李少孟

中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600

隨著我國高速鐵路的快速發(fā)展，沿線城市逐漸開始依托新建高鐵車站進行高鐵新區(qū)的規(guī)劃開發(fā)，高鐵車站的配套市政工程建設至關重要。車站配套市政道路的建設不僅有利于提高其便捷性，也將為高鐵新區(qū)的建設格局帶來新的契機。但新建工程下穿高速鐵路施工勢必會對鐵路橋梁基礎產(chǎn)生影響，因此在新建市政道路下穿高速鐵路過程中保證橋梁的安全是一個十分重要的課題。

文章結合現(xiàn)行規(guī)范分析新建市政路下穿在建橋梁設計方案的合規(guī)性，并通過三維數(shù)值模擬，分析道路施工對鐵路橋梁的影響，根據(jù)結果進行安全性評價，同時提出規(guī)避風險的建議，為今后類似工程提供了參考。

1 工程概況及難點

1.1 工程概況

市政道路從杭紹臺鐵路臺州中心站特大橋34#～36#橋墩間分幅穿越，交叉角度約90°。杭紹臺鐵路為10線橋，34#～36#橋墩間上部結構均為32m簡支箱梁，橋墩為圓端形三柱框架式橋墩，墩高均為11.5m，承臺橫向總寬度分別為83.5m、74m、65m，承臺高度為2.2m，基礎為φ1.0m鉆孔灌注樁，樁長分別為58m、59m、59m。

東海大道為城市主干路，設計荷載為城-A級，設計時速為50km，采用樁板結構下穿在建鐵路橋梁，橋面距杭紹臺鐵路梁底凈距為9.43m。左、右幅樁板結構跨徑共120m，左幅樁基采用4根φ1m鉆孔灌注樁，樁間距為3.3m，右幅樁基采用5～6根φ1m鉆孔灌注樁，樁間距為3.430～ 4.186m。

落客平臺匝道采用整幅式斷面，橋梁全長147m，下穿在建鐵路橋梁，橋面距杭紹臺鐵路梁底凈距為5.2m。上部結構采用（34+60+53）m鋼箱梁，單箱單室結構，橋?qū)?.5m，下部結構橋臺處采用落地梁結構形式，以結構代填土，基礎為φ800mm鉆孔灌注樁。市政道路與杭紹臺鐵路位置關系如圖1所示。

圖1 東海大道及落客匝道與杭紹臺鐵路位置關系圖（單位：cm）

1.2 地質(zhì)概況

施工范圍內(nèi)地層為第四系全新統(tǒng)沖海積地層（Q4al+m）粉質(zhì)黏土；第四系全新統(tǒng)海積地層（Q4m）淤泥；第四系全新統(tǒng)沖湖積層（Q4al+l）粉質(zhì)黏土；第四系全新統(tǒng)沖海積層（Q4al+m）黏土、粉質(zhì)黏土；第四系上更新統(tǒng)沖湖積層（Q3al+l）黏土、粉質(zhì)黏土、含礫粉質(zhì)黏土。鐵路及市政路承臺位于粉質(zhì)黏土層，鉆孔樁主要位于淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土層；地基土承載力僅120kPa，不宜采用路基形式下穿。

1.3 主要難點

綜合考慮地層條件、相對位置關系、鐵路變形控制、施工難度、風險等因素，東海大道采用樁板結構形式下穿施工。其主要難點如下：（1）新建樁板結構左幅與杭紹臺鐵路橋墩最小距離僅為2.28m，右幅與杭紹臺鐵路橋墩最小距離為2.97m，樁板施工對鐵路墩臺影響大；（2）新建樁板左幅樁基與鐵路既有樁基最小距離僅4.04m，右幅樁基與鐵路既有樁基最小距離僅4.05m，僅約等于4d（d為下穿工程樁徑），軟層地層中鐵路既有樁基受擾動大，進而導致墩臺變形；（3）市政道路與鐵路箱梁同步施工，相互干擾大，延長了施工周期，增強了相互影響效應。

2 設計方案合規(guī)性分析

對市政道路下穿高鐵設計要求的規(guī)定評價設計方案如下：（1）東海大道左、右幅橋面距杭紹臺鐵路梁底凈距為9.43m，落客匝道橋面距杭紹臺鐵路梁底凈距為5.2m，大于4.5m，滿足城市道路限界高度要求；（2）樁板結構防撞護欄為HA級，滿足護欄防撞等級采用現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定的最高等級要求；（3）新建樁板結構邊緣投影未侵入高鐵橋梁承臺范圍，滿足規(guī)范中規(guī)定樁板結構邊緣其投影線與高鐵鐵路承臺邊緣線不得重疊的要求；（4）東海大道樁板結構外側與既有高速鐵路橋墩最小距離為2.28m，規(guī)范要求凈距不宜小于2.5m，但該項目樁板結構外側設置了HA級防撞護欄，可保證運營期間鐵路橋梁運行安全。

3 計算與分析

3.1 三維有限元模型

采用巖土有限元軟件MIDAS GTS NX建立包括巖土、橋樁、承臺、橋墩、樁板結構等結構的三維模型，并進行數(shù)值計算分析。根據(jù)新建樁板結構與既有橋梁的位置關系，并滿足一定邊界效應，模型整體尺寸為170m×110m×75m。

模型采用位移邊界條件：側面限制水平位移，底部限制垂直位移，模型上表面取為自由邊界。土體、墩臺、承載板等采用實體單元模擬，樁基礎采用梁單元模擬。有限元整體模型如圖2所示，實體墩、樁基、樁板結構空間布置圖如圖3所示。

圖2 有限元整體模型

圖3 實體墩、樁基、樁板結構空間布置圖

3.2 土層參數(shù)

土體強度準則為Mohr-Coulomb準則，土體共劃分為6層，具體參數(shù)取自工程地質(zhì)勘察報告或參考區(qū)域其他工程，如表1所示。

表1 土層參數(shù)

3.3 施工階段模擬

模擬計算分為四個主要階段：初設應力場、高鐵施工、新建樁板結構施工、道路運營，具體施工步驟如表2所示。

表2 施工步驟

3.4 計算結構分析

通過計算，市政路施工、運營過程中高鐵橋墩的最大豎向沉降為4.40mm，滿足20mm的規(guī)范控制限值要求；最大沉降差為2.73mm，滿足5mm的規(guī)范控制限值要求；最大縱橋向位移為2.73mm，滿足28.2mm的控制限值要求；最大橫橋向位移差為0.80mm，滿足16mm的控制限值要求，各工況下橋梁墩臺累計變形如表3所示。

表3 各工況下橋梁墩臺累計變形 單位：mm

新建市政道路施工后，臺州中心站特大橋34#～36#橋墩樁基單樁最大承載力仍小于容許承載力，高鐵橋樁安全，具體如表4所示。

表4 高鐵橋樁單樁承載力對照表 單位：kN

通過計算結果分析，臺州中心站配套市政道路東海大道及落客匝道下穿杭紹臺鐵路施工及運營對鐵路墩臺的影響在安全范圍內(nèi)，市政路以樁板結構型式近距離下穿高速鐵路方案具有可實施性。

4 結論

根據(jù)實際工程地質(zhì)條件和結構設計方案進行合規(guī)性分析及三維數(shù)值計算，得到新建樁板結構施工和運營對高速鐵路墩臺變形的影響，主要結論如下：（1）設計方案符合相關規(guī)范強條，但由于東海大道結構外側距鐵路橋墩較近，應對臨橋墩側護欄進行加強，并在東海大道左、右幅來車方向設置減速帶，以保證運營期鐵路橋墩安全；（2）在市政道路的施工和運營中，引起的高鐵橋梁墩臺的最大豎向位移、最大順橋向位移、最大橫橋向位移差均小于規(guī)范安全限值，工程設計方案具有可實施性；（3）樁板結構實際施工時建議左、右幅樁基和承載板結構對稱施工，單側樁基跳樁施工；（4）實際監(jiān)測數(shù)據(jù)略小于計算數(shù)據(jù)，實驗得出地層參數(shù)無法準確反映其實際情況，但仍具有一定參考價值；（5）為了減小高鐵橋梁墩臺變形，應嚴格控制施工方法，嚴禁使用擾動大的施工工藝；施工期間做好高鐵橋墩變形監(jiān)測，以指導施工。