張文杰

滄州港務(wù)集團(tuán)有限公司， 河北 滄州 061113

隨著城市交通快速發(fā)展，市政道路和高速鐵路交叉現(xiàn)象越來越常見。市政道路一般以下穿形式穿越既有高速鐵路橋梁。眾多學(xué)者對(duì)道路下穿高速鐵路橋梁引起的變形和加固措施進(jìn)行了研究。呂昌懷等［1］通過分析濟(jì)南市雙線明挖隧道與盾構(gòu)隧道先后下穿鐵路橋梁位移變化規(guī)律，得出隔離樁對(duì)變形的控制效果明顯。蔡漢等［2］以恩施市一改擴(kuò)建市政道路下穿滬蓉高速鐵路橋梁為例，分析得出市政道路以橋梁形式穿越能夠有效控制高速鐵路橋梁的沉降。張儉［3］對(duì)清遠(yuǎn)市迎龍大道下穿京廣高速鐵路方案進(jìn)行比選，得出道路以橋梁形式下穿方案較優(yōu)。孫健等［4］對(duì)太倉(cāng)市某城市主干路下穿滬通高速鐵路方案進(jìn)行比選，得出地基換填方案比道路以樁板結(jié)構(gòu)形式通過方案更加經(jīng)濟(jì)合理。吉軍立［5］對(duì)蚌埠市勝利東路下穿蚌南聯(lián)絡(luò)線方案進(jìn)行比選，得出道路以橋梁形式下穿能夠有效控制既有鐵路橋梁的沉降量。李剛［6］對(duì)京港澳連接線下穿武廣高速鐵路方案進(jìn)行比選，得出以橋梁形式下穿對(duì)既有鐵路影響較小。鄧稱意［7］以某城市道路下穿現(xiàn)有廣深港高速鐵路和在建贛深高速鐵路為例，從規(guī)劃、工程管理和工程設(shè)計(jì)三個(gè)方面進(jìn)行探討，給出道路下穿高速鐵路工程需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。苗超［8］從可行性、工程投資、排水和后期維護(hù)四個(gè)方面對(duì)池州長(zhǎng)江公路大橋接線與寧安城際鐵路交叉方案進(jìn)行了比選，得出樁板橋梁下穿方案較優(yōu)。

本文以南寧市新建市政道路下穿既有高速鐵路橋梁為例，采用數(shù)值模擬方法分析市政道路以路基形式下穿既有高速鐵路時(shí)，不同施工方案對(duì)既有高速鐵路橋梁和路基的影響。

1 工程概況

1.1 既有高速鐵路橋梁和路基情況

新建南寧市市政道路下穿既有貴陽—南寧高速鐵路橋梁，兩者交角約53°55'，見圖1。下穿處斷面見圖2。

圖1 新建市政道路與既有高速鐵路相對(duì)位置

圖2 市政道路下穿既有高速鐵路處斷面（單位：m）

既有高速鐵路橋梁的0#臺(tái)、1#墩、2#墩、3#臺(tái)在新建市政道路范圍內(nèi)。既有高速鐵路0#臺(tái)側(cè)鐵路路基基底已采用樁板結(jié)構(gòu)加固，3#臺(tái)側(cè)鐵路路基基底已采用CFG（Cement Flyash Gravel）樁復(fù)合地基加固。

既有高速鐵路路基面以上鋪設(shè)鋼筋混凝土軌道板。既有鐵路橋梁墩身、承臺(tái)和樁基均為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。

鐵路橋梁0#臺(tái)、3#臺(tái)的承臺(tái)均厚2.5 m，分別設(shè)置9根直徑1.25 m的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，0#臺(tái)、3#臺(tái)樁長(zhǎng)分別為24、22 m；1#墩和2#墩的承臺(tái)均厚2.0 m，分別設(shè)置8根直徑1.00 m的鋼筋混凝土鉆孔灌注樁，1#墩、2#墩樁長(zhǎng)均為19.5 m。

1.2 地層巖性

工程場(chǎng)地上覆土層為第四系素填土、黏土、下伏地層為古近系漸新統(tǒng)南湖組湖積強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖和弱風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖。黏土呈硬塑狀，具強(qiáng)脹縮性。強(qiáng)風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖呈硬塑 ~ 堅(jiān)硬狀，具中等脹縮性。邊坡開挖后在風(fēng)化作用下這兩層易形成脹縮裂隙引起邊坡失穩(wěn)。弱風(fēng)化粉砂質(zhì)泥巖呈堅(jiān)硬狀，抗剪強(qiáng)度高，自立性較好。

2 新建市政道路下穿形式的選擇

TB 10182—2017《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：地基土基本承載力大于180 kPa且路基填筑高度不大于1 m時(shí)，可采用路基方式下穿。根據(jù)該工程地質(zhì)詳勘資料，路面以下黏土基本承載力大于180 kPa；市政道路路面低于地面線，以挖方形式通過，滿足填筑高度不大于1 m的要求。因此，市政道路可采用路基形式下穿既有高速鐵路。

3 數(shù)值模擬

3.1 模型的建立

按實(shí)測(cè)地形圖建模，高速鐵路邊界距離基坑邊界按3倍基坑深度考慮，原地面以下深度不小于60 m。

根據(jù)既有高速鐵路竣工資料，既有橋梁頂部支座力以面荷載形式施加于橋梁墩臺(tái)上。從鐵路左線的左側(cè)43 m至右側(cè)35 m范圍內(nèi)，沿新建市政道路外邊緣設(shè)置鋼筋混凝土單排鉆孔樁防護(hù)；鉆孔樁的樁間距2.0 m，樁徑1.5 m，頂部設(shè)置冠梁連接。根據(jù)TB 10182—2017規(guī)定：在軟黏土及飽和粉砂、細(xì)砂等不良土層中，道路下穿工程采用鉆孔樁時(shí)，鉆孔樁與高速鐵路橋梁樁基中心距離不宜小于6倍下穿工程樁徑。本工程部分地層雖具有脹縮性，但鉆孔樁范圍內(nèi)脹縮性巖土未與大氣接觸，故其脹縮性對(duì)工程影響較少。為減少施工對(duì)高速鐵路既有樁基的影響，新增單排鉆孔樁距離既有鐵路橋梁鉆孔灌注樁中心最小距離（9.2 m）仍按不小于6倍樁徑（6 × 1.5 m）控制。單排鉆孔樁防護(hù)范圍以外采用素混凝土重力式擋土墻。為避免路面以下?lián)Q填填料施工時(shí)振動(dòng)碾壓對(duì)高速鐵路產(chǎn)生影響；從鐵路左線的左側(cè)25 m至右側(cè)30 m范圍內(nèi)，市政道路路面以下?lián)Q填泡沫輕質(zhì)土，該范圍以外路面以下?lián)Q填常規(guī)路基填料。鉆孔灌注樁冠梁頂部以上邊坡采用錨桿框架梁和植物防護(hù)。既有高速鐵路橋梁墩臺(tái)附近邊坡采用土釘墻加固。計(jì)算模型見圖3。

圖3 計(jì)算模型

3.2 計(jì)算參數(shù)確定

排樁、冠梁、既有鐵路橋梁承臺(tái)和樁基、重力式擋土墻、高速鐵路軌道板和市政道路瀝青混凝土路面均采用線彈性本構(gòu)模型［9］。巖土體采用修正摩爾庫倫本構(gòu)模型［10］。結(jié)構(gòu)物和巖土體計(jì)算參數(shù)分別見表1、表2。

表1 結(jié)構(gòu)計(jì)算參數(shù)

表2 巖土體計(jì)算參數(shù)

3.3 施工方案

路基填料的換填分別采用大范圍開挖后回填（方案1）和分區(qū)隨挖隨填（方案2）兩種施工方案。

方案1施工步驟：①初始地應(yīng)力平衡；②修建既有高速鐵路，位移清零；③開挖邊坡土體至路面標(biāo)高，施工邊坡錨桿、排樁和鐵路橋梁0#、3#臺(tái)附近土釘墻；④開挖路基至道路底面；⑤大范圍開挖路基至換填層底面；⑥大范圍換填路基填料；⑦填筑路面。

方案2施工步驟：①—④同方案1；⑤從鐵路左線左側(cè)25 m至右側(cè)30 m，市政道路路面以下，分區(qū)開挖，隨挖隨填泡沫輕質(zhì)土；⑥從道路設(shè)計(jì)起點(diǎn)至左線左側(cè)25 m，從左線右側(cè)30 m至道路設(shè)計(jì)終點(diǎn)路面以下，分區(qū)隨挖隨填常規(guī)路基填料；⑦填筑路面。

3.4 計(jì)算結(jié)果分析

兩種方案橋梁墩臺(tái)累計(jì)沉降對(duì)比見圖4?？芍悍桨?和方案2中第③—第⑤步開挖卸荷后0#臺(tái)、1#墩、2#墩、3#臺(tái)均出現(xiàn)一定程度的上拱。方案1和方案2在第⑦步由于路面加載，0#臺(tái)、1#墩、2#墩、3#臺(tái)均出現(xiàn)一定程度的沉降。

圖4 兩種方案沉降對(duì)比

完工階段既有高速鐵路橋梁樁基軸力見表3?？芍簝煞N方案橋梁樁基軸力均小于按TB 10093—2017《鐵路橋涵地基和基礎(chǔ)設(shè)計(jì)規(guī)范》［11］計(jì)算的容許值，滿足要求。

表3 完工階段既有高速鐵路橋梁樁基軸力

不同方案下路基施工完成后既有高速鐵路橋梁地段和路基地段累計(jì)位移對(duì)比見表4。豎向位移為負(fù)表示沉降；橫向位移為正表示向大里程方向移動(dòng)。可知：①不同方案下既有高速鐵路橋梁和路基地段累計(jì)沉降均小于2 mm的規(guī)范限值［12］。②方案1橋梁地段2#墩和3#臺(tái)累計(jì)位移均小于方案2，故2#墩和3#臺(tái)處先大范圍開挖路基至換填層底面后，再填筑路基填料，有助于減少工后位移。③方案1橋梁地段0#臺(tái)累計(jì)位移和路基地段最大累計(jì)位移均大于方案2，因此臨近0#臺(tái)和路基地段應(yīng)采取分區(qū)隨挖隨填方式施工，避免初始應(yīng)力釋放過快，加大對(duì)既有高速鐵路的影響。④對(duì)于1#墩，方案1水平位移大，方案2豎向位移大。2個(gè)方向的位移均小于規(guī)范限值。

表4 不同方案下路基施工完成后既有高速鐵路橋梁地段和路基地段累計(jì)位移對(duì)比

4 結(jié)論

市政道路以路基形式下穿高速鐵路橋梁。本文采用數(shù)值模擬方法，分析了大范圍開挖后回填和分區(qū)隨挖隨填兩種路基換填方案對(duì)高速鐵路橋梁墩臺(tái)和路基位移的影響。主要結(jié)論如下：

1）兩種方案橋梁墩臺(tái)在開挖卸荷后均出現(xiàn)上拱，路面加載后均產(chǎn)生沉降；兩種方案橋梁樁基軸力均小于規(guī)范容許值。

2）方案1橋梁地段2#墩和3#臺(tái)累計(jì)位移均小于方案2，而橋梁地段0#臺(tái)累計(jì)位移和路基地段最大累計(jì)位移均大于方案2。這說明不同位置采用不同施工方案，可有效降低市政道路修建對(duì)既有高速鐵路的影響。

綜上，市政道路以路基形式下穿既有高速鐵路方案具有可實(shí)施性。但施工時(shí)需注意不同區(qū)段選取適宜施工方案。