公路匝道桥下穿高速铁路桥梁安全影响分析.pdf

：公路匝道桥下穿高速铁路桥梁安全影响分析收稿日期：作者简介：崔素花（），女，硕士，工程师，从事涉铁下穿工程研究通信作者：刘玉玲（），女，硕士，工程师，从事桥梁工程研究崔素花，刘玉玲，王静（江苏建筑职业技术学院交通工程学院，江苏 徐州 ；中路高科交通检测检验认证有限公司，北京 ；中铁上海设计院集团有限公司徐州设计院，江苏 徐州 ）摘要：以公路匝道桥下穿高速铁路桥段为背景，应用成熟的大型岩土工程通用有限元软件 建立结构的三维数值模型，模拟由于桩基施工、承台桥墩施工、桥梁架设对既有铁路桥的影响。以青盐铁路马站锈针河特大桥为例，通过对铁路桥的沉降变形和结构安全进行仿真计算，从设计和施工角度提出优化建议，确保铁路桥梁运营安全。分析结果显示：各施工阶段造成既有铁路墩顶的附加沉降量最大值为 ，墩顶累计附加沉降量最大值为 ，墩顶附加横向水平变形最大值为 ，墩顶累计附加横向水平变形最大值为 ，墩顶附加纵向水平变形最大值为 ，墩顶累计附加纵向水平变形的最大值为 ，均符合规范要求，从而得出评估结论和建议。关键词：公路匝道桥；下穿；高速铁路桥梁；仿真计算；安全性评估中图分类号：文献标识码：文章编号：（）引言随着我国铁路和公路建设的快速发展，公路与铁路桥梁立体交叉的情况越来越多，公路下穿施工会对既有铁路造成影响，为了确保铁路列车行驶安全和旅客乘车的舒适度，桥梁沉降限值和基础承载力成为了评价高速铁路桥梁是否能安全运营的重要指标。目前，国内对穿越高铁采用不同的施工方法（路基、桩板结构、刚构桥等）下穿既有铁路，而涉及高速公路匝道桥穿越铁路桥的工程研究较少，可以借鉴的经验有限，因此下穿铁路桥的高速公路匝道施工对铁路桥的影响评估具有很大的价值。工程概况以某高速公路稍坡复合互通 匝道下穿青盐铁路马站绣针河特大桥为背景，分析研究公路匝道桥下穿铁路桥梁施工，对铁路桥梁的影响。青盐铁路概况青盐铁路为双线电气化铁路，客货共线，有砟轨道，设计时速 。日照港岚山港区疏港高速公路稍坡复合互通 匝道在岚罗高速汾水枢纽北侧与青盐铁路交叉马站绣针河特大桥，交叉处公路里程为 ，位于岚山西赣榆北区间，里程约为 。交叉处青盐铁路马站绣针河特大桥为 简支 梁，桥下净高约 ，稍坡复合互通 匝道在第 号 号墩之间桥下穿过，交叉角度为 。下穿高速公路概况本项目在岚罗高速汾水枢纽北侧与青盐铁路交叉，交叉处青盐铁路马站绣针河特大桥为 简支 梁，稍坡复合互通从马站绣针河特大桥第 号 号墩之间桥下通过，交叉角度为 。高速公路 匝道采用（）预应力混凝土简支小箱梁下穿青盐铁路马站绣针河特大桥，桥面总宽 ，小箱梁采用预制架设法施工。）平面设计：稍坡复合互通 匝道下穿青盐铁路桥所在位置为缓和曲线段，与青盐铁路夹角为 ，平面布置图见图 。）纵断面设计：最大纵坡 ，竖曲线半径采用 。）横断面设计：稍坡复合互通 匝道下穿青盐铁路处横断面布置形式：（级防撞护栏）（机动车道）（级防撞护栏）。）桥梁孔跨布置：为最大程度减少下穿青盐铁路桥梁结构基础施工对既有铁路设备的影响，基础布置不得侵入铁路建筑限界，满足新建结构桩基与青盐铁路桥梁桩基中心距不小于 倍下穿工程桩径的要求，稍坡复合互通 匝道主跨采用 简支小箱梁下穿青盐铁路桥，两边孔同样采用跨度为 的小箱梁以便于架桥设备试吊。下穿青盐铁路桥梁交叉桩号为 ，跨铁路部分桥长 。桥跨布置为：（）预应力混凝土简支小箱梁，桥面连续。）上部结构：小箱梁采用预制架设法施工，每孔采用片箱梁，桥面全宽 ，湿接缝宽 。小第 卷 第 期年 月山西建筑 箱梁梁高 ，顶板厚度为 ，梁顶设 钢筋混凝土现浇层、防水层、沥青混凝土面层。）下部结构：桥墩采用盖梁柱式墩，基础采用桩基础，桥墩直径为 ，基础采用直径 钻孔灌注桩基础。地质情况桥梁选址区地质层分别为粉质黏土、含砂粉质黏土、粗砂、全风化片麻岩、强风化片麻岩、中风化片麻岩，均在勘探深度范围内。地下水补给来源主要接受大气降水和支沟小溪径流制约，主要排泄途径为大气蒸发和侧渗方式，其主要为第四系松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。表层素填土：黄褐色，稍密，厚度：；粉质黏土：黄褐 色，可 塑硬 塑，干 强 度 及 韧 性 一 般，厚 度：；含砂粉质黏土：黄褐色，可塑硬塑，厚度：；粗砂：黄褐色，中密，饱和，厚度：；全风化片麻岩：黄褐色，原始岩层风化程度极为强烈，厚度：；强风化片麻岩：黄褐夹灰白色，变晶结构，片麻状构造，厚度：；中风化片麻岩：灰白色，变晶结构，片麻状构造，其岩石饱和单轴抗压强度平均值为 。?安全影响评估概述 评估概述根据相关规范要求，结合本工程特点而拟定的主要专项评估。评估主要内容为：某高速公路稍坡复合互通匝道施工对青盐铁路马站绣针河特大桥变形的评估。采用理论计算与有限元模型相结合的方法进行数值模拟计算，并对照评价标准进行定量安全评价，其中有限元模拟通过大型岩土工程通用软件 来实现。安全评估标准）工程设计基本安全评估：某高速公路下穿青盐铁路马站绣针河特大桥工程，根据规范 的规定进行基本安全评估，评估结果详见表 。表 本项目安全评估内容汇总序号评估内容评估结果结论下穿高速铁路桥梁地段，净空应符合相关技术标准的规定，并按规定设置安全防护设施桥下净高应考虑运营阶段及施工阶段，设计高程至青盐铁路梁底净高 满足要求下穿工程按规定设置防撞护栏匝道下穿青盐铁路桥防撞护栏采用最高等级 级满足要求公路栏外侧与高铁桥墩净距不应小于 匝道下穿青盐铁路桥防撞护栏距青盐铁路桥墩的净距最小为 和 满足要求下穿工程钻孔桩与高铁桥梁基桩的中心距离应符合规范要求该工点范围内无不良土层，其与高铁桥梁基桩的中心距离不应小于倍下穿工程桩基直径，匝道桥梁桩径 ，距青盐铁路桥基桩中心最小距离为 满足要求非岩石地基且高速铁路桥下净空满足设置桥梁条件时，应优先采用桥梁下穿匝道采用预应力混凝土小箱式下穿青盐铁路的方案满足要求）结构安全评估标准：现有铁路的安全评估一般从结构和附属设施的变形、结构强度和稳定性等方面考虑，其中变形作为主要控制标准。本项目的变形控制标准是参考国内同类工程经验，根据现有铁路运行现状和周边设施制定的，本项目的控制内容包括：桥梁沉降、差异沉降、横向水平变形和纵向水平变形等，控制指标限值均为 。计算模型公路匝道桥施工对周围环境的影响采用 有限元程序进行分析。模型长 、宽 、深 ，土体采用三维实体单元模拟，本构模型采用修正后的 模型；桥墩和承台采用三维单元模拟；桩基采用线弹性本构模型。高速铁路桥上部结构以自重形式加载在支墩上模拟，土体水平四周边界采用水平约束，底部边界采用垂直约束。三维空间有限元土体模型如图 所示。?第 卷 第 期年 月山西建筑 三维有限元数值模拟分析根据本项目设计和施工情况，按照以下几个阶段对施工过程进行模拟，具体模拟过程见表 。表 模拟内容序号阶段名称内容初始应力阶段激活土体、既有铁路桥梁和桥梁荷载，加载土体自重和边界条件，位移清零匝道桥梁桩基施工阶段将桥梁桩基激活，模拟桩基础施工对既有铁路桥梁的影响匝道桥梁承台及桥墩施工阶段将桥梁承台、桥墩激活，模拟桥梁承台、桥墩施工对既有铁路桥梁的影响匝道桥梁上部结构施工阶段施加 匝道桥上部结构载荷，模拟上部结构施工对既有铁路桥梁的影响 计算结果分析本工程施工是在既有桥梁的基础上进行模拟计算，第一阶段为既有桥梁现状，在第一阶段的基础上，根据工程设计图纸中的位置进行高速铁路桩基、墩台及上部结构施工模拟计算。青盐铁路桥沉降变形影响分析根据建立的整体三维有限元模型计算分析，青盐铁路马站绣针河特大桥各施工阶段沉降变形影响结果云图见图 。?根据表 ，表 的模拟运算结果可知：各施工阶段造成青盐铁路马站绣针河特大桥桥墩顶部产生的阶段附加沉降量最大值为 ，桥墩顶部阶段累计附加沉降量最大值为 ，桥墩顶部附加沉降量符合规范 的沉降限值要求。表 青盐铁路马站绣针河特大桥桥墩顶施工阶段附加沉降计算结果 阶段名称附加沉降 号 号累计附加沉降 号 号匝道桥梁桩基施工阶段 匝道桥梁承台及桥墩施工阶段 匝道桥梁上部结构施工阶段 表 青盐铁路马站绣针河特大桥桥墩顶施工阶段累计附加差异沉降计算结果 阶段名称附加差异沉降 号 号累计附加差异沉降 号 号匝道桥梁桩基施工阶段 匝道桥梁承台及桥墩施工阶段 匝道桥梁上部结构施工阶段 青盐铁路马站绣针河特大桥桥墩顶横向水平变形影响分析根据建立的整体三维有限元模型计算分析，青盐铁路马站绣针河特大桥各施工阶段横向水平变形影响结果云图见图 。?根据表 模拟计算结果可知：青盐铁路马站绣针河特大桥各施工阶段桥墩顶部产生的阶段附加横向水平变形最大值为 ，墩顶阶段累计附加横向水平变形最大值为 ，墩顶附加横向水平变形符合规范 中 的限值要求。表 青盐铁路马站绣针河特大桥桥墩顶阶段附加横向水平变形计算结果 阶段名称附加横向水平变形 号 号累计附加横向水平变形 号 号匝道桥梁桩基施工阶段 匝道桥梁承台及桥墩施工阶段 匝道桥梁上部结构施工阶段 青盐铁路马站绣针河特大桥桥墩顶纵向水平变形影响分析根据建立的整体三维有限元模型计算分析，青盐铁路马站绣针河特大桥各施工阶段墩顶的纵向水平变形影响结果云图见图 。根据表 模拟计算结果可知：青盐铁路马站绣针河特大桥各施工阶段桥墩顶产生的阶段附加纵向水平变形第 卷 第 期年 月崔素花，等：公路匝道桥下穿高速铁路桥梁安全影响分析?最大值为 ，墩顶阶段累计附加纵向水平变形最大值为 ，墩顶附加纵向水平变形满足规范 中 的限值要求。表 青盐铁路马站绣针河特大桥桥墩顶阶段附加纵向水平变形计算结果 阶段名称附加纵向水平变形 号 号累计附加纵向水平变形 号 号匝道桥梁桩基施工阶段 匝道桥梁承台及桥墩施工阶段 匝道桥梁上部结构施工阶段 结论及建议通过以上分析，高速公路稍坡复合互通 匝道下穿青盐铁路马站绣针河特大桥方案可行。考虑各种风险因素的客观存在提出以下建议：）铁路桥下及两侧 范围内，施工过程中不得堆载，以免造成桥墩基础下沉。）铁路桥梁 范围内禁止开采地下水。）桥梁端承桩施工应采用全套管跟进的方式，加强施工控制，避免发生土体坍塌事故，减少桩基础施工对既有铁路桥的影响。）施工时要做好防护措施，防止施工设施（如吊车、泵车等）侵入铁路限界。参考文献：国家铁路局 公路与市政工程下穿高速铁路技术规程：北京：中国铁道出版社，国家铁路局 铁路桥涵设计规范：北京：中国铁道出版社，国家铁路局 高速铁路设计规范：北京：中国铁道出版社，国家铁路局 铁路桥涵地基和基础设计规范：北京：中国铁道出版社，杨学林 高速公路桩板结构下穿运营高铁桥梁可行性研究 铁道标准设计，（）：，（，；，；，）：，：；第 卷 第 期年 月山西建筑