頂進(jìn)U型槽下穿既有高速鐵路橋梁方案研究

摘要 高速鐵路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高，對(duì)軌道的平順度要求極為嚴(yán)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(jìn)U型槽方式下穿既有高速鐵路橋梁段為背景，對(duì)施工過(guò)程中對(duì)既有高速鐵路橋梁的影響進(jìn)行有限元分析，為工程的實(shí)際施工提供指導(dǎo)，并為類(lèi)似新建頂進(jìn)U型槽結(jié)構(gòu)鐵路下穿既有高速鐵路橋梁提供有意義的參考。

關(guān)鍵詞 高速公路;頂進(jìn)U型槽;高速鐵路;橋梁;有限元

中圖分類(lèi)號(hào) U442;U298 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2096-8949（2022）09-0153-04

引言

近年來(lái)，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，國(guó)家加大了道路、軌道交通的建設(shè)[1]，公路與市政道路等道路工程下穿既有線的情況越來(lái)越多[2]，在公路下穿高鐵時(shí)，常見(jiàn)的下穿方案包括路基結(jié)構(gòu)、U型槽結(jié)構(gòu)、樁板結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)等，學(xué)者們開(kāi)展不同下穿方案的研究[3]，其中U型槽結(jié)構(gòu)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(diǎn)，在工程中應(yīng)用日趨廣泛。高速鐵路的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)較高，對(duì)軌道的平順度要求較為嚴(yán)格[5]。根據(jù)《公路與市政工程下穿高速鐵路技術(shù)規(guī)程》（TB10182—2017）的規(guī)定，鐵路橋梁墩臺(tái)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(duì)既有高速鐵路的影響，下穿段高速公路采用頂進(jìn)U型槽進(jìn)行防護(hù)。對(duì)頂進(jìn)U型槽施工過(guò)程中對(duì)既有高速鐵路橋梁的影響進(jìn)行定量分析，進(jìn)而得出評(píng)估結(jié)論及建議[7]，其成果可為類(lèi)似工程提供借鑒[8]。

1 工程概況

1.1 基本概況

高速公路設(shè)計(jì)速度為120 km/h，路基寬度采用27 m，與哈牡客專(zhuān)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(zhuān)橋下通過(guò)。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(duì)稱(chēng)布置。左幅道路從該大橋1號(hào)墩～2號(hào)墩之間穿過(guò)，交叉角度為70.0°;右幅道路從該大橋2號(hào)墩～3號(hào)墩之間穿過(guò)，夾角70.7°，頂進(jìn)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(zhuān)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(jiǎn)支箱梁，橋梁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

1.3 U型槽設(shè)計(jì)

左右兩幅長(zhǎng)度均為70 m，中間設(shè)2道伸縮縫，共三節(jié)，節(jié)長(zhǎng)分別為20 m、30 m、20 m。U型槽結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)，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(jìn)段工作坑設(shè)置在哈牡客專(zhuān)左側(cè)，基坑前端距離哈牡客專(zhuān)中心北側(cè)最小距離28 m。U型槽采用預(yù)制頂進(jìn)施工方法。

1.4 平立面位置關(guān)系

高速公路從哈牡客專(zhuān)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(jié)構(gòu)外緣距離橋墩承臺(tái)最近距離為2.12 m，未占?jí)汗悼蛯?zhuān)橋梁承臺(tái)。平立面位置關(guān)系如圖2、圖3所示。

1.5 地質(zhì)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(chǎng)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(cè)期間未見(jiàn)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(gòu)采用修正-摩爾模型，通過(guò)分別定義加載彈性模量和卸載彈性模量，優(yōu)化因開(kāi)挖導(dǎo)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(zhuān)橋梁，以此作為初始階段;再進(jìn)行分段施工，包括基坑開(kāi)挖、U型槽預(yù)制、U型槽頂進(jìn)、路基回填、鋪設(shè)路面等，采取鈍化或激活相應(yīng)荷載及單元模擬相關(guān)施工階段對(duì)哈牡客專(zhuān)橋梁的影響。

三維模型如圖4所示：

2.2 施工步驟

根據(jù)實(shí)際施工順序，模擬為8個(gè)施工階段，如表3所示：

3 計(jì)算結(jié)果分析

3.1 沉降變形結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，哈牡客專(zhuān)橋墩各施工階段豎向位移如表4所示，位移云圖見(jiàn)圖5。

3.2 順橋向水平變形結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，哈牡客專(zhuān)橋墩各施工階段順橋向水平位移如表5所示，云圖見(jiàn)圖6。

3.3 橫橋向水平變形結(jié)果

經(jīng)計(jì)算，哈牡客專(zhuān)橋墩各施工階段橫橋向水平位移如表6所示，云圖見(jiàn)圖7。

經(jīng)過(guò)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(shù)規(guī)程》（TB10182—2017）3 mm的規(guī)定。

4 結(jié)論

對(duì)頂進(jìn)U型槽下穿既有高速鐵路進(jìn)行仿真分析，主要結(jié)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(jié)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(jìn)U型槽方案下穿既有高速鐵路橋梁段可行。

（2）頂進(jìn)U型槽施工方案高速鐵路下方土方開(kāi)挖量小、橋下施工時(shí)間短、距離高速鐵路橋梁凈距大，有利于既有高速鐵路運(yùn)營(yíng)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(cè)橋墩。

（4）U型槽結(jié)構(gòu)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(yùn)營(yíng)的安全。

參考文獻(xiàn)

[1]王淑敏. 臨近既有高鐵橋梁工程對(duì)運(yùn)營(yíng)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(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 現(xiàn)代隧道技術(shù)， 2019（2）： 111-118.

[3]湛敏， 陶濤， 劉金國(guó). 新建公路下穿高速鐵路建設(shè)方案對(duì)比研究[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)， 2020（S1）： 132-136.

[4]丁兆鋒， 吳沛沛. U型槽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)， 2009（4）： 13-16.

[5]王菲， 禚一. 基坑開(kāi)挖對(duì)既有鐵路橋基礎(chǔ)變位的影響分析[J]. 鐵道工程學(xué)報(bào)， 2012（8）： 28-33.

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

[7]李吉林. 地鐵盾構(gòu)下穿高速鐵路橋梁結(jié)構(gòu)安全性評(píng)估研究[J]. 高速鐵路技術(shù)， 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(hù)技術(shù)研究[J]. 鐵道勘察， 2018（3）： 31-35.

[9]王金艷， 王珊珊. midas GTS NX常見(jiàn)問(wèn)題解答[M].? 北京：人民交通出版社，2019.

收稿日期：2022-03-17

作者簡(jiǎn)介：馬寧（1988—），男，碩士研究生，工程師，從事鐵路橋梁設(shè)計(jì)與研究工作。