某新建排洪站對臨近既有高鐵橋梁的影響分析

李聞秋

（中鐵上海設計院集團有限公司，上海 200070）

為了確保高速鐵路列車運營的安全性，軌道對鐵路橋墩墩頂的各方向位移、沉降有著嚴格的要求[1]。同時，考慮到臨近鐵路基坑施工對鐵路橋梁樁基礎的承載力也有不利影響，因此有必要定量分析臨近鐵路各類工程施工對鐵路橋梁的影響。

文章以某臨近高鐵的新建排洪站工程為背景，討論了排洪站工程施工、運營過程對既有高速鐵路橋梁的影響。

1 工程概況

新建排洪站工程位于峨溪河中，主要工程包括新建泵站、節制閘、河道護底及河岸處擋墻等。寧安高鐵橋梁位于峨溪河北岸，靠近新建排洪站處，為2×（48+80+48）m連續梁。文章重點研究新建排洪站施工、運營對319#～322#墩的影響，橋墩結構參數如表1所示。

工程平面圖如圖1所示。為了減小基坑內開挖、降水、結構施工對臨近高鐵的影響，新建排洪站工程在河岸側設置兩排鉆孔灌注樁擋墻。鉆孔樁樁長為33m，樁徑為1.5m，樁間距為1.7m，前后排樁間距為5.5m，樁間及樁前土體采用水泥土攪拌樁加固。新建灌注樁擋墻距321#墩最小距離為10.7m，新建灌注樁擋墻與321#墩基礎最小樁間距為12.8m。

排洪站與鐵路立面關系圖如圖2所示。圖2表示了排洪站與321#墩的立面關系，圖中防護樁擋墻前土體標高為6.95m，節制閘底板底標高3.4m，分別低于321#墩承臺底2.739m、6.289m。

根據《鐵路安全管理條例》，新建排洪站灌注樁擋墻位于鐵路線路安全保護區之內，且基坑開挖深度低于鐵路承臺底，施工時鐵路樁側土勢必發生擾動，有必要分析新建排洪站施工、運營對高速鐵路橋墩的影響[2]。

表1 橋墩參數表

圖1 工程平面圖（單位：m）

圖2 排洪站與鐵路立面關系圖（單位：m）

2 數值模擬分析

采用巖土工程有限元軟件PLAXIS 3D建立三維有限元模型，進行數值計算與分析，分析排洪站工程施工對既有鐵路的影響。土體采用小應變土體硬化（HSS）本構模型，其基本特征是考慮了土體剛度的應力相關性，顯著優于其他土體本構模型，如常用的摩爾-庫倫模型、鄧肯-張模型等，計算獲得的土體變形結果與工程實際吻合性較好[3-4]。計算采用的土體參數如表2所示。

表2 土體材料參數表

鐵路橋墩、承臺采用實體模擬，泵房、閘站施工及運營荷載采用面荷載模擬。鐵路樁基礎、雙排鉆孔灌注樁采用Embedded樁單元模擬，河道內雙排鋼板樁采用板單元模擬。施工時節制閘基礎施工水位為3m，泵房基礎施工水位為-0.5m。河岸側鐵路橋橋墩處水位為6.72m。

為了消除模型邊界效應，沿X、Y、Z三個方向的邊界尺寸分別為300m、200m、100m，其中X為鐵路順橋向，Y為鐵路橫橋向，Z為豎向，有限元模型如圖3所示。

3 結果分析

有限元模型結合排洪站的施工步驟，分析了施工圍堰及防護結構、基坑降水、基坑開挖、施工泵房與節制閘、基坑回填、恢復運營6個工況對鐵路319#～322#墩頂各方向位移及樁底反力的影響。各施工步驟下橋墩墩頂的變形如圖4～圖6所示，樁底反力最大增幅如表3所示。

綜合圖4～圖6以及表3的數據可以看出，新建排洪站對320#、321#墩影響較為明顯，最大位移均出現在基坑開挖工況；319#、322#墩遠離基坑，影響其變形、樁底反力的主要為施工圍堰及防護結構工況。橋墩墩頂縱橋向最大位移為-1.32mm，發生在320#墩；最大橫橋向位移為1.87mm，最大豎向位移為-0.394mm，均出現在321#墩墩頂。

4 結論

通過對某臨近寧安高鐵的新建排洪站進行土體-結構三維有限元數值模擬，分析了施工圍堰、基坑降水、基坑開挖、施工排洪站、基坑回填、恢復運營6個工況下鐵路橋墩橫橋向、順橋向、豎向變形值以及樁底反力的變化情況，得到了以下結論：

圖3 有限元模型

圖4 墩頂縱橋向位移變化圖

圖5 墩頂橫橋向位移變化圖

圖6 墩頂豎向位移變化圖

表3 橋墩樁底反力變化情況 單位：kN

（1）在充分考慮基坑防護措施后，新建排洪站施工對高鐵橋墩影響是可控的。墩頂順橋向、橫橋向、豎向變形的最大值均發生在工況3基坑開挖中，分別為1.32mm、1.87mm、-0.394mm，均小于《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規程》（TB 10182—2017）中墩頂各方向變形限值2mm的要求，可以滿足列車平穩運營要求[5]。

（2）施工排洪站引起鐵路橋梁樁底反力最大增幅為195kN，施工過程中樁基的最大承載力小于原設計提供的容許承載力，新建排洪站施工對鐵路橋梁樁基礎的安全性影響較小[6]。

5 施工建議

根據國內臨近高鐵橋梁施工經驗，結合工程當地地質資料，分析該工程施工過程對橋梁墩臺基礎相關影響，提出以下建議：

（1）鐵路安全保護區內，由于②層淤泥質粉質黏土為中等靈敏性～高靈敏性土，極易受擾動而失去原有強度，從而造成滑坡、垮塌等地質災害[7]。因此，建議施工時應采取有效措施應對，如采用功率和自重較小的施工設備、降低施工車輛的行進速度，以及控制開挖速率、臨時堆載的速度和體量。

（2）施工過程應避免采用重型機械振動碾壓，避免過大施工荷載傳遞至鐵路橋梁基礎，影響鐵路安全。

（3）在排洪站施工的各階段需有計劃地開展鐵路橋梁變形監測，根據監測成果，驗證、校核理論分析結論，分析、判斷鐵路橋梁的安全狀態。