有轨电车下穿高铁框构桥安全评估

赵毓成 杨 珂 林兆宗

(1.北京城建设计发展集团股份有限公司，100045，北京;2.北京市轨道交通设计研究院有限公司，100037，北京;3.铁道第三勘察设计院集团有限公司，300142，天津∥第一作者，高级工程师)

哈大高铁客运专线北起哈尔滨市，南抵滨海城市大连，途径哈尔滨、长春、沈阳、大连四个副省级城市和六个地级市及其所辖区县。线路全长921 km，设23 个车站，为双线电气化铁路，于2012年12月1日正式开通运营。

沈阳市浑南新区有轨电车项目位于沈阳市浑南新区，主要连接奥体中心、沈阳南站、全运中心、桃仙国际机场和沈抚新城，主要功能是服务全运会，打造大浑南新型、绿色环保的公共交通系统。浑南新区现代有轨电车一期工程包含5 条线路，线路全长约65.5 km，共设69 个车站、1 个车辆基地和1 个停车场、2 个综合交通枢纽。其中，1号线长18.6 km，设车站22座(含预留车站1 座)。该线在会展中心北侧设起点站—会展中心站，然后沿航天路向东，下穿DK380 +425.09 处的哈大高铁三孔框构桥(见图1)。本次下穿的哈大高铁铁路桥的位置即为两线交点。本文对有轨电车下穿高铁框构桥的安全性进行评估。

图1 哈大高铁框构桥位置

1 工程概况

浑南新区现代有轨电车1号线工程在K2 +770处下穿哈大铁路框构桥。框构桥的侧墙厚度为1.2 m，净跨分别为 14.5 m、22.8 m、14.5 m，桥下净空8.0 m，道路填土厚度为 2.0 m，实际净空为 6.0 m。该框构桥对社会车辆的限高为4.5 m，要求接触网导线高度不大于5.3 m，桥梁底面距导线的距离不小于0.7 m。框构桥横断面图如图2所示。有轨电车1号线路基设计采用绿化整体道床，自上而下依次为0.5 m 轨道部分、0.25 m 钢筋混凝土板、0.1m 素混凝土板、0.4 m 级配碎石层及基床底层部分。路基施工过程中注意对框构桥板的保护，严格按照铁路路基施工相关规范及铁路局的要求进行施工。路基施工开挖过程中在框架桥底面以下预留不少于0.3 m 的保护原状土基，以防止对框构桥底面产生破坏。

图2 框构桥横断面图

2 安全评估标准确定以及执行情况

既有铁路的安全评估一般从结构及附属设施变形、结构强度及稳定性等方面来考虑，且一般采用变形控制指标作为主要控制指标。根据既有铁路运营现状及周边设施，参考国内类似工程经验并结合理论计算分析，制定了本工程变形控制指标及标准。与本工程相关的评估标准主要包含以下三方面内容。

2.1 高速铁路构筑物(路基和桥梁)沉降评估标准

TB 10621—2009《高速铁路设计规范》(试行)明确给出了工后沉降的定义、路基和桥梁工后沉降量及差异沉降量限值要求:

(1)以铺轨工程完成以后，基础设施产生的沉降量为工后沉降(第 2.1.7 条)。

(2)无砟轨道路基工后沉降量应符合扣件调整能力和线路竖曲线圆顺的要求，工后沉降不宜超过15 mm;沉降比较均匀并且调整轨面高程后的竖曲线半径符合式6.4.2 的要求时，允许的工后沉降为30 mm。路基与桥梁、隧道或横向结构物交界处的工后沉降差不应大于5 mm，不均匀沉降造成的折角不应大于 1/1 000(第 6.4.2 条)。

(3)桥梁墩台基础的沉降应按恒载计算，其工后沉降量不应超过表 7.3.10(见表 1)限值(第7.3.10条)。本工程涉及到的哈大客运专线为设计速度350 km/h 的无砟轨道高速铁路，因此，控制的墩台均匀沉降为20 mm，相邻墩台的沉降差为5 mm。

表1 桥梁墩台基础沉降限值

2.2 高速铁路轨道平顺性评估标准

按照铁道部铁运［2012］83号《高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)》要求的线路轨道静态和动态几何尺寸容许偏差管理值作为控制标准(见表2、表3)。

表2 250(不含)～350 km/h 线路轨道静态几何尺寸容许偏差管理值

由于工程所下穿的哈大客运专线为设计时速350 km 的无砟轨道高速铁路，因此按照经常保养状况下的容许偏差管理值进行控制。依据表2、表3，经常保养状况下，静态高低和水平容许偏差管理值均为4 mm;经常保养I 级状况下，动态水平容许偏差管理值为5 mm，动态高低容许偏差管理值为4 mm。

2.3 铁路桥梁结构强度及刚度标准

按照变形、强度等要求对结构进行校验。检算时采用空间结构单元进行计算。采用空间结构有限元分析软件midas/civil 2010，利用板单元建立框构的模型(见图3)，基底建立节点弹性支撑约束模拟土弹簧。全桥共分为3 451 个节点，2 368 个单元。考虑到篇幅，本文不列出具体施加的荷载，仅将验算结果简要列出。

表3 250(不含)～350 km/h 线路轨道动态质量容许偏差管理值

图3 框构计算模型

2.3.1 结构强度

提取框架桥各关键截面的内力作为分析的依据。各关键截面位置的划分见图4。

通过计算分析，得出各关键截面的内力及配筋检算结果，如表4所示。

图4 控制截面位置

2.3.2 结构刚度

框构顶板在中国客运专线标准活载、有轨电车活荷载下产生的竖向静活载作用下的变形图见图5，其最大变形为4.61 mm，而竖向变形限值为纵向跨度L/1 600 =14.25 mm，因此，变形满足要求。

3 结论及建议

3.1 结论

依据以上安全评估标准对哈大客运专线高铁桥进行综合分析得出:框构主体结构强度、裂缝、挠度等各项指标均满足规范要求。经过分析，更重要的是强调高速铁路轨道平顺性评估标准和高速铁路构筑物(路基和桥梁)沉降评估标准。因此需要将安全评估指标一并提出供养护单位参考。

3.2 建议

为减小本工程对哈大客运专线的影响，施工时需注意以下几点:

(1)施工中不得在铁路桥梁下及两侧各50 m范围内堆载，以避免引起桥梁结构基础附加沉降的发生。施工期间在铁路桥梁下及两侧各50 m 范围内进行路基、路面碾压时，禁止采用振动压路机，同时在铁路两侧设置临时限高架，禁止大型施工车辆从铁路桥下穿过。有轨电车施工碾压荷载不应大于15 kN/m2，且施工机械在非工作时禁止停放在桥梁两侧。

(2)施工时不得在铁路桥梁200 m 范围开采浅层或深层地下水。

(3)施工过程中，严禁施工机具或人为因素对哈大高铁桥侧墙、中墙、基础及梁部造成损伤。

(4)施工时必须采取周密、严格、可靠的防护措施，保证铁路运营安全。具体的施工组织方案及监测方案，需上报铁路主管部门审批，同意后方可施工。

此外，在项目施工过程中，应加强第三方监测，重点对哈大高铁桥侧墙、中墙的沉降、水平变形进行监测，所取得的数据能可靠地反映施工所造成的影响。在施工中，由于地质条件、荷载条件、材料性质、施工技术和外界其他因素的影响，实际情况和理论分析常常有出入，在理论分析指导下有计划地进行现场监测工作，能够保证安全，减少不必要的损失。

表4 关键截面内力及配筋检算结果汇总表

图5 静活载作用下的变形图

［1］北京城建设计研究总院有限责任公司.沈阳市浑南新区现代有轨电车一期工程初步设计文件［R］.北京:北京城建设计研究总院有限责任公司，2013.

［2］铁道第三勘察设计院集团有限公司.沈阳市航天路下穿哈大客专铁路立交桥工程安全性影响评估报告［R］.天津:铁道第三勘察设计院集团有限公司，2013.

［3］TB 10621-2009 高速铁路设计规范［S］.

［4］TB 10002.3-2005 铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范［S］.

［5］沈阳铁路局总技［2012］82号关于做好沈阳市有轨电车工程穿越铁路工作的函［R］.沈阳:沈阳铁路局，2012.

［6］铁道部铁运［2012］83号 高速铁路无砟轨道线路维修规则(试行)［S］.