摘要 高速鐵路的設計標準較高，對軌道的平順度要求極為嚴格，公路下穿既有高速鐵路的施工方案的選擇尤為重要。以某新建高速公路采用頂進U型槽方式下穿既有高速鐵路橋梁段為背景，對施工過程中對既有高速鐵路橋梁的影響進行有限元分析，為工程的實際施工提供指導，并為類似新建頂進U型槽結構鐵路下穿既有高速鐵路橋梁提供有意義的參考。

關鍵詞 高速公路;頂進U型槽;高速鐵路;橋梁;有限元

中圖分類號 U442;U298 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2022）09-0153-04

引言

近年來，隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高，國家加大了道路、軌道交通的建設[1]，公路與市政道路等道路工程下穿既有線的情況越來越多[2]，在公路下穿高鐵時，常見的下穿方案包括路基結構、U型槽結構、樁板結構、橋梁結構等，學者們開展不同下穿方案的研究[3]，其中U型槽結構有剛度大、變形小、穩(wěn)定性好、收坡支擋防水效果優(yōu)良[4]等優(yōu)點，在工程中應用日趨廣泛。高速鐵路的設計標準較高，對軌道的平順度要求較為嚴格[5]。根據(jù)《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》（TB10182—2017）的規(guī)定，鐵路橋梁墩臺頂豎向位移（附加值）不大于3 mm，順橋向水平位移（附加值）不大于3 mm，橫橋向水平位移（附加值）不大于3 mm[6]。

為減小高速公路施工對既有高速鐵路的影響，下穿段高速公路采用頂進U型槽進行防護。對頂進U型槽施工過程中對既有高速鐵路橋梁的影響進行定量分析，進而得出評估結論及建議[7]，其成果可為類似工程提供借鑒[8]。

1 工程概況

1.1 基本概況

高速公路設計速度為120 km/h，路基寬度采用27 m，與哈牡客專某大橋相交，交叉處高速公路為路塹地段，采用分離式斷面從哈牡客專橋下通過。單幅U型槽斷面路基寬度為13.25 m，上行線與下行線斷面對稱布置。左幅道路從該大橋1號墩～2號墩之間穿過，交叉角度為70.0°;右幅道路從該大橋2號墩～3號墩之間穿過，夾角70.7°，頂進法施工。平面示意如圖1所示。

1.2 既有高速鐵路概況

哈牡客專為高速鐵路，雙線，有砟軌道，高速公路下穿處為某大橋孔跨布置均為32 m簡支箱梁，橋梁基礎結構參數(shù)如表1所示。

1.3 U型槽設計

左右兩幅長度均為70 m，中間設2道伸縮縫，共三節(jié)，節(jié)長分別為20 m、30 m、20 m。U型槽結構凈寬為15.4 m，邊墻厚0.7 m，底板厚0.8 m。U型槽采用等高設計，左、右幅U型槽邊墻高度分別為4.16 m、3.88 m。

高速公路頂進段工作坑設置在哈牡客專左側，基坑前端距離哈牡客專中心北側最小距離28 m。U型槽采用預制頂進施工方法。

1.4 平立面位置關系

高速公路從哈牡客專某大橋1#～3#墩之間下穿，U型槽左幅與高鐵交角70°;右幅交角為70.7°，凈寬15.4 m，結構外緣距離橋墩承臺最近距離為2.12 m，未占壓哈牡客專橋梁承臺。平立面位置關系如圖2、圖3所示。

1.5 地質條件

橋址區(qū)處于低山丘陵區(qū)地貌單元，年平均降雨量500～800 mm。橋址區(qū)屬低山丘陵區(qū)，場地地層為第四系中更新統(tǒng)上荒山組Q2s及華力西期晚期花崗巖組，勘測期間未見地下水和地表水。

土層可分為6層，如表2所示：

2 有限元分析

2.1 模型建立

模型中巖土材料本構采用修正-摩爾模型，通過分別定義加載彈性模量和卸載彈性模量，優(yōu)化因開挖導致的地面隆起[9]。模型建模思路為首先建立各土層、哈牡客專橋梁，以此作為初始階段;再進行分段施工，包括基坑開挖、U型槽預制、U型槽頂進、路基回填、鋪設路面等，采取鈍化或激活相應荷載及單元模擬相關施工階段對哈牡客專橋梁的影響。

三維模型如圖4所示：

2.2 施工步驟

根據(jù)實際施工順序，模擬為8個施工階段，如表3所示：

3 計算結果分析

3.1 沉降變形結果

經(jīng)計算，哈牡客專橋墩各施工階段豎向位移如表4所示，位移云圖見圖5。

3.2 順橋向水平變形結果

經(jīng)計算，哈牡客專橋墩各施工階段順橋向水平位移如表5所示，云圖見圖6。

3.3 橫橋向水平變形結果

經(jīng)計算，哈牡客專橋墩各施工階段橫橋向水平位移如表6所示，云圖見圖7。

經(jīng)過以上分析，最大豎向位移為0.971 mm，最大順橋向水平位移為1.246 mm，最大橫橋向水平位移0.572 mm;滿足《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》（TB10182—2017）3 mm的規(guī)定。

4 結論

對頂進U型槽下穿既有高速鐵路進行仿真分析，主要結論如下：

（1）既有高速鐵路沉降、順橋向水平位移、橫橋向水平位移最大值結果分別為0.971 mm、1.246 mm、0.572 mm，均滿足規(guī)范要求，采用頂進U型槽方案下穿既有高速鐵路橋梁段可行。

（2）頂進U型槽施工方案高速鐵路下方土方開挖量小、橋下施工時間短、距離高速鐵路橋梁凈距大，有利于既有高速鐵路運營的安全。

（3）豎向位移、橫橋向水平位移最大值位于兩幅U型槽中間橋墩，順橋向水平位移最大值位于U型槽兩側橋墩。

（4）U型槽結構利于降低路面凈高并兼具防撞作用，有利于既有高速鐵路運營的安全。

參考文獻

[1]王淑敏. 臨近既有高鐵橋梁工程對運營安全性影響分析[J]. 鐵道勘察， 2016（2）： 60-63.

[2]陳力， 刁心宏， 楊守興， 陳志亮， 章坤. 框架橋下穿既有鐵路路基沉降控制標準研究[J]. 現(xiàn)代隧道技術， 2019（2）： 111-118.

[3]湛敏， 陶濤， 劉金國. 新建公路下穿高速鐵路建設方案對比研究[J]. 鐵道標準設計， 2020（S1）： 132-136.

[4]丁兆鋒， 吳沛沛. U型槽結構設計與分析[J]. 鐵道工程學報， 2009（4）： 13-16.

[5]王菲， 禚一. 基坑開挖對既有鐵路橋基礎變位的影響分析[J]. 鐵道工程學報， 2012（8）： 28-33.

[6]公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程： TB10182—2017[S]. 北京： 中國鐵道出版社， 2017.

[7]李吉林. 地鐵盾構下穿高速鐵路橋梁結構安全性評估研究[J]. 高速鐵路技術， 2018（1）： 61-65+75.

[8]馬海濤. 市政道路下穿既有高鐵橋梁板樁防護技術研究[J]. 鐵道勘察， 2018（3）： 31-35.

[9]王金艷， 王珊珊. midas GTS NX常見問題解答[M].? 北京：人民交通出版社，2019.

收稿日期：2022-03-17

作者簡介：馬寧（1988—），男，碩士研究生，工程師，從事鐵路橋梁設計與研究工作。