有軌電車下穿高鐵框構(gòu)橋安全評估

趙毓成 楊 珂 林兆宗

(1.北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司，100045，北京;2.北京市軌道交通設(shè)計研究院有限公司，100037，北京;3.鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，300142，天津∥第一作者，高級工程師)

哈大高鐵客運專線北起哈爾濱市，南抵濱海城市大連，途徑哈爾濱、長春、沈陽、大連四個副省級城市和六個地級市及其所轄區(qū)縣。線路全長921 km，設(shè)23 個車站，為雙線電氣化鐵路，于2012年12月1日正式開通運營。

沈陽市渾南新區(qū)有軌電車項目位于沈陽市渾南新區(qū)，主要連接奧體中心、沈陽南站、全運中心、桃仙國際機場和沈撫新城，主要功能是服務(wù)全運會，打造大渾南新型、綠色環(huán)保的公共交通系統(tǒng)。渾南新區(qū)現(xiàn)代有軌電車一期工程包含5 條線路，線路全長約65.5 km，共設(shè)69 個車站、1 個車輛基地和1 個停車場、2 個綜合交通樞紐。其中，1號線長18.6 km，設(shè)車站22座(含預(yù)留車站1 座)。該線在會展中心北側(cè)設(shè)起點站—會展中心站，然后沿航天路向東，下穿DK380 +425.09 處的哈大高鐵三孔框構(gòu)橋(見圖1)。本次下穿的哈大高鐵鐵路橋的位置即為兩線交點。本文對有軌電車下穿高鐵框構(gòu)橋的安全性進行評估。

圖1 哈大高鐵框構(gòu)橋位置

1 工程概況

渾南新區(qū)現(xiàn)代有軌電車1號線工程在K2 +770處下穿哈大鐵路框構(gòu)橋?？驑?gòu)橋的側(cè)墻厚度為1.2 m，凈跨分別為 14.5 m、22.8 m、14.5 m，橋下凈空8.0 m，道路填土厚度為 2.0 m，實際凈空為 6.0 m。該框構(gòu)橋?qū)ι鐣囕v的限高為4.5 m，要求接觸網(wǎng)導(dǎo)線高度不大于5.3 m，橋梁底面距導(dǎo)線的距離不小于0.7 m?？驑?gòu)橋橫斷面圖如圖2所示。有軌電車1號線路基設(shè)計采用綠化整體道床，自上而下依次為0.5 m 軌道部分、0.25 m 鋼筋混凝土板、0.1m 素混凝土板、0.4 m 級配碎石層及基床底層部分。路基施工過程中注意對框構(gòu)橋板的保護，嚴(yán)格按照鐵路路基施工相關(guān)規(guī)范及鐵路局的要求進行施工。路基施工開挖過程中在框架橋底面以下預(yù)留不少于0.3 m 的保護原狀土基，以防止對框構(gòu)橋底面產(chǎn)生破壞。

圖2 框構(gòu)橋橫斷面圖

2 安全評估標(biāo)準(zhǔn)確定以及執(zhí)行情況

既有鐵路的安全評估一般從結(jié)構(gòu)及附屬設(shè)施變形、結(jié)構(gòu)強度及穩(wěn)定性等方面來考慮，且一般采用變形控制指標(biāo)作為主要控制指標(biāo)。根據(jù)既有鐵路運營現(xiàn)狀及周邊設(shè)施，參考國內(nèi)類似工程經(jīng)驗并結(jié)合理論計算分析，制定了本工程變形控制指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)。與本工程相關(guān)的評估標(biāo)準(zhǔn)主要包含以下三方面內(nèi)容。

2.1 高速鐵路構(gòu)筑物(路基和橋梁)沉降評估標(biāo)準(zhǔn)

TB 10621—2009《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》(試行)明確給出了工后沉降的定義、路基和橋梁工后沉降量及差異沉降量限值要求:

(1)以鋪軌工程完成以后，基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生的沉降量為工后沉降(第 2.1.7 條)。

(2)無砟軌道路基工后沉降量應(yīng)符合扣件調(diào)整能力和線路豎曲線圓順的要求，工后沉降不宜超過15 mm;沉降比較均勻并且調(diào)整軌面高程后的豎曲線半徑符合式6.4.2 的要求時，允許的工后沉降為30 mm。路基與橋梁、隧道或橫向結(jié)構(gòu)物交界處的工后沉降差不應(yīng)大于5 mm，不均勻沉降造成的折角不應(yīng)大于 1/1 000(第 6.4.2 條)。

(3)橋梁墩臺基礎(chǔ)的沉降應(yīng)按恒載計算，其工后沉降量不應(yīng)超過表 7.3.10(見表 1)限值(第7.3.10條)。本工程涉及到的哈大客運專線為設(shè)計速度350 km/h 的無砟軌道高速鐵路，因此，控制的墩臺均勻沉降為20 mm，相鄰墩臺的沉降差為5 mm。

表1 橋梁墩臺基礎(chǔ)沉降限值

2.2 高速鐵路軌道平順性評估標(biāo)準(zhǔn)

按照鐵道部鐵運［2012］83號《高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)》要求的線路軌道靜態(tài)和動態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值作為控制標(biāo)準(zhǔn)(見表2、表3)。

表2 250(不含)～350 km/h 線路軌道靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值

由于工程所下穿的哈大客運專線為設(shè)計時速350 km 的無砟軌道高速鐵路，因此按照經(jīng)常保養(yǎng)狀況下的容許偏差管理值進行控制。依據(jù)表2、表3，經(jīng)常保養(yǎng)狀況下，靜態(tài)高低和水平容許偏差管理值均為4 mm;經(jīng)常保養(yǎng)I 級狀況下，動態(tài)水平容許偏差管理值為5 mm，動態(tài)高低容許偏差管理值為4 mm。

2.3 鐵路橋梁結(jié)構(gòu)強度及剛度標(biāo)準(zhǔn)

按照變形、強度等要求對結(jié)構(gòu)進行校驗。檢算時采用空間結(jié)構(gòu)單元進行計算。采用空間結(jié)構(gòu)有限元分析軟件midas/civil 2010，利用板單元建立框構(gòu)的模型(見圖3)，基底建立節(jié)點彈性支撐約束模擬土彈簧。全橋共分為3 451 個節(jié)點，2 368 個單元?？紤]到篇幅，本文不列出具體施加的荷載，僅將驗算結(jié)果簡要列出。

表3 250(不含)～350 km/h 線路軌道動態(tài)質(zhì)量容許偏差管理值

圖3 框構(gòu)計算模型

2.3.1 結(jié)構(gòu)強度

提取框架橋各關(guān)鍵截面的內(nèi)力作為分析的依據(jù)。各關(guān)鍵截面位置的劃分見圖4。

通過計算分析，得出各關(guān)鍵截面的內(nèi)力及配筋檢算結(jié)果，如表4所示。

圖4 控制截面位置

2.3.2 結(jié)構(gòu)剛度

框構(gòu)頂板在中國客運專線標(biāo)準(zhǔn)活載、有軌電車活荷載下產(chǎn)生的豎向靜活載作用下的變形圖見圖5，其最大變形為4.61 mm，而豎向變形限值為縱向跨度L/1 600 =14.25 mm，因此，變形滿足要求。

3 結(jié)論及建議

3.1 結(jié)論

依據(jù)以上安全評估標(biāo)準(zhǔn)對哈大客運專線高鐵橋進行綜合分析得出:框構(gòu)主體結(jié)構(gòu)強度、裂縫、撓度等各項指標(biāo)均滿足規(guī)范要求。經(jīng)過分析，更重要的是強調(diào)高速鐵路軌道平順性評估標(biāo)準(zhǔn)和高速鐵路構(gòu)筑物(路基和橋梁)沉降評估標(biāo)準(zhǔn)。因此需要將安全評估指標(biāo)一并提出供養(yǎng)護單位參考。

3.2 建議

為減小本工程對哈大客運專線的影響，施工時需注意以下幾點:

(1)施工中不得在鐵路橋梁下及兩側(cè)各50 m范圍內(nèi)堆載，以避免引起橋梁結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)附加沉降的發(fā)生。施工期間在鐵路橋梁下及兩側(cè)各50 m 范圍內(nèi)進行路基、路面碾壓時，禁止采用振動壓路機，同時在鐵路兩側(cè)設(shè)置臨時限高架，禁止大型施工車輛從鐵路橋下穿過。有軌電車施工碾壓荷載不應(yīng)大于15 kN/m2，且施工機械在非工作時禁止停放在橋梁兩側(cè)。

(2)施工時不得在鐵路橋梁200 m 范圍開采淺層或深層地下水。

(3)施工過程中，嚴(yán)禁施工機具或人為因素對哈大高鐵橋側(cè)墻、中墻、基礎(chǔ)及梁部造成損傷。

(4)施工時必須采取周密、嚴(yán)格、可靠的防護措施，保證鐵路運營安全。具體的施工組織方案及監(jiān)測方案，需上報鐵路主管部門審批，同意后方可施工。

此外，在項目施工過程中，應(yīng)加強第三方監(jiān)測，重點對哈大高鐵橋側(cè)墻、中墻的沉降、水平變形進行監(jiān)測，所取得的數(shù)據(jù)能可靠地反映施工所造成的影響。在施工中，由于地質(zhì)條件、荷載條件、材料性質(zhì)、施工技術(shù)和外界其他因素的影響，實際情況和理論分析常常有出入，在理論分析指導(dǎo)下有計劃地進行現(xiàn)場監(jiān)測工作，能夠保證安全，減少不必要的損失。

表4 關(guān)鍵截面內(nèi)力及配筋檢算結(jié)果匯總表

圖5 靜活載作用下的變形圖

［1］北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司.沈陽市渾南新區(qū)現(xiàn)代有軌電車一期工程初步設(shè)計文件［R］.北京:北京城建設(shè)計研究總院有限責(zé)任公司，2013.

［2］鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司.沈陽市航天路下穿哈大客專鐵路立交橋工程安全性影響評估報告［R］.天津:鐵道第三勘察設(shè)計院集團有限公司，2013.

［3］TB 10621-2009 高速鐵路設(shè)計規(guī)范［S］.

［4］TB 10002.3-2005 鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范［S］.

［5］沈陽鐵路局總技［2012］82號關(guān)于做好沈陽市有軌電車工程穿越鐵路工作的函［R］.沈陽:沈陽鐵路局，2012.

［6］鐵道部鐵運［2012］83號 高速鐵路無砟軌道線路維修規(guī)則(試行)［S］.