新建結構對已有軌道橋梁結構的影響因素分析

韓廣鵬

（重慶市設計院有限公司，重慶市 400015）

0 引言

隨著城市的發展，我國交通擁堵現象日益嚴重，而軌道交通有著運力大、效率高、占地小及舒適性高等優點得到快速的發展。軌道交通作為城市重要的民生工程，保障其安全運營是各地軌道管理部門的最重要的一項工作，但是隨著城市的進一步發展，新建市政設施或者工業、民用建筑難免侵入已建軌道交通結構的保護范圍內，從而對其造成影響。同時由于軌道交通的特殊性，新建工程對現狀軌道交通結構的影響在滿足國家現行的相關規范外，若能進一步減小其影響，對軌道結構的安全運營有著及其重要的意義，本文依托一座下穿軌道高架區間結構的新建橋梁，分析不同的結構處理形式對軌道高架結構的影響。

1 工程概況

本新建市政項目標準路幅寬度為26 m，平面以橋梁形式下穿現狀軌道高架區間。橋跨布置主要考慮對軌道高架墩柱的影響為主要控制因素，跨徑采用2×37.5 m 連續梁橋結構。墩柱樁基礎距離軌道基礎最小凈距約19 m，兩側橋臺基礎距軌道基礎最小凈距約6.0 m，見圖1。

圖1 項目與現狀軌道高架區間平面關系圖

橋梁上部結構采用兩跨現澆連續梁，橋墩采用柱式橋墩接樁基礎，橋臺采用擴大基礎，臺后路基段采用自然放坡。現狀軌道交通結構形式為30 m 跨單線簡支梁，上部結構為B×H=6.5 m×1.8 m 箱梁，基礎為墩柱+ 承臺+ 群樁的結構形式。

2 模型建立及計算結果

2.1 模型建立

本次計算采用Midas GTS 對計算范圍內的巖土體、軌道墩柱結構、新建橋梁墩柱結構、橋臺結構、管網橋梁墩柱結構、新建項目路基填土均采用實體單元模擬。建立的三維有限元模型見圖2。

圖2 項目與現狀軌道高架區間三維有限元模型

三維模型的計算荷載包括：自重；軌道運營條件下結構自重和運營列車產生的豎向、側向荷載；新建上部結構傳遞至橋梁墩柱的荷載。

為了能夠精確反應新建橋梁施工及運營過程中其對軌道結構的影響，分析時根據新建橋梁的施工工序，采用10 個計算步的方式進行模擬。

2.2 計算結果

根據計算模型的分析，沿軌道方向的位移最大值發生在模擬新建橋梁橋臺基礎開挖的過程中（計算步5），其最大位移為2.87 mm。而在新建橋梁建成運營后，其位移值為2.47 mm，見圖3。

圖3 第5 步及新建項目運營后沿軌道方向軌道結構位移

垂直于軌道方向的位移最大值發生在新建橋梁橋臺外側道路堆土過程中（計算步9），其最大位移為6.6 mm。而在新建橋梁建成運營后，其位移值為6.5 mm，見圖4。

圖4 第9 步及新建項目運營后垂直于軌道方向軌道結構位移

豎直方向的位移最大值發生在新建橋梁橋臺外側道路堆土過程中（計算步9），其最大位移為2.66 mm。而在新建橋梁建成運營后，其位移值為2.65 mm，見圖5。

圖5 第9 步及新建項目運營后豎直方向軌道結構位移

根據上述計算分析，可以看出沿軌道縱向最大位移發生在橋臺施工的過程中，而垂直于軌道方向和豎直方向的最大位移均發生在臺后道路放坡施工的過程中。

3 優化方案的選擇及分析

根據上一節的分析，垂直于軌道方向及豎直方向的最大位移發生在臺后錐坡施工過程中，若采取“增加橋臺擋墻長度，減小橋臺放坡” 的調整工程方案（優化方案1），可以減小因橋臺后方大體積填土放坡對軌道墩柱附近地層形成的堆土荷載，減少對軌道墩柱及基礎的擾動影響。同時沿軌道縱向的最大位移發生在橋臺開挖過程中，新建橋梁橋臺采用擴大基礎，若在優化方案1 的基礎上采取“減小橋臺開挖深度，增加橋臺樁基”的工程方案（優化方案2），是否可以進一步減小軌道墩柱的變形？下面根據以上兩個方案進行對比計算。

3.1 優化方案計算結果

優化方案1，新建橋梁建成運營后，軌道結構沿軌道方向的位移為2.72 mm，垂直于軌道方向的位移為3.75 mm，豎直方向最大位移為1.39 mm。在采用“增加橋臺擋墻長度，減小橋臺放坡” 的優化方案1后，軌道墩柱結構順軌道方向最大位移變化不大；軌道墩柱垂直軌道方向位移最大值減小量2.75 mm；軌道墩柱豎向最大位移減小量1.26 mm，見圖6。

圖6 優化方案1 新建項目運營后各方向軌道結構位移

在采用減小橋臺開挖深度、增加橋臺樁基的調整方案后，軌道墩柱結構順軌道方向最大位移為2.6 mm；軌道墩柱垂直軌道方向位移最大值由6.5 mm 減小到0.9 mm，減小量為5.6 mm；軌道墩柱豎向最大位移由2.65 mm 減小到0.8 mm，減小量為1.85 mm，見圖7。

圖7 優化方案2 新建項目運營后各方向軌道結構位移

3.2 結果對比分析

根據上述優化方案的對比計算分析可以看出，兩個優化方案除沿軌道縱向軌道結構的位移稍有增加外，其余方向的位移均有明顯減小。其個方向位移對比見圖8：其中縱坐標為各方案下軌道結構的位移值，橫坐標為相對應的方案。

圖8 各方案軌道結構位移

從圖8 中可以看出，在采用 “增加橋臺擋墻長度，減小橋臺放坡”的方案后，相比原方案，軌道結構沿軌道縱向位移為原方案的110.1%，垂直于軌道方向的位移為原方案的57.7%，豎直方向的位移為原方案的52.5%；當采用“增加橋臺擋墻長度，減小橋臺放坡，同時考慮減小橋臺開挖深度，增加橋臺樁基”的方案后，軌道軌道結構沿軌道縱向位移為原方案的105.3%，垂直于軌道方向的位移為原方案的13.8%，豎直方向的位移為原方案的30.2%。

從上述分析可以看出，減少臺后路基部分的填土量，將橋臺由擴大基礎改為樁基礎，使上部結構產生的反力由樁基傳遞至地層的方法可以極大的減小軌道結構的位移，改善新建結構對軌道結構的影響。

4 結論

本文依托一座下穿軌道高架區間結構的新建橋梁，分析不同的結構處理形式對軌道高架結構的影響，分析表明：

（1）在采用減小靠近軌道結構的原始地貌變化的方案后， 垂直于軌道方向的位移為原方案的57.7%，豎直方向的位移為原方案的52.5%；

（2）在考慮減小軌道結構附近原始地貌變化的情況下，同時將原本作用在地表上的荷載傳遞至地層中，垂直于軌道方向的位移為原方案的13.8%，豎直方向的位移為原方案的30.2%；

（3）由以上分析可以看出，減小軌道結構位移的兩個優化方案從根本上均是減小了靠近軌道結構的地表層荷載的改變，故在今后類似方案中，應盡量減小地表層的堆載或卸載，若無法避免的情況下，可將地表荷載傳遞至地層下方。