线路交叉对京沪高铁桥墩沉降影响数值分析

闫东旭

(铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津　300251)

京沪高铁是我国中长期铁路网规划中投资规模最大、技术含量最高的一项工程，全线优先采用以桥代路的方式，最大限度节约宝贵的土地资源，桥梁长度约占正线长度的86.5%，故桥墩沉降问题是关系到线路和列车安全运行的重大技术问题。通过数值计算软件对京沪高速铁路某桥墩沉降量进行了数值建模分析。

1　工程概况

本工点位于京沪高速铁路德州至禹城特大桥A89和A90桥墩之间，石济客专德州南上行联络线下钻京沪高速铁路处，交叉里程为右LDK333+236.344=京沪高速铁路左线DK333+014.59，交叉角度约49°。工点周边地形平坦，地势低洼，零星分布水塘，路堑最大挖深2.1 m，基坑最大挖深3.4 m，地下水位取各个钻孔处水位平均深度2 m。

2　实例数值分析

目前岩土路基工程中用得较多的数值分析软件是由美国ITASCA咨询公司开发的差分法程序FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions)，可以模拟岩土或其他材料的三维力学行为。FLAC3D将计算区域划分为若干六面体单元，每个单元在给定的边界条件下遵循指定的线性或非线性本构关系，如果单元应力使得材料屈服或产生塑性流动，则单元网格及结构可以随着材料的变形而变形，这就是所谓的拉格朗日算法，这种算法非常适合于地基变形问题。

对桥墩沉降量的分析可采用该数值计算软件，数值模型主要包含以下几种土体材料：粉土、黏土、粉质黏土和粉砂，故采用摩尔库伦本构关系计算其沉降量。主要土体参数如表1所示。

表1　土体材料参数

京沪高速铁路桥墩荷载按照32.16 kN/m/单线采用。德州南联络线路基荷载计算结果如下：雨棚柱节点力取530 kN，计算沿线路方向线荷载为176 kN/m，地表压力为17.6 kPa。

由于新建德州南联络线需进行下挖和增建雨棚柱，数值计算分三种工况进行：①无新建联络线影响工况；②新建联络线开挖工况；③新建联络线开挖后加载工况。联络线与京沪高速铁路交叉状况如图1所示，线路夹角为50°，石济客运专线下挖断面如图2所示。

图1　线路交叉示意

图2　石济客专下挖断面示意(单位：m)

不考虑新建联络线影响工况模型网格和考虑新建线路影响工况A-A、B-B剖面模型网格如图3～图5所示。A-A剖面和B-B剖面的线路交叉开挖部位中心距离桥墩水平距离(图4中EG两点水平距离)分别为17.6 m和11.6 m，开挖宽度(图4中DF两点距离)为15.2 m，深度(图4中CD两点距离)为3 m。

图3　无新建线路影响工况

图4　考虑新建线路A-A剖面

图5　考虑新建线路B-B剖面

经过计算分析，可得三种工况下的沉降量云图，如图6至10所示。

图6　自然工况沉降云图

图7　A-A剖面开挖后沉降云图

图8　B-B剖面开挖后沉降云图

图9　A-A剖面开挖加载后沉降云图

图10　B-B剖面开挖加载后沉降云图

3　结论

通过云图显示可知，无新建联络线影响工况下，桥墩沉降量约为1.25 cm；开挖后A-A剖面桥墩沉降量为1.35 cm，B-B剖面桥墩沉降量为1.50 cm；开挖加载后A-A剖面桥墩沉降量为1.48 cm，B-B剖面桥墩沉降量为1.60 cm。开挖对桥墩造成的附加沉降约为1～2.5 mm，雨棚柱荷载对桥墩造成的附加沉降约为1 mm，开挖加载对桥墩A-A，B-B剖面造成的不均匀沉降约为1～1.5 mm。该建模及计算方法可行，交叉路基对桥墩沉降的影响总体不大，对类似下钻高速铁路工点桥墩沉降计算具有指导意义。由于石济客运专线工程还没有具体实施，结论的精确程度有待工程验证。

[1]铁道第三勘察设计院集团公司.新建石济客专德州至济南段补定测工程地质报告[R].天津：铁三院，2012

[2]陈育民，徐鼎平.FLAC/FLAC3D基础与工程实例[M].北京：中国水利水电出版社，2009

[3]龚纪文，席先武，王岳军，等.应力与变形的数值模型方法——数值模拟软件FLAC介绍[J].华东地质学院学报，2002，25(3):220-227

[4]寇晓东，周维垣，杨若琼.FLAC3D进行三峡船闸高边坡稳定性分析[J].岩石力学与工程学报，2001，20(1):6-10

[5]刘波，韩彦辉.FLAC原理实例与应用指南[M].北京：人民交通出版社，2005

[6]刘汉东，张勇，等.岩土工程数值计算方法[M].郑州：黄河水利出版社，1995

[7]殷宗泽，钱家欢.土工原理与计算[M].北京：中国水利水电出版社，1996

[8]张学言.岩土塑性力学[M].北京：人民交通出版社，1993

[9]郑颖人，龚晓南.岩土塑性力学基础[M].北京：中国建筑工业出版社，1989

[10] 卢廷浩，高贵全，陈剑.蓄水后土石坝应力变形有效应力算法[J].岩土力学，2005，26(2):247-250