寧安城際鐵路秋浦河大橋橋區(qū)航道疏浚設(shè)計(jì)及安全評(píng)估

張紅星 安徽省交通勘察設(shè)計(jì)院有限公司

寧安城際鐵路是國家骨架路網(wǎng)“八縱八橫”主通道的組成部分，設(shè)在既有的寧蕪鐵路線（南京到蕪湖）、蕪銅鐵路線（蕪湖到銅陵）旁邊，由南京南站引出，經(jīng)馬鞍山、蕪湖、銅陵、池州市，在池州境內(nèi)跨長(zhǎng)江后抵達(dá)安慶市，線路全長(zhǎng)約250公里；秋浦河大橋是寧安城際鐵路的重要組成部分，位于距秋浦河航道起點(diǎn)池口約10.9km處，起點(diǎn)位于貴池區(qū)涓橋鎮(zhèn)，終點(diǎn)位于貴池區(qū)秋江街道辦事處所轄的秋江圩。采用（60+100+60 m）變截面連續(xù)箱梁跨越秋浦河，于2015年建成，目前已通車運(yùn)行。

秋浦河航道整治工程位于池州市境內(nèi)，航道起點(diǎn)為秋浦河入江口池口，航道途徑木閘，終于殷匯，全長(zhǎng)35.0km。寧安城際鐵路秋浦河大橋位于池口～木閘段，該段航道按限制性航道Ⅲ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，橋位處航道斷面不能滿足Ⅲ級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)要求，隨著秋浦河航道整治工程的推進(jìn)，為確保通航安全及鐵路橋運(yùn)營安全，消除安全隱患，迫切需要對(duì)寧安城際鐵路秋浦河大橋橋位處航道進(jìn)行疏浚與防護(hù)工程設(shè)計(jì)。

1.工程方案

1.1 航道定線

寧安鐵路秋浦河大橋橋位處河槽較為順直，橋梁設(shè)置了1個(gè)通航孔，單孔雙向通航，通航孔凈寬60m、凈高8.46m。航道中心線沿橋梁主跨（55#、56#橋墩）中心通過，與橋梁中軸線垂線呈45°交角，上游直線段長(zhǎng)度9660m，下游直線段長(zhǎng)度593m（見圖1）。

圖1 秋浦河寧安城際鐵路段航道平面圖

1.2 設(shè)計(jì)寬度

橋區(qū)段航道為限制性Ⅲ級(jí)航道，根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)文件及批復(fù)，橋位處設(shè)計(jì)航道底寬取為 45m。

1.3 設(shè)計(jì)航道底高程

秋浦河段航道底標(biāo)高根據(jù)最低通航水位減最小水深3.2 m 確定為-0.89 m。本次橋位處河底采用拋石護(hù)砌，根據(jù)規(guī)范要求,“卵石和巖石質(zhì)河床富裕水深值應(yīng)另加 0.1m～0.2m”，橋位處水深取3.4m，航道底高程-1.09m。

1.4 邊坡設(shè)計(jì)

根據(jù)秋浦河大橋地質(zhì)情況，疏浚段航槽橫斷面形式采用梯形斷面，開挖邊坡采用 1:3。

1.5 超深超寬值確定

秋浦河大橋橋位處河道狹窄，工程環(huán)境復(fù)雜，為確保大橋安全，要求在橋位施工時(shí)，控制施工精度，精確放樣，禁止超寬超深。

1.6 銜接段處理

圖2 秋浦河航道整治橫斷面示意圖

寧安城際鐵路秋浦河大橋橋位處為橋區(qū)航道，為確保橋梁及船舶的安全，在橋墩處開挖時(shí)，橋墩上下游5m范圍禁止開挖，在5m范圍外以1：3 邊坡與航道平順銜接。

2.安全評(píng)估

為避免航道疏浚過程中大量填方或挖方施工會(huì)引起相鄰已建建筑物較大的附加沉降及不均勻沉降、土體水平位移、樁側(cè)負(fù)摩阻力等一系列巖土工程問題，采用大型有限元程序Abaqus分析寧安城際鐵路橋橋墩樁基內(nèi)力、橋墩位移的變化，確保高速鐵路營運(yùn)的安全。

2.1 荷載參數(shù)

鐵路等級(jí)：客運(yùn)專線

正線數(shù)目：雙線

正線線間距：4.6m

速度目標(biāo)值：250km/h

設(shè)計(jì)豎向荷載：“ZK活載”

軌道類型：擋肩的新型板式無砟軌道

2.2 計(jì)算模型

本計(jì)算主要模擬了秋浦河航道整治工程施工對(duì)寧安城際鐵路秋浦河大橋54#～57#橋墩的影響，內(nèi)容包括下穿處橋墩的位移、樁基軸力和摩阻力。有限元計(jì)算模型如圖3、圖4所示。計(jì)算過程中航道土體、秋浦河特大橋橋墩和樁基礎(chǔ)等均采用實(shí)體單元模擬。計(jì)算模型順秋浦河大橋方向長(zhǎng)305m，橫橋向134m，深度方向82.6m。模型前后左右均為法向約束，模型底部為豎向加法向約束。

圖3 整體模型

圖4 秋浦河大橋樁墩模型

2.3 計(jì)算結(jié)果

秋浦河特大橋54#～57#橋墩墩頂位移值見表1。

表1 秋浦河特大橋54#～57#橋墩墩頂位移值

3.結(jié)論

根據(jù)選取的計(jì)算區(qū)域的計(jì)算分析結(jié)果，秋浦河航道整治工程的建設(shè)和運(yùn)營對(duì)寧安城際鐵路秋浦河大橋引起的變形比較小，引起的樁身側(cè)摩阻力和軸力變化較小。參考以上計(jì)算結(jié)果，結(jié)論如下：

（1）秋浦河航道整治工程下穿寧安城際鐵路，采用水下施工鋪砌，方案合理可行。

（2）通過三維有限元數(shù)值計(jì)算分析，秋浦河航道整治工程的施工及運(yùn)營荷載引起的寧安城際鐵路秋浦河大橋的橋墩變形、位移和沉降量均小于2mm，運(yùn)營荷載對(duì)運(yùn)營鐵路橋墩影響小，滿足高鐵安全相關(guān)規(guī)范要求。

（3）根據(jù)航道整治工程河底斷面，河道總體過水面積（斜交）增加249.5m2，河底最大水深增加0.8m，河床底護(hù)砌為拋填片石，厚0.6m，河床底最終標(biāo)高為-1.09m，55#、56#橋墩處最大水深不變，經(jīng)驗(yàn)算，護(hù)砌后的橋墩局部沖刷深度未超過原施工設(shè)計(jì)計(jì)算局部沖刷深度，滿足橋墩水平剛度要求，方案可行。