線路交叉對京滬高鐵橋墩沉降影響數值分析

閆東旭

(鐵道第三勘察設計院集團有限公司，天津　300251)

京滬高鐵是我國中長期鐵路網規劃中投資規模最大、技術含量最高的一項工程，全線優先采用以橋代路的方式，最大限度節約寶貴的土地資源，橋梁長度約占正線長度的86.5%，故橋墩沉降問題是關系到線路和列車安全運行的重大技術問題。通過數值計算軟件對京滬高速鐵路某橋墩沉降量進行了數值建模分析。

1　工程概況

本工點位于京滬高速鐵路德州至禹城特大橋A89和A90橋墩之間，石濟客專德州南上行聯絡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°。工點周邊地形平坦，地勢低洼，零星分布水塘，路塹最大挖深2.1 m，基坑最大挖深3.4 m，地下水位取各個鉆孔處水位平均深度2 m。

2　實例數值分析

目前巖土路基工程中用得較多的數值分析軟件是由美國ITASCA咨詢公司開發的差分法程序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行為。FLAC3D將計算區域劃分為若干六面體單元，每個單元在給定的邊界條件下遵循指定的線性或非線性本構關系，如果單元應力使得材料屈服或產生塑性流動，則單元網格及結構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題。

對橋墩沉降量的分析可采用該數值計算軟件，數值模型主要包含以下幾種土體材料：粉土、黏土、粉質黏土和粉砂，故采用摩爾庫倫本構關系計算其沉降量。主要土體參數如表1所示。

表1　土體材料參數

京滬高速鐵路橋墩荷載按照32.16 kN/m/單線采用。德州南聯絡線路基荷載計算結果如下：雨棚柱節點力取530 kN，計算沿線路方向線荷載為176 kN/m，地表壓力為17.6 kPa。

由于新建德州南聯絡線需進行下挖和增建雨棚柱，數值計算分三種工況進行：①無新建聯絡線影響工況；②新建聯絡線開挖工況；③新建聯絡線開挖后加載工況。聯絡線與京滬高速鐵路交叉狀況如圖1所示，線路夾角為50°，石濟客運專線下挖斷面如圖2所示。

圖1　線路交叉示意

圖2　石濟客專下挖斷面示意(單位：m)

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

圖3　無新建線路影響工況

圖4　考慮新建線路A-A剖面

圖5　考慮新建線路B-B剖面

經過計算分析，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剖面開挖后沉降云圖

圖8　B-B剖面開挖后沉降云圖

圖9　A-A剖面開挖加載后沉降云圖

圖10　B-B剖面開挖加載后沉降云圖

3　結論

通過云圖顯示可知，無新建聯絡線影響工況下，橋墩沉降量約為1.25 cm；開挖后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。開挖對橋墩造成的附加沉降約為1～2.5 mm，雨棚柱荷載對橋墩造成的附加沉降約為1 mm，開挖加載對橋墩A-A，B-B剖面造成的不均勻沉降約為1～1.5 mm。該建模及計算方法可行，交叉路基對橋墩沉降的影響總體不大，對類似下鉆高速鐵路工點橋墩沉降計算具有指導意義。由于石濟客運專線工程還沒有具體實施，結論的精確程度有待工程驗證。

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