線路交叉對(duì)京滬高鐵橋墩沉降影響數(shù)值分析

閆東旭

(鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津 300251)

京滬高鐵是我國(guó)中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃中投資規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的一項(xiàng)工程，全線優(yōu)先采用以橋代路的方式，最大限度節(jié)約寶貴的土地資源，橋梁長(zhǎng)度約占正線長(zhǎng)度的86.5%，故橋墩沉降問(wèn)題是關(guān)系到線路和列車安全運(yùn)行的重大技術(shù)問(wèn)題。通過(guò)數(shù)值計(jì)算軟件對(duì)京滬高速鐵路某橋墩沉降量進(jìn)行了數(shù)值建模分析。

1 工程概況

本工點(diǎn)位于京滬高速鐵路德州至禹城特大橋A89和A90橋墩之間，石濟(jì)客專德州南上行聯(lián)絡(luò)線下鉆京滬高速鐵路處，交叉里程為右LDK333+236.344=京滬高速鐵路左線DK333+014.59，交叉角度約49°。工點(diǎn)周邊地形平坦，地勢(shì)低洼，零星分布水塘，路塹最大挖深2.1 m，基坑最大挖深3.4 m，地下水位取各個(gè)鉆孔處水位平均深度2 m。

2 實(shí)例數(shù)值分析

目前巖土路基工程中用得較多的數(shù)值分析軟件是由美國(guó)ITASCA咨詢公司開(kāi)發(fā)的差分法程序FLAC3D(Fast Lagrangian Analysis of Continua in 3 Dimensions)，可以模擬巖土或其他材料的三維力學(xué)行為。FLAC3D將計(jì)算區(qū)域劃分為若干六面體單元，每個(gè)單元在給定的邊界條件下遵循指定的線性或非線性本構(gòu)關(guān)系，如果單元應(yīng)力使得材料屈服或產(chǎn)生塑性流動(dòng)，則單元網(wǎng)格及結(jié)構(gòu)可以隨著材料的變形而變形，這就是所謂的拉格朗日算法，這種算法非常適合于地基變形問(wèn)題。

對(duì)橋墩沉降量的分析可采用該數(shù)值計(jì)算軟件，數(shù)值模型主要包含以下幾種土體材料：粉土、黏土、粉質(zhì)黏土和粉砂，故采用摩爾庫(kù)倫本構(gòu)關(guān)系計(jì)算其沉降量。主要土體參數(shù)如表1所示。

表1 土體材料參數(shù)

京滬高速鐵路橋墩荷載按照32.16 kN/m/單線采用。德州南聯(lián)絡(luò)線路基荷載計(jì)算結(jié)果如下：雨棚柱節(jié)點(diǎn)力取530 kN，計(jì)算沿線路方向線荷載為176 kN/m，地表壓力為17.6 kPa。

由于新建德州南聯(lián)絡(luò)線需進(jìn)行下挖和增建雨棚柱，數(shù)值計(jì)算分三種工況進(jìn)行：①無(wú)新建聯(lián)絡(luò)線影響工況；②新建聯(lián)絡(luò)線開(kāi)挖工況；③新建聯(lián)絡(luò)線開(kāi)挖后加載工況。聯(lián)絡(luò)線與京滬高速鐵路交叉狀況如圖1所示，線路夾角為50°，石濟(jì)客運(yùn)專線下挖斷面如圖2所示。

圖1 線路交叉示意

圖2 石濟(jì)客專下挖斷面示意(單位：m)

不考慮新建聯(lián)絡(luò)線影響工況模型網(wǎng)格和考慮新建線路影響工況A-A、B-B剖面模型網(wǎng)格如圖3～圖5所示。A-A剖面和B-B剖面的線路交叉開(kāi)挖部位中心距離橋墩水平距離(圖4中EG兩點(diǎn)水平距離)分別為17.6 m和11.6 m，開(kāi)挖寬度(圖4中DF兩點(diǎn)距離)為15.2 m，深度(圖4中CD兩點(diǎn)距離)為3 m。

圖3 無(wú)新建線路影響工況

圖4 考慮新建線路A-A剖面

圖5 考慮新建線路B-B剖面

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，可得三種工況下的沉降量云圖，如圖6至10所示。

圖6 自然工況沉降云圖

圖7 A-A剖面開(kāi)挖后沉降云圖

圖8 B-B剖面開(kāi)挖后沉降云圖

圖9 A-A剖面開(kāi)挖加載后沉降云圖

圖10 B-B剖面開(kāi)挖加載后沉降云圖

3 結(jié)論

通過(guò)云圖顯示可知，無(wú)新建聯(lián)絡(luò)線影響工況下，橋墩沉降量約為1.25 cm；開(kāi)挖后A-A剖面橋墩沉降量為1.35 cm，B-B剖面橋墩沉降量為1.50 cm；開(kāi)挖加載后A-A剖面橋墩沉降量為1.48 cm，B-B剖面橋墩沉降量為1.60 cm。開(kāi)挖對(duì)橋墩造成的附加沉降約為1～2.5 mm，雨棚柱荷載對(duì)橋墩造成的附加沉降約為1 mm，開(kāi)挖加載對(duì)橋墩A-A，B-B剖面造成的不均勻沉降約為1～1.5 mm。該建模及計(jì)算方法可行，交叉路基對(duì)橋墩沉降的影響總體不大，對(duì)類似下鉆高速鐵路工點(diǎn)橋墩沉降計(jì)算具有指導(dǎo)意義。由于石濟(jì)客運(yùn)專線工程還沒(méi)有具體實(shí)施，結(jié)論的精確程度有待工程驗(yàn)證。

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