新建樁板橋對既有鐵路橋梁安全影響分析

摘要 明董高速采用分幅（2×14+18+2×14）m樁板結構穿越濟青高鐵橋梁，為準確驗算分析新建樁板結構在施工及運營階段對既有濟青高鐵橋梁的影響，文章采用Midas GTS-NX有限元軟件建立了立樁板結構和既有高鐵橋梁的三維空間模型，模擬下穿樁板工程施工過程及運營后對既有鐵路橋梁變形的影響。驗算結果表明，明董高速采用樁板結構下穿濟青高鐵的方案可行，樁板結構在施工階段及運營階段對高鐵橋梁的影響較小，風險等級在可控范圍內。

關鍵詞 樁板結構；高速鐵路；有限元模型；累計附加沉降值；安全評估

中圖分類號 U415；U447 文獻標識碼" A 文章編號 2096-8949（2024）16-0088-03

0 引言

隨著高速鐵路和高速公路的快速發(fā)展，高速公路與高速鐵路交叉工程越來越多，為保證施工期及運營期間的高速鐵路安全，新建公路結構對既有高鐵橋梁的安全影響評估具有重要意義，該文采用數(shù)值模擬方法分析評估明董高速樁板結構對濟青高鐵橋梁的影響，并提出相應的建議措施，為今后類似工程項目建設提供參考。

1 項目概況

明董高速設計速度為120 km/h，雙向六車道，分幅采用（2×14+18+2×14）m樁板結構下穿濟青高鐵，從濟青高鐵731#～733#墩之間分幅通過。單幅樁板寬度為16.7 m，下穿濟青高鐵處左幅路線位于半徑R=2 781 m的圓曲線上，右幅路線位于半徑R=2 800 m的圓曲線上。左、右幅上部結構均設置為全橋一聯(lián)，跨徑具體布置為（14+14+18+14+14）m，采用斜交115°進行布設。左、右幅上部結構均采用鋼筋混凝土連續(xù)板，跨中處板厚1.0 m，橋墩固結處板厚1.5 m，橋墩臺樁基均采用φ1.2 m鉆孔灌注樁，橋臺處樁間距為5.0 m，橋墩處樁間距為3.9 m。

濟青高速為雙線高速鐵路，設計速度為350 km/h；采用無砟軌道、無縫線路；設計荷載為ZK活載。濟青高鐵北膠新河特大橋731#～733#墩梁跨均采用32 m簡支箱梁（雙線），橋墩均采用雙線圓端形實體墩，墩全高為5.5～7.5 m；基礎均采用8根直徑為1.0 m的鉆孔灌注樁基礎，承臺尺寸為4.8 m×10.4 m×2.0 m，加臺尺寸為2.8 m×6.8 m×0.5 m。公鐵交叉處的平面交叉關系見圖1所示，公鐵交叉的現(xiàn)場分布見圖2所示。

明董高速公路樁板橋在施工期間會引起地層移動和變形，將導致既有濟青高鐵橋梁隨之發(fā)生移動和變形，進而引起橋梁受力的變化[1]。為確保濟青高鐵的運營安全，需對高鐵橋梁沉降變形及結構安全進行計算[2-4]。

2 有限元模型

2.1 模型建立

采用Midas GTS-NX有限元分析軟件[5]，分別建立濟青高鐵730#～734#橋墩及明董高速左右幅樁板結構的三維模型，模型總長度為180 m，寬度為140 m，深度為60 m，土體采用修正摩爾-庫倫模型模擬土的本構關系。土體模型認為各土層均呈勻質水平層狀分布且同一土層為各向同性；鐵路橋梁樁基及樁板結構樁基均采用1D梁單元模擬，其他結構則采用3D實體單元模擬[6-7]。橋梁的上部結構均以荷載形式加載在承臺上進行模擬[8-9]；土體水平四周邊界采用水平約束，底邊界采用豎向約束[10]。三維空間有限元土體模型如圖3～4所示。

根據(jù)明董高速樁板橋施工步驟，將具體施工過程分為以下10個施工階段進行模擬，見表1所示。

2.2 各階段施工影響匯總分析

2.2.1 沉降量分析

730#～734#墩各施工階段累積附加沉降值見圖5所示，濟青高鐵731#墩在左幅橋梁施工階段產生單階段附加沉降量的最大值為-1.006 mm；濟青高鐵732#墩在道路運營階段產生累積附加沉降量的最大值為-1.541 mm。

2.2.2 差異沉降分析

730#～734#墩各施工階段累積附加差異沉降值見圖6所示，濟青高鐵730#～734#墩在道路運營階段產生累積附加差異沉降量的最大值為0.881 mm。

2.2.3 橫向水平變形分析

730#～734#墩各施工階段累積附加橫向水平變形值見圖7所示，濟青高鐵732#墩在左幅橋梁施工階段產生單階段附加橫向水平變形量的最大值為-0.292 mm，濟青高鐵731#墩在道路運營階段產生累積附加橫向水平變形的最大值為0.382 mm。

2.2.4 縱向水平變形分析

730#～734#墩各施工階段累積附加縱向水平變形見圖8所示，濟青高鐵732#墩在右幅橋梁施工階段產生單階段附加縱向水平變形量的最大值為0.727 mm，濟青高鐵731#墩在道路運營階段產生累積附加縱向水平變形的最大值為0.884 mm。

3 結論

（1）濟青高鐵731#墩在左幅橋梁施工階段產生單階段附加沉降量的最大值為-1.006 mm；濟青高鐵732#墩在道路運營階段產生累積附加沉降量的最大值為-1.541 mm；累積附加沉降量小于《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》（TB 10182—2017）中2 mm的限值要求。

（2）濟青高鐵730#～734#墩在右幅樁基施工和右幅基坑開挖及地基處理階段產生單階段附加差異沉降量的最大值為0.946 mm；濟青高鐵730#～734#墩在道路運營階段產生累積附加差異沉降量的最大值為0.881 mm；小于《鐵路橋涵設計規(guī)范》（TB 10002—2017）中累積差異沉降量5 mm的限值要求。

（3）濟青高鐵732#墩在左幅橋梁施工階段產生單階段附加橫向水平變形量的最大值為-0.292 mm，濟青高鐵731#墩在道路運營階段產生累積附加橫向水平變形的最大值為0.382 mm，累積附加橫向水平變形小于《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》中2 mm的限值要求。

（4）濟青高鐵732#墩在右幅橋梁施工階段產生單階段附加縱向水平變形量的最大值為0.727 mm，濟青高鐵731#墩在道路運營階段產生累積附加縱向水平變形的最大值為0.884 mm，累積附加縱向水平變形小于《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規(guī)程》中2 mm的限值要求。

根據(jù)計算分析，明董高速采用樁板結構下穿濟青高鐵的方案可行，樁板結構在施工及運營階段對濟青高鐵的影響較小，風險等級在可控范圍內。考慮各類風險的客觀存在，建議后續(xù)建設施工中應制定相關專項應急預案和現(xiàn)場處治方案。

參考文獻

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