雨棚荷载下临近营业线变形分析

冀少峰

（中铁上海设计院集团有限公司,上海 200070）

0 引言

十多年来，我国保持着大规模建设高速铁路的热潮。随着高铁运行速度的提高，必然对铁路的变形要求越来越高[1-2]。当新建高速铁路临近既有高速铁路时，必须保证既有高速铁路的变形在允许范围内，新建铁路路基通过采用桩板结构和轻质混凝土的形式可有效控制既有高速铁路的变形。该文以六庆高铁并行既有安九高铁为研究对象，分析在站台雨棚荷载下六庆高铁的路基施工对既有安九高铁无砟轨道路基的影响。

1 工程概况

六庆铁路北起安徽省六安市，南至安徽省安庆市，全长167 km，按时速250 km/h客运专线建设。安九铁路北起安徽省安庆市，南至江西省九江市，全长176 km，按时速350 km/h客运专线建设，且已通车运营。六庆铁路与安九铁路共站建设（六庆铁路称之潜山南站）。安九铁路采用无砟轨道结构形式，且已开通运营，根据《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》（TB 10182—2017）、《临近铁路营业线施工安全监测技术规程》（TB 10314—2021）及《中国铁路上海局集团有限公司营业线施工工务安全监督管理办法》（上铁工[2020]345号）中的相关要求，既有无砟轨道高铁路基的轨道、路基的水平和竖向位移限值均为2 mm[3-4]。

潜山南站范围内安九高铁采用螺纹桩对地基进行加固处理，六庆高铁采用侧墙式桩板结构对地基进行加固处理。DK141+225安九铁路路基填高5.2 m，螺纹桩长8.5 m，桩间距2.2 m。六庆铁路站台填高8.2 m，钻孔桩长23 m，纵向间距5 m，横向间距3.4 m，板厚1 m。

2 数值模拟

2.1 本构关系及沉降计算理论

材料本构关系的选取关系到计算结果的精度，为保证计算结果的准确性，该文采用线弹性模型（Linear elastic）和摩尔—库仑模型（Mohr—Coulomb）两种本构关系。其中，钻孔灌注桩、筏板采用线弹性模型，基床表层、基床底层、路基本体和地基采用摩尔—库仑模型[5-6]。

2.2 材料参数和结构尺寸

根据地质勘察资料和相关文献，材料采用的参数见表1。

表1 材料参数

2.3 荷载及雨棚引起的附加应力

根据铁路路基设计规范，以及对该次模型进行保守计算，安九高铁和六庆高铁均采用双线双荷的荷载形式，且六庆高铁的荷载分别施加在无桩板结构支撑的最左侧股道和距离雨棚荷载最近的最右侧股道。折算成均布荷载见表2。

表2 轨道列车总荷载及雨棚荷载

雨棚立柱间距9 m，且单个雨棚立柱荷载在1 204～1 394 kN之间，模型选取的里程范围为DK141+210～DK141+245，该范围包含3个雨棚立柱，雨棚基础在站台上埋深2.0 m，且中间雨棚立柱位于筏板的伸缩缝位置，附近应力引起的筏板边缘弯矩为最不利情况。

2.4 有限元模型建立

利用有限元分析软件Midas—GTS对模型进行建立求解。其中，钻孔桩采用植入式梁单元来模拟桩的受力；其余结构均采用3D单元[7]。

2.5 变形分析

六庆铁路路基施工会造成既有安九铁路无砟轨道发生位移，该文对有无雨棚荷载进行对比分析，位移云图如图1～4所示。

对安九高铁轨道和路肩的变形进行列表分析，详见表3。

通过图1～4和表3可知，DK141+210～DK141+245范围内，当六庆铁路路基采用桩板结构加固地基时，无论站台上有无雨棚荷载，安九高铁轨道结构的水平位移、竖向位移和路肩的竖向位移均能满足限值要求，且雨棚荷载对安九高铁无砟轨道的变形几乎无影响。

表3 安九高铁轨道和路肩变形量

图1 无雨棚荷载时水平位移云图

图2 有雨棚荷载时水平位移云图

图3 无雨棚荷载时竖向位移云图

图4 有雨棚荷载时竖向位移云图

2.6 筏板应力分析

单独提取筏板模型，显示雨棚荷载施加前后的纵横向应力云图，对比分析有无雨棚荷载时筏板的拉压应力，应力云图如图5～8所示。

图5 无雨棚荷载时纵向应力云图

图6 有雨棚荷载时纵向应力云图

图7 无雨棚荷载时横向应力云图

图8 有雨棚荷载时横向应力云图

对筏板的应力进行列表分析，详见表4。

表4 筏板的应力

通过图5～8和表4可知，DK141+210～DK141+245范围内，第二块筏板紧挨伸缩缝位置悬臂最大，纵向悬臂2.5 m，筏板该处的顶面和底面分别出现最大纵向拉应力和最大纵向压应力。受站台填料侧向压力的影响，最外侧桩基对应筏板位置的顶面和底面分别出现最大横向拉应力和最大横向压应力。雨棚荷载对筏板应力影响很小。

3 结论

通过对工程模型的数值模拟分析，得出以下结论：

（1）新建高铁路基距离既有高铁路基较近时新建路基宜采用桩板结构形式通过，可满足高铁无砟轨道和路基的变形限值要求。

（2）填方较高时，填料本身荷载远大于雨棚荷载，雨棚荷载对既有无砟轨道的变形及筏板的应力影响很小。