新建道路工程下穿高速鐵路橋梁的研究分析

黎毓陽

摘 ?要：目前，越來越多新建道路在與高鐵交叉時，優先選用新建道路下穿高速鐵路橋梁方案。道路運營過程中，設計方案能否確保高速鐵路運營安全是關鍵性問題。這不僅影響道路運營的安全，還會直接影響鐵路運營的安全及效率。該文以實際案例為前提，通過車輛撞擊鐵路橋墩的不同位置，分析撞擊結果對鐵路橋墩產生的影響，可供同類工程選線、道路縱坡設計及下穿高速鐵路橋梁工程設計時參考借鑒。

關鍵詞：道路下穿 高速鐵路橋梁 車輛撞擊 水平位移

中圖分類號：U23文獻標識碼：A ? 文章編號：1672-3791（2021）09（c）-0000-00

Research and Analysis of New Road Engineering Under High-Speed Railway Bridge

LI Yuyang

（Guangxi Branch of China Railway Fifth Survey and Design Institute Group Co.，Ltd.，Nanning，Guangxi Zhuang Autonomous Region，530000 China）

Abstract： At present， when more and more new roads intersect with high-speed railways， the scheme of new roads crossing high-speed railway bridges is preferred. In the process of road operation， whether the design scheme can ensure the operation safety of high-speed railway is a key problem. This will not only affect the safety of road operation， but also directly affect the safety and efficiency of railway operation. Based on the actual case， this paper analyzes the impact of vehicle impact on Railway Piers through different positions of Railway Piers，it can be used as a reference for similar engineering route selection， road longitudinal slope design and underpass high-speed railway bridge engineering design.

Key Words： Road under high-speed; Railway bridge;vehicle impact;Horizontal displacement

隨著道路與鐵路的不斷發展，運營線路與道路之間的相互關系也越來越密切，從而導致與道路立體交叉的情況越來越多，因此下穿構筑物的建設及使用已成為影響高速鐵路運營安全的主要因素之一[1]。確保既有鐵路的運營安全是道路設計以及施工過程關鍵所在。綜合考慮當高鐵橋下凈空滿足設置橋梁下穿條件時，宜優先選用橋梁結構[2]，路線應盡量選擇從高速鐵路橋墩較高且橋梁跨度較大處下穿[3]。下穿運營高速鐵路施工不僅會改變既有鐵路基礎的應力和變形分布，還會導致工程施工難度加大[4]。道路運營過程中，為確保高速鐵路運營安全，道路外側除了采用采用最高等級防撞護欄外[5]，車輛沖出防撞護欄后與鐵路橋墩的撞擊點位置，也是影響鐵路運營安全的重要因素。撞擊點越低，對既有鐵路的影響越小。該文結合南寧市合興路下穿柳南客專壇造雙線特大橋、南廣鐵路壇造雙線特大橋設計方案為例，研究分析道路下穿既有高鐵橋梁。

1 南寧市合興路工程概況

1.1道路概況

南寧市合興路為南寧市東環片區城市主干路，道路設計標準為雙幅道路，設計速度60km/h。道路與鐵路交叉等級為IIa類。新建道路下穿運營高鐵橋梁時應該盡量選擇從橋墩較高、橋梁大跨徑處下穿，這樣不僅可以保證市政道路和高鐵能夠彼此不受影響，還可以為市政道路的建設提供較大的施工作業空間，從而保證施工的順利進行[6]。南寧市合興路下穿柳南客專壇造雙線特大橋、南廣鐵路壇造雙線特大橋第38、39孔，涉及鐵路橋第37、38、39號橋墩。道路與鐵路交叉處設計高程為91.207m，交叉點距離38號橋墩頂部為14.2m。

1.2鐵路概況

道路與鐵路橋梁交叉橋段為32m簡支箱梁，撞擊點距離38號橋墩的墩頂距離最小，撞擊過程產生的影響最大，該次取38號橋墩計算分析。38號橋墩墩高35m，承臺高2.5m，長11.9m，寬9.1m，采用11根直徑1.25m的鉆孔摩擦樁基礎，樁長24.5m。

2 鐵路橋墩計算分析

根據《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2015）第4.4.3條：“橋梁結構必要時可考慮汽車的撞擊作用，汽車撞擊力設計值在車輛行駛方向應1 000 kN，在車輛行駛垂直方向應取500 kN，兩個方向的撞擊力不同時考慮。撞擊力應作用于行車道以上1.2 m處，直接分布于撞擊設計的構件上。對設有防撞設施的結構構件，可視防撞設施的防撞能力，對汽車撞擊力設計值予以折減，但折減后的汽車撞擊力設計值不應低于上述規定的1/6。[7]”根據車輛沖出護欄后撞擊鐵路橋墩模擬計算，分析撞擊點對鐵路橋墩產生的影響。

2.1合興路方案撞擊點分析計算

該次計算采用midas civil軟件建立數值計算模型。按車輛行駛方向取200 kN，垂直車輛行駛方向取100 kN。由于HA級防撞護欄高度為1.3m，偏于安全考慮，車輛撞擊作用于路面上方1.3m處，撞擊力作用位置標高91.207+1.3=92.507m，即橋墩承臺上方22m處。

采用midas civil軟件建立數值計算模型，建立節點326個，單元315個，模型如圖2所示。

該次根據計算模型模擬車輛撞擊橋墩后，分析橋墩的豎向沉降、墩臺的水平變形、結構安全性等[8]，計算結果具體見表1。

由計算結果知，路側設置HA護欄后能有效防止道路車輛翻越護欄撞擊橋墩，即使翻越后車輛剩余的撞擊能力對鐵路橋墩及樁基的承載力及變形影響均在規范允許的范圍內。

根據表1計算結果可知，通過對鐵路橋墩地基承臺力、墩臺及樁基拉（壓）應力以及墩頂水平位移的分析可知，對鐵路橋墩影響最大是橋墩墩頂水平位移的限值，該文下節將對撞擊點位于墩身不同位置產生的墩頂位移分析。

2.2 不同位置撞擊點分析計算

該節對撞擊點位于墩身不同位置進行分析計算，統計不同位置撞擊點引起的鐵路橋墩的墩頂位移，計算結果具體見圖3。

由圖3可知，當撞擊點位于橋墩第28m時，順橋向墩頂位移達到3mm限值[5]，基本接近橋墩墩高3/4位置。

3 結語

該文研究了城市道路下穿高速鐵路橋梁對鐵路橋梁的影響。通過實際工程案例，重點分析了道路運營期汽車撞擊路側護欄后翻出撞擊鐵路橋墩引起的鐵路橋墩的沉降及水平位移，可供同類工程選線、道路縱坡設計及下穿高速鐵路橋梁工程設計時參考借鑒。

參考文獻

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[2]湛敏，陶濤，劉金國.新建公路下穿高速鐵路建設方案對比研究[J].鐵道標準設計，2020，64（S1）：132-136.

[3]戚晨輝，陳劼，代杰.市政道路下穿高速鐵路技術簡述及應用[J].運輸經理世界，2020（10）：25-26.

[4]謝浩.滬通鐵路路基下穿京滬高速鐵路橋梁施工影響分析[J].鐵道建筑，2020，60（11）：102-106.

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[6]張玉成. 新建道路下穿運營高速鐵路橋梁的設計方案[J]. 大科技，2018（29）：207.

[7]公路橋涵設計通用規范：JTG D60-2015[S].北京：民交通出版社，2018.

[8]馮永兵.市政道路工程下穿高速鐵路橋梁影響分析研究[J].百科論壇電子雜志，2021（3）：1431.