市政道路与管线下穿影响既有高铁桥梁的数值分析

黄君鹏

（泉州城市规划设计集团有限公司，福建 泉州 362000）

0 引言

市政道路与管线下穿高铁桥梁属于重大风险源管理项目，任何微小的疏忽都可能对既有高铁产生巨大影响。因此，需要结合建设条件，全面分析市政道路与管线在施工和运营阶段，对高铁桥梁可能产生的影响，为实施者进行科学决策提供依据，以提高工程的安全性[1-2]。本文结合泉州某市政工程设计方案，研究分析市政道路和管线下穿既有高铁桥梁时对高铁产生的影响。

1 市政道路与管线下穿方案简介

1.1 工程概况

泉州某市政工程路线全长4.4km，道路等级为城市主干路，设计时速50km/h，道路红线宽50m，采用水泥混凝土路面。所处地区抗震设防烈度为7度，设计基本地震加速度为0.15g。

标准横断面布置为50m=4.0m（人行道）+6.0m（非机动车道）+2.0m（绿化带）+11.0m（机动车道）+4.0m（中央分隔带）+11.0m（机动车道）+2.0m（绿化带）+6.0m（非机动车道）+4.0m（人行道）（见图1所示）。

图1 道路标准横断面图

该市政工程于交叉口展宽范围内下穿福厦高铁泉州湾特大桥，下穿处桥梁上部结构为（40+64+40）m连续梁的中跨，下部为圆端形桥墩，钻孔灌注桩基础，桩径1.5m，按柱桩设计。

福厦高铁为客运专线，双线高速铁路，轨道类型为无砟轨道，设计行车速度350km/h。

1.2 道路下穿形式

该市政工程与铁路交角为50°，分南、北幅下穿福厦高铁桥梁（见图2、图3所示）。

图2 道路下穿平面示意图

图3 道路下穿横断面示意图

北幅道路宽度37.35m=0.6m（护栏）+11.0m（左幅机动车道）+13.5m（右幅机动车道）+9.25m（右转专用道+非机动车道）+0.6m（护栏）+2.4m（人行道），采用桩板结构下穿福厦高铁泉州湾特大桥第24孔。

南幅道路宽度12.6m=3.4m（人行道）+0.6m（护栏）+8m（非机动车道+右转专用道）+0.6m（护栏），采用桩板结构下穿福厦高铁泉州湾特大桥第25孔。

桩板结构采用钻孔灌注桩+承载板：钻孔灌注桩桩间距4～5m，桩径0.8m，设计桩长13m，单桩承载力不小于1500kN；承载板厚度0.8m。

车行道桩板结构护栏外侧与福厦高铁桥23#～25#墩承台的净距最小为0.9m，与23#～25#墩的净距最小为3.4m；桩板结构钻孔灌注桩与福厦高铁桥桩基最小中心距4.9m，最小桩间距大于6 倍下穿工程桩径；净空高度≥23.48m。

1.3 管线下穿形式

下穿高铁的管线有给水、雨水、污水、10kV 电力、110kV 高压电力、通信、照明，均布设在承载板底下，由两桩之间穿过（见图4、图5所示）。

图4 管线平面布置示意图

图5 管线横断面布置示意图

北幅管道由南向北布设为：Ф1.5m 雨水管涵、3 孔DN175 高压电力排管、Ф1.8m 雨水管涵、12 孔DN110 通信排管、12孔DN150电力排管、DN600给水管。南侧雨水管与桥墩承台净距为8.3m，北侧给水管与桥墩承台净距5.7m。

南幅管道由南向北布设为：12孔DN150电力排管、DN200 给水管、12 孔DN110 通信排管、DN500 污水管。南侧电力排管与桥墩承台净距5.3米，北侧污水管道开挖边线与桥墩承台净距5.9米。

2 市政道路与管线下穿对既有高铁的影响分析

2.1 数值模拟软件

本次建模分析采用ABAQUS 有限元软件，构建弹性本构模型，自动划分实体网格，通过有限元软件的“激活、钝化”模拟各阶段单元、荷载和边界条件的变化对既有桥梁基础的影响。

2.2 数值计算模型

各施工和运营阶段的计算模型如表1所示。

表1 施工和运营阶段计算模型汇总

2.3 数值计算结果

2.3.1 高铁桥梁墩顶沉降分析

在市政道路与管线下穿各施工和运营阶段，福厦高铁泉州湾特大桥23#～25#桥墩墩顶沉降量的模拟分析结果如表2所示。计算相邻桥墩沉降差，结果如表3所示。

表2 墩顶沉降模拟分析表

表3 相邻桥墩沉降差值

2.3.2 高铁桥梁墩顶水平位移分析

在市政道路与管线下穿各施工和运营阶段，福厦高铁泉州湾特大桥23#～25#桥墩墩顶顺桥向位移的模拟分析结果如表4所示。在市政道路与管线下穿各施工和运营阶段，福厦高铁泉州湾特大桥23#～25#桥墩墩顶横桥向位移的模拟分析结果如表5所示。

表4 墩顶顺桥向位移模拟分析

表5 墩顶横桥向位移模拟分析表

2.3.3 高铁桥梁基础承载力分析

在市政道路与管线下穿各施工和运营阶段，福厦高铁泉州湾特大桥23#～25#桥墩桩基轴力变化的模拟分析结果如表6所示。

表6 基桩轴力模拟分析计算

2.4 计算结果分析

根据上述建模计算分析得出，市政道路与管线的施工，对地层产生的变形较小，设计方案满足高铁桥梁的安全[3-4]。

（1）施工及运营过程中，高铁桥梁墩台顶最大竖向位移值为0.148mm，满足《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》（TB 10182-2017）关于无砟轨道高铁桥梁墩台顶竖向位移不大于2mm的要求；相邻桥墩沉降差最大为0.144mm，满足《高速铁路设计规范》（TB 10621-2014）无砟轨道高铁桥梁相邻墩台沉降差不大于5mm的要求。

（2）施工及运营过程中，高铁桥梁墩台顶最大纵向水平位移为0.376mm、最大横向水平位移为0.258mm，满足《公路与市政工程下穿高速铁路技术规程》（TB 10182-2017）关于无砟轨道高铁桥梁墩台顶纵向水平位移、横向水平位移不大于2mm的要求。

（3）施工及运营过程中，福厦高铁泉州湾特大桥23#～25#桥墩桩基设计单桩轴力叠加最大轴力变化值后，单桩轴力均未超出容许值，且有一定富余，满足设计要求。

3 降低市政道路与管线下穿影响的建议

（1）市政道路与管线下穿既有高铁桥梁应综合建设条件、设计方案、施工方案、运营管理等进行相关风险评估；

（2）市政道路与管线应在平、纵、横设计上满足铁路及道路相关规范要求；

（3）下穿管线的敷设应综合考虑管线间、管线与高铁桥梁结构间的距离，满足铁路及管线相关规范要求，并按要求设置安全阀门；

（4）桩板结构基础施工时应做好相关安全防护措施，尽可能采用小型机械，加强桩基护壁施工，确保不出现塌孔情况，尽量减小施工对铁路桥梁基础的影响；

（5）施工前应制定详尽的施工组织设计，科学合理安排工期，对风险状态进行更新，实施动态评估，施工期间严格做好对铁路桥梁的监控量测和防护。

4 结束语

综上所述，本文以泉州某市政工程设计方案为例，利用有限元计算软件，分析了市政道路和管线下穿既有高铁桥梁时对高铁产生的影响。通过对高铁桥梁墩顶沉降、墩顶水平位移、基础承载力的分析可知，该市政工程设计方案的实施对既有高铁桥梁的影响较小，设计方案能够满足高铁桥梁的安全。为了将市政道路和管线下穿既有高铁桥梁的影响降到最低，也给出了相应的建议，以期促进方案的顺利实施。