，交叉處的構(gòu)造物尺寸，輪廓外緣及標(biāo)高做詳細(xì)的調(diào)查，進(jìn)而采用科學(xué)控制指標(biāo)，選擇合理技術(shù)方案，避免或減少對(duì)運(yùn)營(yíng)鐵路的干擾。

1 公路橋梁上跨高鐵隧道情況

公路橋梁為通定高速澗灘村2號(hào)大橋,位于定西市通渭縣澗灘村，交叉處公路樁號(hào)為K29+949，寶蘭客專運(yùn)營(yíng)里程K1496+880，平面交叉型式為通定高速公路上跨寶蘭客專陽(yáng)坡莊隧道，交叉角114.98°。[1]

陽(yáng)坡莊隧道地處黃土高原溝壑、梁茆區(qū)，位于牛骨河左岸，地面高程一般為2070～2300m，區(qū)內(nèi)黃土梁茆起伏，溝壑縱橫，隧道區(qū)溝谷深切多呈“V”字型。山坡上多為風(fēng)積黃土覆蓋，溝心局部基巖裸露，梁頂植被覆蓋較差，隧道全長(zhǎng)為7645.5m。隧道建筑限界采用高速鐵路建筑限界，隧道內(nèi)輪廓采用“通隧（2008）0201”中的襯砌內(nèi)輪廓，軌面以上有效凈空面積為92m2，隧道內(nèi)線間距為4.6m。隧道設(shè)置雙側(cè)救援通道，救援通道寬度不小于1.5m，高2.2m，其外側(cè)距線路中線不得小于2.3m。隧道采用復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)采用噴錨支護(hù)。

澗灘村2號(hào)大橋位于通渭縣澗灘村，橋梁沿黃土梁峁斜坡布設(shè)，溝谷兩岸岸坡陡峭，地勢(shì)復(fù)雜，大橋主要跨越溝道和兩岸臺(tái)地農(nóng)道，橋梁規(guī)模主要受兩岸地形控制，本橋上跨寶蘭客運(yùn)專線隧道，全長(zhǎng)936m，上部結(jié)構(gòu)為23×20+（55+100+55）+13×20m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，主橋55+100+55m現(xiàn)澆整體箱梁，引橋采用預(yù)制小箱梁。下部為柱式墩、柱式臺(tái)，基礎(chǔ)為摩擦樁基礎(chǔ)。[2]

K29+949澗灘村2號(hào)大橋與寶蘭客專隧道交叉處，寶蘭客專隧道洞頂距地面17m，橋墩樁基距寶蘭客專隧道外緣最小距離為30.75m。

2 橋梁上跨隧道的安全性分析

2.1 安全性分析的目的以及需要解決的問(wèn)題

澗灘村2號(hào)大橋主橋采用55+100+55m連續(xù)梁的主跨上跨寶蘭客專陽(yáng)坡莊隧道，橋梁樁基礎(chǔ)距離隧道襯砌邊緣最小距離為30.75m，因此樁基礎(chǔ)的施工以及公路橋在運(yùn)營(yíng)階段有可能對(duì)隧道圍巖的整體性產(chǎn)生擾動(dòng)，對(duì)鐵路隧道工程產(chǎn)生影響，從而危及鐵路結(jié)構(gòu)的運(yùn)營(yíng)安全。橋梁施工以及在運(yùn)營(yíng)階段對(duì)隧道工程產(chǎn)生的不安全因素進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，確保隧道結(jié)構(gòu)的安全和施工人員、機(jī)具設(shè)備等安全。通過(guò)對(duì)澗灘村2號(hào)大橋?qū)﹃?yáng)坡莊隧道的安全性影響進(jìn)行評(píng)估，預(yù)測(cè)各施工階段以及運(yùn)營(yíng)階段對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響程度和可能帶來(lái)的危害，從而對(duì)大橋的建設(shè)提出指導(dǎo)性意見(jiàn)、對(duì)危害部位采取防范措施，回避風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)

既有鐵路隧道運(yùn)營(yíng)的控制指標(biāo)和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)從隧道結(jié)構(gòu)變形、受力、穩(wěn)定、建筑限界等方面來(lái)考慮制定，安全性分析主要采用安全系數(shù)及位移變形作為主要控制指標(biāo)。

參考《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》（TB10182-2017）第3.0.2及3.0.3條的相關(guān)規(guī)定，安全性分析變形控制指標(biāo)暫定水平位移:2mm，豎向位移：2mm。[3]

2.3 分析方法

經(jīng)過(guò)查閱寶蘭客專陽(yáng)坡莊隧道的施工圖檔案，通過(guò)對(duì)澗灘村2號(hào)大橋與陽(yáng)坡莊隧道的相對(duì)位置關(guān)系及地質(zhì)情況進(jìn)行分析，結(jié)合具體的設(shè)計(jì)和施工組織方案，采用理論分析計(jì)算的手段，分析澗灘村2號(hào)大橋在施工及運(yùn)營(yíng)階段對(duì)隧道產(chǎn)生的影響，并進(jìn)行安全分析。

2.4 橋梁建設(shè)對(duì)既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)影響的數(shù)值模擬分析

根據(jù)K29+949澗灘村2號(hào)大橋橋型布置圖來(lái)進(jìn)行建模計(jì)算，選用MIDAS軟件對(duì)橋梁以及隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行模擬計(jì)算，根據(jù)影響范圍并考慮到邊界條件的影響范圍，有限元模型建模情況如下圖所示，計(jì)算模擬范圍如圖模型長(zhǎng)度取350m，寬度260m，高度130m，共有587736個(gè)單元。[4]

模型圖

土體本構(gòu)模型采用摩爾-庫(kù)倫模型，采用三維實(shí)體單元進(jìn)行模擬，本構(gòu)關(guān)系考慮為彈塑性；橋墩、承臺(tái)采用實(shí)體單元模擬，摩擦樁基礎(chǔ)采用梁?jiǎn)卧M，本構(gòu)關(guān)系為彈性；隧道初次襯砌和采用板單元模擬，本構(gòu)關(guān)系為彈性。橋上部荷載及通車(chē)運(yùn)營(yíng)后橋面活載采用施加于橋墩頂?shù)募泻奢d來(lái)模擬。尺寸、參數(shù)設(shè)置均按照?qǐng)D紙實(shí)際情況進(jìn)行模擬。

荷載工況：本計(jì)算模擬分為三種工況進(jìn)行，分別考慮隧道兩側(cè)橋梁樁基承臺(tái)施工開(kāi)挖過(guò)程和施工結(jié)束后橋梁自重與運(yùn)營(yíng)荷載對(duì)于隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。[5]

計(jì)算模擬過(guò)程：地應(yīng)力平衡→施作隧道結(jié)構(gòu)（工況1）→承臺(tái)樁基開(kāi)挖（工況2）→樁基礎(chǔ)施工→承臺(tái)施工→基坑回填→橋梁上部結(jié)構(gòu)施工→運(yùn)營(yíng)后橋面車(chē)輛活荷載施加（工況3）。

2.4.1 陽(yáng)坡莊隧道襯砌位移變形

陽(yáng)坡莊隧道襯砌結(jié)構(gòu)受澗灘村2號(hào)大橋橋墩基礎(chǔ)的施工及運(yùn)營(yíng)影響，通過(guò)計(jì)算可得出如下結(jié)論：

澗灘村2號(hào)大橋橋墩基礎(chǔ)施工及建成運(yùn)營(yíng)通車(chē)后對(duì)陽(yáng)坡莊隧道產(chǎn)生的最大位移位于橋梁與隧道相交處的隧道拱肩位置，最大豎向位移1.980mm，最大水平位移0.865mm，本次安全評(píng)估暫定的變形控制指標(biāo)豎向和水平位移為2mm，所以滿足要求。

工況3作用下豎向位移（單位：m）

2.4.2 陽(yáng)坡莊隧道襯砌安全系數(shù)驗(yàn)算

從計(jì)算結(jié)果中提取拱頂、拱肩、拱腰以及拱腳的內(nèi)力值，可以看出拱頂、拱肩、拱腰以及拱腳均為受壓控制，其中拱頂為最不利位置。根據(jù)《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》中的要求，結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)限值取為2.0。

陽(yáng)坡莊隧道襯砌斷面各部位安全系數(shù)驗(yàn)算表

上表為各荷載工況作用下，隧道襯砌斷面各部位安全系數(shù)驗(yàn)算表，其中隧道襯砌的橫斷面的受力都是壓彎狀態(tài)，表中的軸力是壓力。從上表中可以看出在橋梁在施工及運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下，隧道各部位的安全系數(shù)符合規(guī)范要求。

2.4.3 陽(yáng)坡莊隧道襯砌裂縫驗(yàn)算

根據(jù)查閱《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》，鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)構(gòu)件，考慮長(zhǎng)期荷載作用的影響進(jìn)行計(jì)算時(shí)，表面裂縫計(jì)算寬度限值不應(yīng)大于0.2mm，對(duì)于e0≤0.55h0的偏心受壓構(gòu)件，可不驗(yàn)算裂縫寬度。

2.5 安全性分析結(jié)論

綜上可得：陽(yáng)坡莊隧道結(jié)構(gòu)受澗灘村2號(hào)大橋建設(shè)施工以及運(yùn)營(yíng)的影響，24號(hào)墩和25號(hào)墩的基礎(chǔ)距離隧道結(jié)構(gòu)較近，隧道結(jié)構(gòu)在橋梁建設(shè)施工以及后期運(yùn)營(yíng)對(duì)隧道有一定的影響，隧道襯砌結(jié)構(gòu)的最大豎向位移為1.980mm，最大水平位移為0.865mm，符合本次評(píng)估暫定的變形控制指標(biāo)，隧道襯砌斷面的安全系數(shù)、裂縫寬度滿足規(guī)范要求。

3 安全保障措施

總體來(lái)說(shuō)跨越地下隧道橋梁施工存在最大的安全隱患是橋墩樁基礎(chǔ)施工時(shí)對(duì)既有寶蘭客專陽(yáng)坡莊隧道襯砌結(jié)構(gòu)的影響。因此在施工中必須進(jìn)行危險(xiǎn)源的分析和評(píng)價(jià)，對(duì)于特別重大的危險(xiǎn)源必須采取切實(shí)有效的安全防護(hù)措施后才能施工，確保隧道結(jié)構(gòu)安全和施工人員、機(jī)具設(shè)備等安全。

（1）施工前，由技術(shù)負(fù)責(zé)人向所有參加施工人員進(jìn)行安全技術(shù)交底，明確施工方案。

（2）施工前應(yīng)準(zhǔn)確測(cè)量隧道位置，確保隧道襯砌結(jié)構(gòu)所處位置與設(shè)計(jì)位置相一致。

（3）連續(xù)梁防撞欄防護(hù)等級(jí)采用HA 級(jí)，以降低交通事故導(dǎo)致車(chē)輛墜落造成對(duì)隧道結(jié)構(gòu)的影響。

（4）施工時(shí)不得隨意變更樁基礎(chǔ)施工方案或有損于地下隧道結(jié)構(gòu)安全的施工方案，在施工期間要確保鐵路的運(yùn)行安全。

4 結(jié)語(yǔ)

制定橋梁方案前應(yīng)與鐵路部門(mén)進(jìn)行協(xié)商溝通，對(duì)鐵路隧道的空間位置進(jìn)行詳細(xì)實(shí)測(cè)，制定科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方案，針對(duì)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)進(jìn)行安全性分析，確保方案安全可行。通過(guò)安全性分析，發(fā)現(xiàn)施工中可能出現(xiàn)的安全隱患，并提出防范措施，既保證了項(xiàng)目的順利建設(shè)，又保證了鐵路隧道的運(yùn)營(yíng)安全。