新建結(jié)構(gòu)對已有軌道橋梁結(jié)構(gòu)的影響因素分析

韓廣鵬

（重慶市設(shè)計(jì)院有限公司，重慶市 400015）

0 引言

隨著城市的發(fā)展，我國交通擁堵現(xiàn)象日益嚴(yán)重，而軌道交通有著運(yùn)力大、效率高、占地小及舒適性高等優(yōu)點(diǎn)得到快速的發(fā)展。軌道交通作為城市重要的民生工程，保障其安全運(yùn)營是各地軌道管理部門的最重要的一項(xiàng)工作，但是隨著城市的進(jìn)一步發(fā)展，新建市政設(shè)施或者工業(yè)、民用建筑難免侵入已建軌道交通結(jié)構(gòu)的保護(hù)范圍內(nèi)，從而對其造成影響。同時(shí)由于軌道交通的特殊性，新建工程對現(xiàn)狀軌道交通結(jié)構(gòu)的影響在滿足國家現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)范外，若能進(jìn)一步減小其影響，對軌道結(jié)構(gòu)的安全運(yùn)營有著及其重要的意義，本文依托一座下穿軌道高架區(qū)間結(jié)構(gòu)的新建橋梁，分析不同的結(jié)構(gòu)處理形式對軌道高架結(jié)構(gòu)的影響。

1 工程概況

本新建市政項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)路幅寬度為26 m，平面以橋梁形式下穿現(xiàn)狀軌道高架區(qū)間。橋跨布置主要考慮對軌道高架墩柱的影響為主要控制因素，跨徑采用2×37.5 m 連續(xù)梁橋結(jié)構(gòu)。墩柱樁基礎(chǔ)距離軌道基礎(chǔ)最小凈距約19 m，兩側(cè)橋臺基礎(chǔ)距軌道基礎(chǔ)最小凈距約6.0 m，見圖1。

圖1 項(xiàng)目與現(xiàn)狀軌道高架區(qū)間平面關(guān)系圖

橋梁上部結(jié)構(gòu)采用兩跨現(xiàn)澆連續(xù)梁，橋墩采用柱式橋墩接樁基礎(chǔ)，橋臺采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，臺后路基段采用自然放坡。現(xiàn)狀軌道交通結(jié)構(gòu)形式為30 m 跨單線簡支梁，上部結(jié)構(gòu)為B×H=6.5 m×1.8 m 箱梁，基礎(chǔ)為墩柱+ 承臺+ 群樁的結(jié)構(gòu)形式。

2 模型建立及計(jì)算結(jié)果

2.1 模型建立

本次計(jì)算采用Midas GTS 對計(jì)算范圍內(nèi)的巖土體、軌道墩柱結(jié)構(gòu)、新建橋梁墩柱結(jié)構(gòu)、橋臺結(jié)構(gòu)、管網(wǎng)橋梁墩柱結(jié)構(gòu)、新建項(xiàng)目路基填土均采用實(shí)體單元模擬。建立的三維有限元模型見圖2。

圖2 項(xiàng)目與現(xiàn)狀軌道高架區(qū)間三維有限元模型

三維模型的計(jì)算荷載包括：自重；軌道運(yùn)營條件下結(jié)構(gòu)自重和運(yùn)營列車產(chǎn)生的豎向、側(cè)向荷載；新建上部結(jié)構(gòu)傳遞至橋梁墩柱的荷載。

為了能夠精確反應(yīng)新建橋梁施工及運(yùn)營過程中其對軌道結(jié)構(gòu)的影響，分析時(shí)根據(jù)新建橋梁的施工工序，采用10 個(gè)計(jì)算步的方式進(jìn)行模擬。

2.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)計(jì)算模型的分析，沿軌道方向的位移最大值發(fā)生在模擬新建橋梁橋臺基礎(chǔ)開挖的過程中（計(jì)算步5），其最大位移為2.87 mm。而在新建橋梁建成運(yùn)營后，其位移值為2.47 mm，見圖3。

圖3 第5 步及新建項(xiàng)目運(yùn)營后沿軌道方向軌道結(jié)構(gòu)位移

垂直于軌道方向的位移最大值發(fā)生在新建橋梁橋臺外側(cè)道路堆土過程中（計(jì)算步9），其最大位移為6.6 mm。而在新建橋梁建成運(yùn)營后，其位移值為6.5 mm，見圖4。

圖4 第9 步及新建項(xiàng)目運(yùn)營后垂直于軌道方向軌道結(jié)構(gòu)位移

豎直方向的位移最大值發(fā)生在新建橋梁橋臺外側(cè)道路堆土過程中（計(jì)算步9），其最大位移為2.66 mm。而在新建橋梁建成運(yùn)營后，其位移值為2.65 mm，見圖5。

圖5 第9 步及新建項(xiàng)目運(yùn)營后豎直方向軌道結(jié)構(gòu)位移

根據(jù)上述計(jì)算分析，可以看出沿軌道縱向最大位移發(fā)生在橋臺施工的過程中，而垂直于軌道方向和豎直方向的最大位移均發(fā)生在臺后道路放坡施工的過程中。

3 優(yōu)化方案的選擇及分析

根據(jù)上一節(jié)的分析，垂直于軌道方向及豎直方向的最大位移發(fā)生在臺后錐坡施工過程中，若采取“增加橋臺擋墻長度，減小橋臺放坡” 的調(diào)整工程方案（優(yōu)化方案1），可以減小因橋臺后方大體積填土放坡對軌道墩柱附近地層形成的堆土荷載，減少對軌道墩柱及基礎(chǔ)的擾動(dòng)影響。同時(shí)沿軌道縱向的最大位移發(fā)生在橋臺開挖過程中，新建橋梁橋臺采用擴(kuò)大基礎(chǔ)，若在優(yōu)化方案1 的基礎(chǔ)上采取“減小橋臺開挖深度，增加橋臺樁基”的工程方案（優(yōu)化方案2），是否可以進(jìn)一步減小軌道墩柱的變形？下面根據(jù)以上兩個(gè)方案進(jìn)行對比計(jì)算。

3.1 優(yōu)化方案計(jì)算結(jié)果

優(yōu)化方案1，新建橋梁建成運(yùn)營后，軌道結(jié)構(gòu)沿軌道方向的位移為2.72 mm，垂直于軌道方向的位移為3.75 mm，豎直方向最大位移為1.39 mm。在采用“增加橋臺擋墻長度，減小橋臺放坡” 的優(yōu)化方案1后，軌道墩柱結(jié)構(gòu)順軌道方向最大位移變化不大；軌道墩柱垂直軌道方向位移最大值減小量2.75 mm；軌道墩柱豎向最大位移減小量1.26 mm，見圖6。

圖6 優(yōu)化方案1 新建項(xiàng)目運(yùn)營后各方向軌道結(jié)構(gòu)位移

在采用減小橋臺開挖深度、增加橋臺樁基的調(diào)整方案后，軌道墩柱結(jié)構(gòu)順軌道方向最大位移為2.6 mm；軌道墩柱垂直軌道方向位移最大值由6.5 mm 減小到0.9 mm，減小量為5.6 mm；軌道墩柱豎向最大位移由2.65 mm 減小到0.8 mm，減小量為1.85 mm，見圖7。

圖7 優(yōu)化方案2 新建項(xiàng)目運(yùn)營后各方向軌道結(jié)構(gòu)位移

3.2 結(jié)果對比分析

根據(jù)上述優(yōu)化方案的對比計(jì)算分析可以看出，兩個(gè)優(yōu)化方案除沿軌道縱向軌道結(jié)構(gòu)的位移稍有增加外，其余方向的位移均有明顯減小。其個(gè)方向位移對比見圖8：其中縱坐標(biāo)為各方案下軌道結(jié)構(gòu)的位移值，橫坐標(biāo)為相對應(yīng)的方案。

圖8 各方案軌道結(jié)構(gòu)位移

從圖8 中可以看出，在采用 “增加橋臺擋墻長度，減小橋臺放坡”的方案后，相比原方案，軌道結(jié)構(gòu)沿軌道縱向位移為原方案的110.1%，垂直于軌道方向的位移為原方案的57.7%，豎直方向的位移為原方案的52.5%；當(dāng)采用“增加橋臺擋墻長度，減小橋臺放坡，同時(shí)考慮減小橋臺開挖深度，增加橋臺樁基”的方案后，軌道軌道結(jié)構(gòu)沿軌道縱向位移為原方案的105.3%，垂直于軌道方向的位移為原方案的13.8%，豎直方向的位移為原方案的30.2%。

從上述分析可以看出，減少臺后路基部分的填土量，將橋臺由擴(kuò)大基礎(chǔ)改為樁基礎(chǔ)，使上部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的反力由樁基傳遞至地層的方法可以極大的減小軌道結(jié)構(gòu)的位移，改善新建結(jié)構(gòu)對軌道結(jié)構(gòu)的影響。

4 結(jié)論

本文依托一座下穿軌道高架區(qū)間結(jié)構(gòu)的新建橋梁，分析不同的結(jié)構(gòu)處理形式對軌道高架結(jié)構(gòu)的影響，分析表明：

（1）在采用減小靠近軌道結(jié)構(gòu)的原始地貌變化的方案后， 垂直于軌道方向的位移為原方案的57.7%，豎直方向的位移為原方案的52.5%；

（2）在考慮減小軌道結(jié)構(gòu)附近原始地貌變化的情況下，同時(shí)將原本作用在地表上的荷載傳遞至地層中，垂直于軌道方向的位移為原方案的13.8%，豎直方向的位移為原方案的30.2%；

（3）由以上分析可以看出，減小軌道結(jié)構(gòu)位移的兩個(gè)優(yōu)化方案從根本上均是減小了靠近軌道結(jié)構(gòu)的地表層荷載的改變，故在今后類似方案中，應(yīng)盡量減小地表層的堆載或卸載，若無法避免的情況下，可將地表荷載傳遞至地層下方。