寧安城際鐵路秋浦河大橋橋區航道疏浚設計及安全評估

張紅星 安徽省交通勘察設計院有限公司

寧安城際鐵路是國家骨架路網“八縱八橫”主通道的組成部分，設在既有的寧蕪鐵路線（南京到蕪湖）、蕪銅鐵路線（蕪湖到銅陵）旁邊，由南京南站引出，經馬鞍山、蕪湖、銅陵、池州市，在池州境內跨長江后抵達安慶市，線路全長約250公里；秋浦河大橋是寧安城際鐵路的重要組成部分，位于距秋浦河航道起點池口約10.9km處，起點位于貴池區涓橋鎮，終點位于貴池區秋江街道辦事處所轄的秋江圩。采用（60+100+60 m）變截面連續箱梁跨越秋浦河，于2015年建成，目前已通車運行。

秋浦河航道整治工程位于池州市境內，航道起點為秋浦河入江口池口，航道途徑木閘，終于殷匯，全長35.0km。寧安城際鐵路秋浦河大橋位于池口～木閘段，該段航道按限制性航道Ⅲ級標準建設，橋位處航道斷面不能滿足Ⅲ級航道標準要求，隨著秋浦河航道整治工程的推進，為確保通航安全及鐵路橋運營安全，消除安全隱患，迫切需要對寧安城際鐵路秋浦河大橋橋位處航道進行疏浚與防護工程設計。

1.工程方案

1.1 航道定線

寧安鐵路秋浦河大橋橋位處河槽較為順直，橋梁設置了1個通航孔，單孔雙向通航，通航孔凈寬60m、凈高8.46m。航道中心線沿橋梁主跨（55#、56#橋墩）中心通過，與橋梁中軸線垂線呈45°交角，上游直線段長度9660m，下游直線段長度593m（見圖1）。

圖1 秋浦河寧安城際鐵路段航道平面圖

1.2 設計寬度

橋區段航道為限制性Ⅲ級航道，根據施工圖設計文件及批復，橋位處設計航道底寬取為 45m。

1.3 設計航道底高程

秋浦河段航道底標高根據最低通航水位減最小水深3.2 m 確定為-0.89 m。本次橋位處河底采用拋石護砌，根據規范要求,“卵石和巖石質河床富裕水深值應另加 0.1m～0.2m”，橋位處水深取3.4m，航道底高程-1.09m。

1.4 邊坡設計

根據秋浦河大橋地質情況，疏浚段航槽橫斷面形式采用梯形斷面，開挖邊坡采用 1:3。

1.5 超深超寬值確定

秋浦河大橋橋位處河道狹窄，工程環境復雜，為確保大橋安全，要求在橋位施工時，控制施工精度，精確放樣，禁止超寬超深。

1.6 銜接段處理

圖2 秋浦河航道整治橫斷面示意圖

寧安城際鐵路秋浦河大橋橋位處為橋區航道，為確保橋梁及船舶的安全，在橋墩處開挖時，橋墩上下游5m范圍禁止開挖，在5m范圍外以1：3 邊坡與航道平順銜接。

2.安全評估

為避免航道疏浚過程中大量填方或挖方施工會引起相鄰已建建筑物較大的附加沉降及不均勻沉降、土體水平位移、樁側負摩阻力等一系列巖土工程問題，采用大型有限元程序Abaqus分析寧安城際鐵路橋橋墩樁基內力、橋墩位移的變化，確保高速鐵路營運的安全。

2.1 荷載參數

鐵路等級：客運專線

正線數目：雙線

正線線間距：4.6m

速度目標值：250km/h

設計豎向荷載：“ZK活載”

軌道類型：擋肩的新型板式無砟軌道

2.2 計算模型

本計算主要模擬了秋浦河航道整治工程施工對寧安城際鐵路秋浦河大橋54#～57#橋墩的影響，內容包括下穿處橋墩的位移、樁基軸力和摩阻力。有限元計算模型如圖3、圖4所示。計算過程中航道土體、秋浦河特大橋橋墩和樁基礎等均采用實體單元模擬。計算模型順秋浦河大橋方向長305m，橫橋向134m，深度方向82.6m。模型前后左右均為法向約束，模型底部為豎向加法向約束。

圖3 整體模型

圖4 秋浦河大橋樁墩模型

2.3 計算結果

秋浦河特大橋54#～57#橋墩墩頂位移值見表1。

表1 秋浦河特大橋54#～57#橋墩墩頂位移值

3.結論

根據選取的計算區域的計算分析結果，秋浦河航道整治工程的建設和運營對寧安城際鐵路秋浦河大橋引起的變形比較小，引起的樁身側摩阻力和軸力變化較小。參考以上計算結果，結論如下：

（1）秋浦河航道整治工程下穿寧安城際鐵路，采用水下施工鋪砌，方案合理可行。

（2）通過三維有限元數值計算分析，秋浦河航道整治工程的施工及運營荷載引起的寧安城際鐵路秋浦河大橋的橋墩變形、位移和沉降量均小于2mm，運營荷載對運營鐵路橋墩影響小，滿足高鐵安全相關規范要求。

（3）根據航道整治工程河底斷面，河道總體過水面積（斜交）增加249.5m2，河底最大水深增加0.8m，河床底護砌為拋填片石，厚0.6m，河床底最終標高為-1.09m，55#、56#橋墩處最大水深不變，經驗算，護砌后的橋墩局部沖刷深度未超過原施工設計計算局部沖刷深度，滿足橋墩水平剛度要求，方案可行。