復雜市政工程下穿高速鐵路風險分析

中圖分類號：U211；TQ178 文獻標志碼：A

文章編號：1001-5922（2025）10-0211-04

Risk analysis of complex municipal engineering underpassing high-speed railway

WU Hua1， JIAO Changbin2 （1.EPC Design Institute of China Construction Fourth Engineering Division Co.，Ltd.，Guangzhou ，China; 2. Beijing Oriental Yuhong Waterproof Technology Co.，Ltd.，Beijing ，Chia）

Abstract： Taking the municipal engineering of Lucheng Road underpassing 350km/h high-speed railway project ina cityas an example，the risk assessment standard of municipal engineering underpasing high-speed railway is studied.Through the numerical simulationoffinite element analysis software PLAXIS，thesettlement deformation of pier top，longitudinal horizontaldeformationof pier top，transversehorizontal deformationof pier topandaxial force of pile foundation of high-speed railway during the construction of complex municipal engineering are analyzed.The construction and operation risks of Lucheng Road municipal engineering are evaluated，which provides a reference for similar projects to safely cross high-speed railway.

KeyWords：municipal engineering;high-speed railway;underpass engineering;numerical simulation;risk assessment

高鐵鐵路對線路平順性要求高，鄰近高速鐵路施工會導致附近地層受到擾動，高速鐵路結構隨之發生移動和變形，進而引起高速鐵路結構產生變化，如果不能正確評估施工對高速鐵路帶來的潛在危險，則可能發生難以估計的災難性后果[1-4]。

目前，常用的風險評估方法有：（1）定性分析法；（2）定量分析法。其中，定性分析由專家調查、各方專題研討等完成。定量分析由各類有限元軟件數值模擬計算完成[59]。

本文以某市綠城路市政工程下穿 350km/h 的高速鐵路工程為例，研究了市政工程下穿高速鐵路風險評估標準研究。通過有限元分析軟件PLAXIS數值模擬，分析了復雜市政工程施工過程中高速鐵路橋墩墩頂沉降變形、墩頂縱向水平變形、墩頂橫向水平變形和樁基軸力的變化規律，并對綠城路市政工程的施工和運營風險進行了評估，為類似工程安全下穿高速鐵路提供了參考。

1市政工程下穿高速鐵路風險評估標準

1.1 橋梁變形評估標準

根據TB10621—2014《高速鐵路設計規范》，高速鐵路橋梁墩臺橫向水平線剛度應滿足高速行車條件下列車安全性和旅客乘車舒適度要求，并對最不利荷載作用下墩臺頂橫向彈性水平位移進行計算。

高速鐵路橋梁墩頂橫向水平位移引起的橋面處梁端水平折角應不大于 1.0% 弧度，其中的作用包括：ZK活載、風力、離心力、橫向搖擺力和溫度的作用。

高速鐵路橋梁梁端水平折角，如圖1所示。

高速鐵路橋梁靜定結構墩臺基礎工后沉降量限值，當墩臺均勻沉降時，有砟軌道限值為 30mm ，無砟軌道限值為 20mm ，當相鄰墩臺有沉降差時，有砟軌道限值為 15mm ，無砟軌道限值為 5mm 。

1.2鐵路軌道平順性評估標準

200～250km/h 高速鐵路線路軌道靜態幾何尺寸容許偏差管理值；250（不含） -350km/h 高速鐵路線路軌道靜態幾何尺寸容許偏差管理值，均參考TB10182—2017《公路與市政工程下穿高速鐵路技術規程》。

1.3 工程影響評估標準

根據Q/CR9230—2016《鐵路工程沉降變形觀測與評估技術規程》，對于受下穿工程影響的高速鐵路橋梁墩臺頂位移限制，不限速條件下墩臺頂位移限值，如表1所示。

表1不限速條件下墩臺頂位移限值 Tab.1The displacement limit of pier top under the conditionofunlimitedspeed

1.4安全性評價指標及限值匯總

道路和市政管線施工和運營過程中對高速鐵路橋梁影響的控制內容包括：橋墩的附加沉降、差異沉降、縱橫向附加水平變形等。高速鐵路安全性評價指標及限值：墩臺頂附加豎向位移限值為 2mm ;墩臺頂 附加橫向水平位移限值為 2mm ；墩臺頂附加縱向水 平位移限值為 2mm^[10]

某市綠城路路線為由西向東，設計范圍 K0+ 030～K0+130 ，于 K0+77.432 處下穿鄭濟高鐵橋，與鐵路交叉里程 DK211+674 ，公鐵交叉角度76.7度。綠城路于鄭濟高鐵清豐特大橋1061#墩、1062#墩之間下穿，采用路基方式敷設，下穿處有2條雨水管道、1條給水管道、1條原水管道、1條電力管道及1條通信管道，采用直埋開挖的方式施工，下穿處橋梁孔跨布置為 40+80+40） m連續梁。相交位置處平面圖，如圖2所示。開挖橫斷面圖，如圖3所示。

圖2相交位置處平面圖

圖3開挖橫斷面圖

Fig.3 Excavation cross-section diagram

本工程地質情況：

工程場地上覆土層為第四系全系統沖積層（ ）粉土、粉細砂、粉質粘土。粉質粘土淺黃色、灰褐色、淺灰色，呈可塑狀，土體不均勻，含粉土夾層，局部夾少量粉細砂，具強脹縮性。粉砂黃褐潮濕，礦物以石英、長石為主，含少量云母，大量鐵染，少量粘粒，呈堅硬狀，抗剪強度高，壓縮模量大，承載力高，自立性較好。

3模型分析

采用PLAXIS3D有限元軟件計算，建立土體模型對相交位置處的鄭濟高速鐵路、綠城路施工工程進行模擬[11]。其中，橋梁承臺采用實體單元進行模擬[12]；鉆孔灌注樁采用樁單元模擬，管坑開挖采用1：0.5放坡[13-14]。土層參數，如表2所示。

施工整體模型，如圖4所示。

有限元模擬主要步驟為：（1）初始地應力場模擬；（2）鄭濟高速鐵路模擬；（3）重置位移為0；（4）路基下換填層開挖；（5）管線管坑開挖；（6管線管坑回填；（7）路基下回填換填土；（8）路基及路面施工；（9）道路運營階段。

表2土層參數Tab.2Soil parameters

圖4施工整體模型

主要施工階段模型，如圖5所示。

圖5主要施工階段模型 Fig.5Main constructionstage model

4數值結果及分析

以綠城路下穿鄭濟高速鐵路引起的鐵路墩頂豎向附加位移、橫向附加位移及縱向附加位移值為基礎開展安全評估計算。

4.1土體位移

土體位移云圖，如圖6所示。

綠城路下穿鄭濟高速鐵路施工過程中土體的最大豎向位移增量為 4.5mm 由計算結果總位移云圖可以看出下穿工程施工和運營階段鄭濟高速鐵路周邊土體均保持穩定，未發生土體破壞及滑移現象，設計安全。

4.2 墩頂沉降變形

綠城路下穿鄭濟高鐵立交工程引起的鐵路橋墩墩頂附加豎向變形，如表3所示。

由表3可知，綠城路下穿鄭濟高速鐵路施工和運營階段會使鐵路橋梁墩頂產生較小位移。鐵路橋梁墩頂豎向附加位移最大為 0.96mm 鄭濟高速鐵路為時速 350km 的無砟鐵路，鐵路橋梁頂不限速的豎向附加位移限值為 2mm ，鐵路橋梁頂豎向附加位移滿足限值要求。

圖6 土體位移云圖

Fig.6Cloud map of soil displacement

表3橋墩墩頂豎向變形

Tab.3Vertical deformation of pier top

4.3 墩頂縱向水平變形

綠城路下穿鄭濟高速鐵路引起的鐵路橋墩墩頂附加縱向水平變形，如表4所示。

由表4可知，綠城路下穿鄭濟高速鐵路會使橋梁墩頂產生較小縱向水平位移，施工和運營過程中橋墩墩頂最大縱向水平位移值 0.73mm 鄭濟高速鐵路為時速 350km 的無砟鐵路，鐵路橋梁頂不限速附加縱向位移限值為 2mm ，鐵路橋梁頂附加縱向位移滿足限值要求。

4.4墩頂橫向水平變形

綠城路下穿鄭濟高速鐵路引起的鐵路橋墩墩頂附加橫向水平變形，如表5所示。

表4橋墩墩頂縱向水平變形 Vertical horizontal deformation of pier top

表5橋墩墩頂橫向水平變形Tab.5Transverse horizontal deformation of pier top

由表5可知，綠城路下穿鄭濟高速鐵路僅會使橋梁墩頂產生較小橫向水平位移，施工和運營過程中橋墩墩頂最大橫向水平位移值- .0.05mm 鄭濟高速鐵路為時速350km 的無砟鐵路，鐵路橋梁頂不限速附加橫向位移限值為 2mm ，鐵路橋梁頂附加橫向位移滿足限值要求。

4.5 樁基軸力

綠城路下穿鄭濟高速鐵路施工和運營過程中，鄭濟高鐵1061～1062號墩最不利樁基軸力，如表6所示。

表61061號、1062號墩樁基軸力匯總表Tab.6 Axial force summary table of the number1061、1062 pierpile foundation KN

鐵路橋梁設計時樁基承載力富裕值較大，1061號橋墩樁基的容許承載力為 13000kN ，承載力富裕值7665kN。1062號橋墩樁基的容許承載力為 13000kN 承載力富裕值 7983kN O

由鄭濟高鐵1061～1062號墩樁基軸力匯總表可知，鄭濟高鐵1061號墩、1062號墩在施工過程中單樁承載力變化較小。1061號墩單樁承載力最大值為 5335kNlt; 13000kN. 單樁承載力最大變化值為 136kNlt;7665KN 1062號墩單樁承載力最大值為 5017kNlt;13000kN， 單樁承載力最大變化值為 80kNlt;7983KN ，即公路施工和運營過程中，鐵路橋樁基承載力小于設計容許承載力，鄭濟高鐵橋梁樁基強度滿足要求，符合規范要求。

5 結語

（1）綠城路施工及運營的過程中，鐵路橋梁周邊土體保持穩定。鄭濟高速鐵路橋梁墩頂附加豎向位移最大值為 0.96mm ，附加縱向水平位移最大值為0.73mm ，附加橫向水平位移最大值為 -0.05mm ，均滿足 2mm 的評估控制值要求；

（2）綠城路施工及運營的過程中，鐵路橋樁基承載力小于設計容許承載力，鄭濟高鐵橋梁樁基強度滿足要求。綠城路按設計施工及運營，可保證鄭濟高速鐵路橋梁運營安全。

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